Elektor Electronics 2018 01 02 469

Figure 1. L’horloge de sable (à gauche) et l’horloge Laser Time Writer (à droite).
Entracte 1 : ce qui luit dans le noir...
L’autocollant que nous utilisons est conde ; la lumière incidente est donc
recouvert d’une substance qui absorbe immédiatement réémise avec une longueur
d’onde différente. Exemples d’ap-
l’énergie de la lumière incidente et la restitue
ensuite lentement sous forme de… plication : feutres fluos et lumière noire
lumière. La lumière restituée est généralement
verte, mais il y a d’autres maté-
des UV sous forme de lumière visible).
(substances et pigments qui réémettent
riaux et d’autres couleurs. Quoi qu’il en Les tubes fluorescents, les ampoules
soit, la théorie de ce mécanisme n’est à économie d’énergie ou à LED, et les
pas si simple que ça.
LED blanches font également appel à des
matériaux fluorescents (souvent qualifiés,
à tort, de phosphorescent !) pour
Fluorescence et phosphorescence
Lorsqu’un matériau irradie des photons
suite à un apport d’énergie, on
réémettre des UV ou une lumière bleue
sous forme d’un spectre que nous considérons
comme blanc.
parle de luminescence ; si c’est suite
à un apport de chaleur, on parle plutôt
Les substances phosphorescentes sont
d’incandescence.
connues depuis le Moyen Âge (le mot
La photoluminescence est une forme de
grec phosphoros signifie porteur de
luminescence où un matériau absorbe
lumière). C’est l’alchimiste allemand Hennig
Brand qui a découvert le phosphore
et réémet des photons : lors de l’absorption,
l’énergie excite les électrons du
par hasard en 1669. Le nom attribué à
matériau, et cette énergie est restituée
cet élément vient du fait que le phosphore
blanc émet de la lumière visible
lorsque les électrons retombent dans
leur état initial (relaxation). La longueur
dans l’obscurité quand il est exposé à
d’onde est souvent plus longue lors de
l’air ; cette réaction chimique n’est pas
la réémission ; il s’agit du déplacement
de la phosphorescence, mais bien de la
de Stokes. On distingue trois types de
chimiluminescence. On parle de phosphorescence
lorsque les électrons exci-
mécanismes différents : la fluorescence,
la phosphorescence et l’effet Raman (ne
tés par une onde lumineuse retournent
vous tracassez pas, il n’y a pas d’interro
à des niveaux d’énergie plus bas lentement
(le délai va de quelques millise-
à la fin de l’article !).
Le terme fluorescence vient de la désignation
d’un minéral, la fluorine (ou
condes à plusieurs heures) en réémettant
de la lumière ; il s’agit d’un phénomène
fluorite), composée de fluorure de calcium,
sur laquelle on a pour la première
relevant de la mécanique quantique. Les
films ou peintures phosphorescentes en
fois étudié le phénomène. Le délai entre
sont un bel exemple, ils continuent à
absorption et réémission est relativement
court, de l’ordre de la nanose-
luire des heures durant après avoir été
illuminés.
L’horloge de sable était vraiment fascinante
[1], mais elle avait quelques inconvénients
pour un usage régulier. Le lit de
sable doit rester horizontal, et la bonne
lisibilité de l’heure dépend de l’éclairage.
Le lissage de la couche de sable est bien
entendu indispensable, mais les vibrations
sont très énervantes. Ce n’est donc
pas une horloge à placer sur sa table de
chevet…
L’horloge Laser Time Writer « inscrit »
quant à elle l’heure sur un morceau d’autocollant
phosphorescent (c’est-à-dire qui
continue à émettre de la lumière après
avoir été éclairé). Après une pause, qui
dépend des conditions d’éclairage, les
chiffres s’estompent et un nouveau cycle
recommence. Le phénomène est expliqué
dans l’encadré entracte 1. Nous aurions
pu utiliser une LED bleue ou blanche
puissante au lieu d’un laser, mais avec
ce dernier la distance entre la source
lumineuse et la couche phosphorescente
n’a pas beaucoup d’importance ; en plus,
ça fait high-tech.
L’horloge de sable peut être transformée
en horloge Laser Time Writer, un kit est
disponible dans l’e-choppe ; la figure 1
montre les deux horloges côte à côte.
Un kit complet de l’horloge en version
laser sera bientôt disponible, nous vous
tiendrons au courant.
La phosphorescence en pratique
Dans le temps, on utilisait du sulfure
de zinc dopé avec du cuivre, ou parfois
de l’argent, comme matériau phosphorescent.
De nos jours, on préfère
des peintures à base d’aluminate de
strontium, dopées avec de l’europium,
du dysprosium ou d’autres terres rares.
On a aussi récemment utilisé des silicates
de métaux alcalino-terreux dopés,
pour obtenir d’autres couleurs, comme
le bleu. La plupart de ces substances
sont inertes chimiquement et biologiquement
; en d’autres termes, elles ne sont
pas toxiques.
Le matériau autocollant que nous avons
choisi n’existe à notre connaissance qu’en
vert, mais on peut acheter des poudres
phosphorescentes pour fabriquer ses
propres peintures. Des recettes sont
disponibles sur l’internet.
La mécanique
Il n’y a pas grand-chose à dire pour la
partie mécanique, l’assemblage est en
gros celui de l’horloge de sable. Une poignée
de composants sufft pour la transformation
en Laser Time Writer, et une
18 janvier/février 2018 www.elektormagazine.fr
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