A la découverte du Tube Nixie

A la découverte du Tube Nixie


De nos jours, lorsque l’on parle d’un affichage numérique on pense immédiatement aux affichages LED, LCD ou VFD. Mais savez-vous que dans les années 1950, des affichages de ce type sont déjà possibles grâce a des boîtiers électroniques appelés Tubes Nixie qui grâce à des filaments lumineux qui s’entrelacent permet d’afficher l’heure. Une technologie qui encore aujourd’hui intrigue et fascine. Ces ampoules un peu particulières permettent des créations originales design ou rétro notamment dans le secteur de l’horlogerie et s’invite dans le domaine de la décoration intérieure. Petit tour d’horizon de ces tubes Nixie et leur fonctionnement.

Qu'est-ce qu'un tube de Nixie ?

Tube NixieEn premier lieu et comme son nom l’indique, il s’agit d’un tube en verre transparent qui laisse entrevoir une série de fils de métal entrelacés et empilés les uns sur les autres. Chacun des fils contenus dans un tube Nixie correspond à un chiffre de 0 à 9 et ils sont reliés à un circuit électronique qui va gérer l’allumage de chacun d’entre eux.
Ainsi si l’on observe de près ce système on peut apercevoir les formes des chiffres qui se superposent dans cette ampoule scellée. Les tubes Nixie sont utilisés pour la fabrication d’horloges originales, mais ce n’est pas leur seul usage, ils permettent l’affichage de chiffres en séquences et donc peuvent être utilisés dans d’autres domaines.

Avantages de ces superbes garde-temps

Avantage des tubes nixie

On connaît bien les chiffres très anguleux des LED, LCD et VFD, qui peuvent être déroutants si vous n'y êtes pas habitué.

Les tubes Nixie sont souvent préférés pour la fabrication d'instruments qui doivent être lus dans une faible lumière ou dans l'obscurité, car : 

  • Les tubes Nixie offrent une lumière facile à lire.
  • Leurs chiffres sont correctement arrondis et ressemble aux chiffres que l'on peut soit même écrire ou lire sur des livres ou manuels.
  • Ils sont également extrêmement fiables.

Le "Quai des Horloges" propose une collection d'horloges Nixie pour les amoureux de ce style. Des horloges réalisées  à partir d'un stock de tubes récupéré dans d’anciennes usines de l'ex Union soviétique.  

Comment cela fonctionne ?

L’ampoule Nixie est un tube en verre qui a été scellé afin d‘empêcher les gaz contenus à l’intérieur de s’échapper. En effet, il est rempli d’un mélange invisible de gaz (généralement du néon, du mercure et de l'argon).
Alors qu'une lampe à incandescence est dotée de filaments qui produisent de la lumière, dans un tube Nixie ce sont des fils métalliques courbés qui s’éclairent. Chaque fil est recourbé pour prendre l’apparence d’un chiffre de 0 à 9 et l’ensemble de ces fils sont regroupés dans ce qui pourrait être qualifié de tube à décharge de gaz. Les fils métalliques fonctionnent comme une borne négative appelée cathode (un tube Nixie a donc dix cathodes). Afin d’éviter tout contact, les cathodes sont maintenues séparées par de minuscules entretoises en céramique. Il y a également une borne positive appelée anode qui se présente sous la forme d’une grille enroulée autour des cathodes numériques et qui dessert les dix cathodes.

Comparaison avec un tube cathodique

Pour imager, nous pouvons dire que le fonctionnement des tubes Nixie et des lampes néon se rapproche sensiblement de celui des tubes cathodiques présents par exemple dans les anciens téléviseurs.

Dans un tube cathodique, des électrons s’échauffent à l’extrémité d'une cathode en métal chaude et circulent le long du tube vers une anode chargée positivement à l'autre extrémité.

C’est la même chose dans les lampes au néon et les tubes Nixies, à ceci près que les cathodes restent relativement froides (les tubes de ce type sont décrits comme des "cathodes froides", même s'ils montent à la température du corps humain).

Le mélange gazeux contenu dans les tubes est à une très basse pression (peut-être 1/100e de la pression atmosphérique normale ou même moins - donc généralement inférieure à 1000Pa ou 0,01 atmosphère).

Lorsqu'une tension d'environ 170-180 volts est appliquée entre l'anode et l'une des cathodes, les atomes ou molécules de ce gaz sont transformés en ions chargés positivement et en électrons chargés négativement. On dit que le gaz à basse pression s'ionise.

C’est en rentrant en collision que les électrons, les ions, les atomes du gaz et les atomes métalliques "éjectés" de la cathode produisent une lumière incandescente et floue. Lumière qui se forme tout autour de la cathode et qui suit sa forme avec précision, illuminant ainsi l'un des chiffres 0 à 9.

En appliquant une tension à une autre cathode, un autre chiffre "s'allume".

Zoom sur ce phénomène lumineux

Lorsqu'une tension suffisamment élevée est appliquée entre l'anode (grille métallique) et l'une des cathodes numériques (fils métalliques en forme de chiffres), les molécules ou atomes du gaz à basse pression qui se trouvent à l'intérieur du tube de verre se divisent en ions chargés positivement et en électrons chargés négativement.
Nous parlerons d’ensemble en suspension.

Les ions positifs sont attirés vers la cathode chargée négativement, tandis que les électrons négatifs se dirigent vers l'anode chargée positivement.
Lorsque les ions frappent la cathode, ils en font sortir d'autres électrons (dits secondaires), qui s’ajoutent également à l’ensemble en suspension ».

C'est ce double mouvement des particules chargées qui permet à un courant électrique de circuler dans le tube.

Les sources de lumière du tube Nixie :

  • Une grande partie de la lumière qui sort d'un tube de Nixie est produite par des collisions entre des atomes de gaz, des ions et des électrons, tout comme dans un tube néon.
  • Certains des ions positifs frappent directement la cathode, d'autres frappent les atomes de gaz et les poussent dans la cathode. Comme de minuscules balles atomiques tirées contre un mur, ces petits atomes de gaz et ces ions éjectent de plus gros atomes de métal de la cathode, de sorte qu'ils sont éjectés dans la partie principale du tube - un processus connu sous le nom de pulvérisation cathodique. Ces atomes pulvérisés subissent ensuite leurs propres collisions dans « l’ensemble en suspension », absorbant de l'énergie pour s’agiter et devenir instables, puis perdant à nouveau leur énergie en émettant des photons de lumière et contribuant à la lueur globale que nous pouvons voir.

En bref, la lueur à l'intérieur d'un tube de Nixie est produite par une combinaison d'ionisation et de pulvérisation.


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