Principe des phares automobiles


Sur les véhicules actuels, on trouve divers types de projecteurs. Le modèle le plus courant et le moins coûteux utilise un réflecteur parabolique équipé d'une lampe à iode de type H4. Sur les modèles haut de gamme, on utilise une lampe à xénon placé au foyer d'un réflecteur elliptique et équipé d'une lentille asphérique. Ce dispositif est maintenant concurrencé par des lampes à diodes LED mais les contraintes techniques font que ces dispositifs sont beaucoup plus onéreux que les lampes à iode..

Lampe à iode
C'est une lampe équipée de deux filaments. Le filament avant est muni d'une coupelle qui réfléchit la lumière vers le haut.
La puissance consommée est de 55 W. Le flux lumineux de l'ordre de 1500 lumens. La durée de vie est de l'ordre de 1000 heures.
En mode plein phare le centre du filament arrière est placé au foyer d'un réflecteur parabolique. Dans ce cas le miroir donne une image à l'infini : on obtient un faisceau parallèle dont l'axe est celui de la parabole.
Le filament n'est pas ponctuel et de ce fait le faisceau n'est pas parallèle. Les points en avant du foyer donnent un faisceau convergent et ceux en arrière un faisceau divergent. Consulter cette page pour le vérifier.
Globalement on obtient un faisceau dont la portée minimale est de 100 m.
En mode croisement le centre du filament est placé nettement devant le foyer et on obtient un faisceau convergent dont l'axe est dirigé vers le bas.
En réalité le faisceau final doit avoir une forme imposée (portée maximum de 60 m pour le projecteur droit et de 30 m pour le projecteur gauche, éclairage du bas côté droit ...) pour ne pas éblouir les usagers qui arrivent en face.
Sur les anciens modèles le verre avant du projecteur comportait des éléments de lentille de type Fresnel. Sur les modèles récents, ce verre est neutre mais la forme des réflecteurs est plus complexe.

Lampe à xénon
C'est une lampe à décharge. Après amorçage d'un arc par une tension élevée (25 kV) il faut pour le maintenir appliquer une tension de l'ordre de 85 V alternative entre les électrodes. L'arc se comporte comme une source pratiquement ponctuelle. La puissance consommée est de 35 W. Le flux lumineux de l'ordre de 3200 lumens. La durée de vie est de l'ordre de 2000 heures.
Il existe divers types de projecteurs utilisant cette lampe. (Associé avec une lampe à iode, avec un brûleur code et un brûleur plein phare, mono brûleur avec déplacement mécanique du brûleur). On présente ici le modèle le plus évolué qui utilise un réflecteur elliptique.
Le brûleur est placé au foyer F1 de l'ellipsoïde. La lumière est réfléchie vers son foyer F2 qui est aussi le foyer objet d'une lentille convergente asphérique. Le passage en mode croisement est obtenu par le basculement d'un volet qui occulte une partie du faisceau.
La méthode de calcul de la lentille asphérique est décrite dans la page lentille de Fresnel.
A cause du flux lumineux très important et des risques d'éblouissement, ce type de projecteur doit être équipé d'un correcteur d'assiette automatique.

Remarque : L'association miroir elliptique, lentille convergente est aussi utilisée dans les projecteurs de cinéma car il permet d'éloigner le film du brûleur

H4

Lampe de type H4.
Le masque noir à l'avant supprime le faisceau direct

fil

Gros plan sur les filaments. Noter la coupelle placée sous le filament "croisement".