Technique : L'éclairage

Le projecteur est constitué par une source lumineuse de dimensions très réduites (forte brillance) et par un condensateur fonctionnant par transparence (lentille) ou par réflexion (glace) susceptible de faire converger une fraction donnée des rayons dans la direction dans laquelle on veut obtenir la plus forte intensité lumineuse.

Dans la pratique, on cherche à réaliser un faisceau de rayons d'une forte intensité. Dans les projecteurs pour véhicules à moteur, bien qu'il existe des solutions utilisant uniquement une lentille, on utilise surtout les systèmes qui emploient un miroir parabolique ayant pour fonction de concentrer les rayons lumineux, et une lentille incorporée au verre de protection du projecteur, chargée de modifier particulièrement la distribution du faisceau lumineux.

L'évolution du projecteur a été lente mais continue grâce aux progrès réalisés dans la fabrication des trois parties qui le composent, c'est-à-dire la lampe, la parabole et le dispositif de diffraction. La parabole est généralement fabriquée en tôle, mais il existe également des versions en verre ou en matière plastique, et sa surface intérieure est recouverte d'une matière possédant un haut pouvoir réfléchissant. La surface réfléchissante peut être constituée, soit par une argenture, soit par un aluminage, au moyen de procédés permettant de réaliser une mince épaisseur uniforme, soigneusement polie. Le verre est pourvu de prismes, de cannelures, de sections lenticulaires, etc... obtenues par gravure ou moulage.

Dans la pratique, les rayons émis par le filament de la lampe. placé presque au foyer de la parabole, sont réfléchis par cette dernière et ensuite partiellement déviés par le verre.

Les caractéristiques optiques du faisceau émis par un projecteur sont évidemment évaluées d'après l'éclairage projeté sur un écran plan placé à une distance donnée (en général 25 mètres). Le faisceau a une forme allongée dans le sens horizontal, c'est-à-dire parallèle au sol qui doit être éclairé uniformément. L'élargissement du faisceau peut être obtenu grâce aux caractéristiques optiques du verre.

L'apparition sur les véhicules automobiles des premiers projecteurs, initialement à acétylène puis, à partir de 1910, électriques mais d'une puissance limitée, a permis de résoudre le problème de la circulation nocturne en procurant une source de lumière capable d'éclairer la route que l'on parcourt d'une façon plus efficace que ne le permettaient auparavant les feux de position à essence appelés a l'époque lanternes avant. Toutefois, le développement de la circulation automobile nocturne a posé le problème de l'éblouissement au moment du croisement avec d'autres véhicules.

La technique a cherché, et recherche encore, une solution rationnelle permettant d'éliminer ou d'atténuer cet inconvénient. Au cours des années, divers systèmes ont été étudiés et appliqués tels que l'orientation du projecteur au moment du croisement (déviation vers le bas ou latérale) ou l'incorporation de deux lampes dans le projecteur, placées différemment par rapport au foyer de la parabole, de façon à obtenir deux faisceaux lumineux ayant des caractéristiques différentes et permettant d'avoir un bon éclairage et un éblouissement moindre.

Dès 1922, en France, les automobilistes étaient tenus par le Code d'adopter des dispositifs destinés à supprimer l'éblouissement : extinction des grands phares, basculement, adjonction de projecteurs spéciaux, etc. Leur inefficacité conduisit à la mise au point des ampoules à deux filaments (1930-1931) puis de la lumière jaune (1936) dont les propriétés physiologiques sont favorables à la réduction du phénomène de l'éblouissement.

La lampe à deux filaments a permis d'obtenir des résultats qui n'auraient pas pu être obtenus avec deux lampes : en effet, grâce à cette invention, on peut obtenir deux faisceaux absolument différents grâce au déplacement de quelques millimètres du filament par rapport au foyer de la parabole.

Ce résultat était logiquement impossible à obtenir avec deux lampes étant donné que les verres de ces dernières ne permettaient pas de placer leurs filaments à une distance inférieure à quelques centimètres les uns des autres.

La réalisation de la lampe à deux filaments a toutefois donné lieu à deux solutions différentes en ce qui concerne la configuration du faisceau de croisement. Il existe en effet le système, que l'on peut appeler européen, qui consiste à créer une zone d'éclairage moins intense dans la partie haute du faisceau et le système américain qui utilise un faisceau de croisement dévié latéralement et vers le bas.

Dans le système européen la forme du faisceau de croisement est obtenue surtout au moyen de la coupelle de la lampe qui permet au projecteur d'émettre un faisceau que l'on peut considérer comme étant constitué grosso modo uniquement par la moitié inférieure du faisceau route.

Le système européen est caractérisé par une ligne de démarcation nette évidente lorsque le projecteur éclaire un écran orthogonal par rapport au faisceau de croisement. La ligne de démarcation peut être symétrique et horizontale, dans les projecteurs ancien modèle appelés, pour ce motif, symétriques gauche et inclinée d'environ 15 % vers le haut dans sa moitié droite dans les projecteurs asymétriques, appelés aussi européens unifiés, ou E, à cause du sigle dont ils sont marqués après homologation. Cette caractéristique est obtenue surtout grâce à la forme particulière de la coupelle de la lampe, mais elle dépend aussi de la forme des prismes du verre de diffraction.

