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Le mystère de la lumière noire

Lumière invisible ultraviolet qui permet de faire rayonner des objets fluorescents. Découvrez le principe de la lumière noire pour un effet toujours magique.
par Lionel Simonot1 avril 2019

Qu’est-ce que la lumière noire ? Pour certains, il s’agit d’une figure de style, l’oxymore ultime décrivant le Spleen Baudelairien. Pour d’autres, un éloge aux Outrenoirs du peintre Pierre Soulages, ces tableaux formés par les reflets lumineux sur des textures de peinture noire. De manière plus prosaïque, nous évoquons ici la lumière invisible, par exemple celle utilisée en boîte de nuit pour faire illuminer tout vêtement clair.

Ultraviolet, au-delà du violet

Une lumière noire émet de l’ultraviolet, ce rayonnement mis en évidence en 1802 par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter. Il se rendit compte qu’au-delà du violet, des « rayons chimiques » étaient capables d’oxyder du chlorure d’argent. Il fallut plusieurs décennies pour comprendre que les rayons « chimiques » (ultraviolets), visibles, et « thermiques » (infrarouges) formaient un continuum constituant le spectre des rayonnements optiques.

Ultraviolet – Décomposition du spectre en UVA, UVB et UVC © Light ZOOM Lumière

Une lumière noire ne doit pas être confondue avec un corps noir. A basse température, ce dernier émet également des rayonnements invisibles mais exclusivement dans l’infrarouge. Le filament de tungstène d’une lampe à incandescence se comporte comme un corps noir : il émet beaucoup d’infrarouge, un peu de visible (donc avec une efficacité lumineuse très faible), et très peu d’ultraviolet. Il n’est donc pas du tout rentable de faire une lumière noire à partir d’une lampe à incandescence même si cette solution a été proposée dans le passé.

La manière la mieux maitrisée pour produire de l’ultraviolet est de faire une décharge électrique dans des vapeurs de mercure. Depuis plus de 80 ans, c’est en effet la technique utilisée dans les tubes fluorescents.

Éliminer le visible

Le mercure émet beaucoup d’ultraviolet mais aussi quelques « raies » dans le visible dont la plus intense est une raie verte à environ 546 nm.

Spectre à raies, lampe ballon fluorescent au vapeur de mercure dans le visible – longueurs d’onde en nm © Philips

Pour créer une lumière noire, il faut filtrer la lumière en laissant passer l’UV et en éliminant le visible, c’est-à-dire tout le contraire du verre ordinaire ! Le physicien américain Robert Williams Wood inventa au début du XXème siècle un verre ayant ces propriétés. Utilisée sur des lampes pendant la première guerre mondiale, cette invention permit de communiquer la nuit avec le signal invisible ultraviolet.

Tubes fluorescents en lumière noire éteints © Chetvorno, Wikipédia

En pratique, le verre de Wood contient beaucoup d’oxyde de nickel. Il est logiquement d’aspect pratiquement noir. Seules les extrémités du visible sont transmises lorsque la lampe est allumée. En particulier, la raie spectrale à 405 nm du mercure donne à la lumière une couleur violette. Un peu moins efficaces mais beaucoup plus faciles à mettre en œuvre que le verre de Wood, les enveloppes des lampes à lumière noire actuellement commercialisées sont constituées d’un revêtement déposé sur du verre ordinaire.

Tubes fluorescents en lumière noire allumés © Chetvorno, Wikipédia

Des UV oui, mais des UV-A !

Une fois débarrassé du visible, une lampe à décharge dans le mercure émet beaucoup d’UV… mais essentiellement à 254 nm. Cette longueur d’onde est parfaite pour une lampe germicide afin de stériliser des zones de travail ou des appareils dans des laboratoires de biologie, ou encore pour éliminer virus et bactéries de l’eau. Mais pour être considérée comme une lumière noire, la lampe doit émettre des UV moins énergétiques, appelés UV-A de 315 à 400 nm.

Il faut donc transformer l’UV-C en UV-A par fluorescence. Alors que les tubes fluorescents actuels utilisent trois types de luminophores qui, excités par la raie spectrale à 254 nm, émettent dans le rouge, le vert et le bleu, les lampes fluorescentes à lumière noire n’utilisent qu’un seul luminophore émettant dans l’UVA, généralement autour de 370 nm.

Une alternative est d’utiliser des lampes au mercure mais cette fois à haute pression. Plus besoin de luminophores puisque de telles lampes émettent directement dans une bande spectrale entre 350-375 nm !

