Lampe frontale.
Les phares automobiles sont généralement composés de trois parties : l’ampoule, le réflecteur et le miroir correspondant (miroir anti-astigmatisme).
1. ampoule
Les ampoules utilisées dans les phares automobiles sont des ampoules à incandescence, des ampoules halogènes au tungstène, de nouvelles lampes à arc à haute luminosité, etc.
(1) Ampoule à incandescence : son filament est en tungstène (le tungstène possède un point de fusion élevé et une forte intensité lumineuse). Lors de sa fabrication, afin d’accroître sa durée de vie, l’ampoule est remplie d’un gaz inerte (azote et ses mélanges). Ceci permet de limiter l’évaporation du tungstène, d’augmenter la température du filament et d’améliorer le rendement lumineux. La lumière émise par une ampoule à incandescence présente une teinte jaunâtre.
(2) Lampe aux halogénures de tungstène : L'ampoule aux halogénures de tungstène est alimentée par un gaz inerte contenant un halogénure spécifique (iode, chlore, fluor, brome, etc.). Le principe de la réaction de recyclage des halogénures de tungstène est le suivant : le tungstène gazeux s'évaporant du filament réagit avec l'halogène pour produire un halogénure de tungstène volatil. Ce dernier se diffuse vers la zone à haute température proche du filament et se décompose sous l'effet de la chaleur, permettant ainsi au tungstène de retourner au filament. L'halogène libéré continue de se diffuser et participe à un nouveau cycle de réaction, perpétuant ainsi le cycle et empêchant l'évaporation du tungstène et le noircissement de l'ampoule. De petite taille, l'ampoule aux halogénures de tungstène est fabriquée dans un verre de quartz résistant aux hautes températures et aux chocs. À puissance égale, sa luminosité est 1,5 fois supérieure à celle d'une lampe à incandescence, et sa durée de vie est 2 à 3 fois plus longue.
(3) Nouvelle lampe à arc haute luminosité : Cette lampe ne possède pas de filament traditionnel. À la place, deux électrodes sont placées à l’intérieur d’un tube de quartz. Ce tube est rempli de xénon et de traces de métaux (ou d’halogénures métalliques). Lorsqu’une tension d’arc suffisante est appliquée aux électrodes (5 000 à 12 000 V), le gaz s’ionise et devient conducteur. Les atomes de gaz, à l’état excité, émettent de la lumière par transition de niveau d’énergie des électrons. Après 0,1 s, une petite quantité de vapeur de mercure s’évapore entre les électrodes, et l’alimentation est immédiatement transférée à la décharge de l’arc de vapeur de mercure, puis à la lampe à arc aux halogénures métalliques une fois la température atteinte. Lorsque la lampe atteint sa température de fonctionnement normale, la puissance nécessaire au maintien de la décharge d’arc est très faible (environ 35 W), ce qui permet d’économiser 40 % d’énergie électrique.
2. réflecteur
Le rôle du réflecteur est de maximiser la polymérisation de la lumière émise par l'ampoule en un faisceau puissant afin d'augmenter la distance d'irradiation.
La surface du miroir est un paraboloïde de révolution, généralement fabriqué en tôle d'acier emboutie de 0,6 à 0,8 mm d'épaisseur, ou en verre ou en plastique. Sa surface intérieure est argentée, aluminisée ou chromée, puis polie. Le filament est placé au foyer du miroir ; la majeure partie de ses rayons lumineux est réfléchie et projetée au loin sous forme de faisceaux parallèles. Une ampoule sans miroir n'éclaire qu'à environ 6 mètres, tandis que le faisceau parallèle réfléchi par le miroir peut éclairer à plus de 100 mètres. Après réflexion, une faible quantité de lumière est diffusée ; la lumière dirigée vers le haut est inutile, tandis que la lumière latérale et inférieure permet d'éclairer la chaussée et les bordures de trottoir sur une distance de 5 à 10 mètres.
3. lentille
Le pantoscope, également appelé verre astigmatique, est une combinaison de plusieurs prismes et lentilles spéciaux, généralement de forme circulaire ou rectangulaire. Son rôle est de réfracter le faisceau parallèle réfléchi par le miroir, afin d'assurer un éclairage optimal et uniforme de la route devant le véhicule.