Dans le système américain, la lampe est pourvue de deux filaments, dont l'un est placé au-dessus de l'autre et légèrement déplacé vers le côté gauche.

De ce fait, le faisceau de croisement n'a pas une forme différente mais il est simplement moins intense (puissance moindre du filament), incliné vers le bas et dévié vers le côté droit. Les Américains sont parvenus à une solution globale en ce sens que les trois parties du projecteur, la lampe, la parabole et le verre, forment un seul bloc réalisé totalement en verre à la seule exception des contacts servant à l'alimentation des filaments.

Ce type de projecteur est appelé "sealed beam" (rayon scellé). On a toutefois également réalisé des projecteurs totalement en verre, donc scellés, capables d'émettre un faisceau de croisement ayant les caractéristiques du faisceau européen asymétrique.

Ce résultat a été obtenu grâce à une disposition différente des filaments dans l'optique de l'ensemble et par l'application d'un écran ayant une fonction absolument analogue à celle de la coupelle de la lampe européenne.

Le système américain, à faisceau de croisement dévié, est évidemment plus puissant que l'européen mais il éblouit davantage. Dans le cas d'une circulation homogène, c'est-à-dire constituée de véhicules équipés de la même façon, on peut évidemment obtenir des résultats pratiques équivalents, mais dans le cas d'une circulation mixte les conducteurs des véhicules équipés à l'européenne peuvent être désavantagés.

Malgré tous les progrès réalisés, le problème de l'éblouissement, provoqué par les phares dans les croisements, est loin d'être résolu : on a en effet diminué l'inconvénient mais on ne l'a pas annulé.

On doit donc poursuivre la recherche de nouveaux systèmes en vue d'obtenir de meilleurs résultats. Les progrès dans le domaine des projecteurs, au cours des années, peuvent être suivis par l'examen de la puissance d'éclairage, pouvant être obtenu sur un écran d'essai placé à 25 mètres de distance du faisceau de profondeur et, sur la base de ce résultat, on peut calculer la distance de visibilité, appelée également « portée ». La portée pratique des projecteurs en 1945 était égale à 125 mètres.

Les progrès continuels dans la technique d'emboutissage des paraboles, dans leur planage, dans l'application des revêtements réfléchissants, dans les caractéristiques des verres et dans le rendement des lampes. ont permis d'augmenter progressivement l'efficacité et partant, la portée du bloc-projecteur.

Un progrès très net a été enregistré vers 1950 par l'emploi de lampes d'une plus grande puissance (45 watts maximum), qui ont permis d'atteindre un éclairement double sur l'écran de référence et d'obtenir une portée pratique de 175 mètres.

La mode des quatre projecteurs, qui a doublé le nombre des groupes optiques utilisés pour le faisceau " route" a surtout permis d'adopter des projecteurs conçus pour émettre uniquement un faisceau à longue portée et, en conséquence, d'une fabrication mieux adaptée à cet emploi. L'augmentation de la portée ne peut pas être calculée proportionnellement, étant donné que les axes d'orientation ne coïncident pas et ne permettent pas de considérer qu'il y a doublage de l'intensité dans la direction utile : cependant, l'avantage obtenu peut être constaté à la fois dans l'augmentation de la portée, estimée à 200 mètres, et dans l'augmentation d'ampleur du faisceau global permettant l'éclairage plus intense d'une fraction plus importante de la route.

A partir de 1964, une nouvelle majoration de la puissance d'éclairage a été réalisée par l'adoption des lampes dites "à iode". Ces lampes sont plus puissantes (environ 60 watts au lieu de 45) et, de plus, elles émettent une quantité double de lumière, ou de flux lumineux, de couleur plus blanche.

L'éclairage obtenu par ce type de lampe peut atteindre et même dépasser 100 lux sur une portée de 300 mètres. Malheureusement les avantages théoriquement apportés par cette plus grande efficacité des projecteurs et des lampes ont été annulés en partie par une augmentation de la circulation qui a limité les occasions dans lesquelles il est possible d'utiliser le faisceau de route. Cette constatation a influencé les normes techniques qui prévoient une durée minimale de cent heures pour le filament du faisceau route et de 300 heures pour le faisceau de croisement. On suppose donc que pendant la circulation de nuit il n'est possible d'utiliser le faisceau route que pendant une durée égale au quart du temps de fonctionnement des projecteurs, et l'expérience prouve que ce pourcentage est lui-même rarement atteint, tout au moins sur les routes principales les plus fréquentées.

Le rendement et la puissance des projecteurs sont influencés négativement par la pollution atmosphérique qui agit soit chimiquement, en attaquant la surface réfléchissante des projecteurs, soit mécaniquement par l'infiltration inévitable et les dépôts de poussière à l'intérieur du projecteur. Le rendement d'un projecteur placé sur un véhicule en circulation subit une diminution de son efficacité qui peut aller jusqu'à 50 % après un laps de temps de deux ans et ce, indépendamment de son utilisation effective. L'emploi des projecteurs est réglementé par le Code de la route.