Lampes à décharge au mercure haute pression avec un verre de Wood © Mike796, Wikipédia

Encore plus simple et sans utiliser de filtre de Wood, Il est possible d’émettre directement de l’UV avec des LED. Plus l’on va vers les UV lointains, plus la technologie est encore émergente et plus la lampe UV coûte cher. Mais pour la lumière noire, des lampes à LED émettant autour de 390 nm sont à présent commercialisées à des prix compétitifs.

Bar NYX au sommet d’une tour, Shanghai, Chine – Designer Alberto Caiola Studio – lumière noire en réglettes LED © Dirk Weiblen

Faire fluorescer

Quel que soit l’usage, le principe d’utilisation de la lumière noire est le même : exciter avec le rayonnement ultraviolet un matériau pour provoquer sa fluorescence (dans le visible). La couleur émise par fluorescence dépend fortement de la nature et de l’intensité du rayonnement UV. Des (mauvaises) surprises sont donc possibles lorsque la technologie pour la lumière noire est modifiée, lors d’un passage en solution LED par exemple. En discothèque, il s’agit des azurants présents sur tous les habits blancs. La lumière noire permet aussi de révéler des motifs de sécurité imprimés avec des encres « invisibles » sur des billets de banque ou des cartes d’identité, ou encore de mettre en évidence des pathologies dermatologiques.

Les artistes et les designers utilisent aussi la lumière noire pour faire fluorescer une œuvre ou une architecture. Quelques exemples :

  • Eric Michel, Seven Keys, 2005 – tube de lumière noire devant des sept plaques d’acrylique colorées.
  • Eric Winarto, Blacklight Selva, 2015 – peinture phosphorescente éclairée en lumière noire.
  • Alberto Caiola, bar NYX au sommet d’une tour, Shanghai, Chine, 2018 – structures enveloppées de cordons réactifs à la lumière noire.

Seven Keys, 2005 – Eric Michel chez Le Corbusier
Passeur de lumière, Couvent de la Tourette – Photo : Vincent Laganier

Seven Keys, 2005 – Eric Michel chez Le Corbusier
Passeur de lumière, Couvent de la Tourette – Photo : Vincent Laganier

Du soleil aux cabines de bronzage

Enfin, il est toujours utile de rappeler que le soleil est une source très intense d’ultraviolet et qu’il est indispensable d’en protéger sa peau (crème solaire) et ses yeux (port de lunettes de soleil). Quant aux cabines de bronzage artificiel, l’Anses a rappelé en 2018 leur dangerosité et a recommandé aux pouvoirs publics « de prendre toute mesure de nature à faire cesser l’exposition de la population aux UV artificiels » . Les lampes à lumière noire émettant des UV-A peu énergétiques peuvent sembler moins problématiques. Il faut toutefois limiter l’exposition à cette lumière dont l’aspect invisible peut être piège : faire fluorescer mais sans trop bronzer !

Équipe du projet

Physicien Johann Wilhelm Ritter Robert Williams Wood
Plasticien lumière Eric Michel
Artiste Eric Winarto
Designer Alberto Caiola
Laboratoire de recherche ANSES

ZOOM +

 
Le meilleur des tubes fluorescents
 
Passeur de lumière : Éric Michel chez Le Corbusier, La Tourette, France

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Source Lionel Simonot Light ZOOM Lumière
Lionel Simonot
Lionel Simonot
Enseignant-chercheur. Depuis 2003, il enseigne l’éclairagisme à l’Ecole nationale supérieure d’ingénieurs de Poitiers - ENSI Poitiers. Cours magistraux et pratiques en photométrie, technologie des sources de lumière, dimensionnement électrique et interactions lumière matière. Ses activités de recherche portent sur les propriétés optiques et l’apparence visuelle de matériaux. Applications : films minces nano composites, couches de peinture en glacis ou vernis et objets obtenus par impression 3D.
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1 Commentaires
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  • Avatar
    1 avril 2019 at 11 h 58 min

    Ma première exposition avec de la lumières noire fût en 1980 et ai toujours travaillé avec cet éclairage. Dans les années qui ont suivies plusieurs galeriste m’ont dit: ” Monsieur, la lumière n’est pas un art, c’est juste un effet”
    Il est vrai que j’étais en avant garde; maintenant je suis dans le contemporain. Seul l’évolution technologique apporte un renouvellement de l’art.
    Maintenant il y a beaucoup de choses magnifiques à voir et l’avenir promet dans ce domaine, qui se dévelope très vite: lumières, projektions … des oeuvres magnifiques.

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