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Le système optique d'un phare est composé d'une ampoule, d'un réflecteur et d'un miroir. Selon sa structure, on distingue trois types de phares : semi-fermés, fermés et à projection.
1. Phare semi-fermé
Le rétroviseur et le bloc optique des phares semi-fermés sont solidaires et indissociables. L'ampoule se remplace par l'arrière du rétroviseur. L'avantage de ce type de phare est que seul le filament grillé nécessite un remplacement, mais son étanchéité est perfectible. Le phare combiné intègre le clignotant avant, le feu de position avant, le feu de route et le feu de croisement en un seul bloc. Le réflecteur et le pantographe sont également réalisés d'une seule pièce à partir de matériaux organiques, et l'ampoule se remplace facilement par l'arrière. Grâce aux phares combinés, les constructeurs automobiles peuvent produire sur demande des optiques adaptées à tous types de phares, optimisant ainsi l'aérodynamisme, la consommation de carburant et l'esthétique du véhicule.
2. Phares intégrés
Les phares carénés sont également divisés en phares carénés standard et en phares carénés halogènes.
Le système optique d'un phare standard sous enceinte consiste à fusionner et souder le réflecteur et le miroir correspondant pour former le boîtier de l'ampoule. Le filament est soudé à la base du réflecteur. La surface de ce dernier est aluminisée sous vide, et l'ampoule est remplie de gaz inerte et d'halogène. Cette structure présente plusieurs avantages : une excellente étanchéité, un miroir protégé de la pollution atmosphérique, un rendement de réflexion élevé et une longue durée de vie. Cependant, le remplacement de l'ensemble du bloc optique est nécessaire après la panne du filament, ce qui représente un coût important.
3. Lampe frontale à projection
Le système optique d'un phare à projection est principalement composé d'une ampoule, d'un réflecteur, d'un miroir anti-reflets et d'un miroir convexe. Ce dernier, de forme ovale et non gravée, présente un diamètre extérieur très réduit. Les phares à projection possèdent deux foyers : le premier est l'ampoule et le second est formé par le faisceau lumineux. La lumière est focalisée par le miroir convexe et projetée au loin. Ce système offre l'avantage d'une excellente focalisation, et son trajet de projection est le suivant :
(1) La lumière émise vers la partie supérieure de l'ampoule passe à travers le réflecteur jusqu'au deuxième foyer, et est focalisée à distance à travers le miroir convexe correspondant.
(2) En même temps, la lumière émise vers la partie inférieure de l'ampoule est réfléchie par le miroir de masquage, renvoyée vers le réflecteur, puis projetée vers le deuxième foyer et focalisée à distance à travers le miroir convexe correspondant.
Lors de l'utilisation d'une voiture, les exigences relatives aux phares sont les suivantes : assurer un bon éclairage, mais aussi éviter d'éblouir le conducteur du véhicule venant en sens inverse. L'utilisation des phares doit donc tenir compte des points suivants :
(1) Maintenez le pantoscope du phare propre, surtout lorsque vous conduisez sous la pluie ou la neige ; la saleté et les poussières peuvent réduire de 50 % les performances d’éclairage du phare. Certains modèles sont équipés d’essuie-phares et de gicleurs d’eau.
(2) Lorsque les deux voitures se croisent la nuit, les deux voitures doivent éteindre les feux de route des phares et passer aux feux de croisement pour assurer la sécurité de la conduite.
(3) Afin de garantir le bon fonctionnement du phare, le faisceau du phare doit être vérifié et réglé après le remplacement du phare ou après que la voiture ait parcouru 10 000 km.
(4) Vérifiez régulièrement l'ampoule, la douille et le culot pour détecter toute oxydation ou tout desserrage, afin de garantir un bon contact et la fiabilité du culot. Un contact desserré peut provoquer une surtension lors de l'allumage du phare, risquant d'endommager le filament. À l'inverse, un contact oxydé peut réduire la luminosité du phare en augmentant la chute de tension.
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