L'art et la science de l'enseigne au néon

Contexte

Une enseigne au néon est un affichage lumineux composé de tubes en verre remplis de gaz et formés en lettres ou motifs décoratifs. Quand un courant à haute tension traverse le gaz, les tubes émettent de la lumière. Bien que le gaz néon fut utilisé à l'origine, une variété d'autres gaz — argon, krypton, xénon et hélium — sont maintenant courants, et des revêtements phosphorescents permettent plus de 50 couleurs éclatantes. Les enseignes au néon vont d'une petite publicité pour bouteille de bière aux façades multi-étages des casinos de Las Vegas.

Les enseignes au néon évoluèrent d'expériences du XIXe siècle appliquant des courants haute tension à des gaz basse pression. En 1856, Heinrich Geissler produisit une source lumineuse en faisant passer un courant alternatif dans un tube de verre. Les travaux ultérieurs révélèrent que la plupart des gaz conduisent l'électricité et émettent de la lumière, mais les gaz réactifs comme le CO₂ corroderaient les électrodes, raccourcissant la durée de vie. En 1898, Ramsay et Travers distillèrent l'air liquide fractionnellement et découvrirent les gaz nobles néon, argon, krypton et xénon. Ces gaz sont chimiquement inertes, ne réagissent pas avec les électrodes, et produisent des couleurs distinctives : le néon donne un rouge-orangé brillant, l'argon un bleu-gris intense ou violet.

La distillation fractionnée resta coûteuse jusqu'en 1907 quand Georges Claude (France) et Karl von Linde (Allemagne) mirent au point une méthode plus économique. Claude, initialement concentré sur la production d'oxygène pour hôpitaux, vit le potentiel des gaz inertes. Il présenta sa première enseigne au néon à une exposition parisienne en 1910 et installa sa première enseigne commerciale en 1912. En 1915, il fonda la Claude Neon Sign Company et commença le franchisage.

Les enseignes au néon arrivèrent aux États-Unis en 1923 quand le concessionnaire automobile de Los Angeles Earle C. Anthony acheta deux enseignes de Claude pour sa concession Packard. Tout au long des années 1920 et 1930, les tubes néon devinrent intégraux aux façades de bâtiments. En 1947, les casinos de Las Vegas commencèrent à présenter des éclairages néon élaborés.

Pendant les années 1950 et 1960, le néon fut largement supplanté par des enseignes en plastique éclairées par tubes fluorescents. Ces dernières années, le néon a connu une renaissance tant dans la signalisation commerciale que comme medium artistique. Le Museum of Neon Art à Los Angeles préserve œuvres historiques et contemporaines et offre des visites mensuelles d'affichages néon notables à travers la ville.

Matières premières

Alors que le gaz néon est maintenant réservé aux rouges et oranges, l'argon ou mélanges argon-néon dominent la plupart des enseignes. L'ajout d'une petite quantité de mercure à l'argon produit une lumière bleue vive qui frappe des revêtements phosphorescents à l'intérieur du tube de verre, générant un spectre de couleurs. Des teintes optiques sont appliquées au besoin, ou le verre peut rester clair pour un effet bleu brillant. Xénon, krypton et hélium sont occasionnellement utilisés pour teintes spécialisées.

Le tubage en verre est fait de verre au plomb mou, facilement cintré. Il varie de 0,3 pouces (8 mm) à 1,0 pouce (25 mm) de diamètre et vient en longueurs de 4–5 pieds (1,2–1,5 m).

Les électrodes à chaque extrémité sont généralement en fer pur entouré d'une gaine de verre. Un fil passe par l'extrémité fermée, scellant l'électrode dans le tube. L'alimentation haute tension est fournie par un transformateur qui élève 120 V jusqu'à 15 kV. Les enseignes néon typiques tirent 30–60 mA, bien que les transformateurs soient dimensionnés à environ le double de ce courant. Le fil GTO isolé pour au moins 7 500 V connecte le transformateur aux électrodes et relie les sections individuelles en série.

Le tubage d'enseigne est supporté par un squelette en acier fin pour unités intérieures, peint en noir pour minimiser la visibilité, donnant l'illusion de flottement. Les enseignes extérieures peuvent utiliser des structures en bois, acier ou aluminium, avec supports en verre et bases métalliques. Le transformateur est logé dans un boîtier étanche.

Conception

Fabriquer une enseigne au néon mélange art et ingénierie. Avec seulement quelques exceptions, chaque enseigne est unique et doit être adaptée à l'affichage désiré et l'espace disponible. Les contraintes de conception incluent le diamètre du tube, le rayon de courbure minimum, et la longueur totale de tube que le transformateur peut alimenter. Les diamètres plus petits produisent une lumière plus brillante mais requièrent plus de puissance, limitant la longueur totale.

Le processus de fabrication

Créer une enseigne au néon est largement un processus manuel : cintrage du tubage, fixation des électrodes, purge des impuretés, évacuation de l'air, et remplissage de gaz. Les étapes typiques sont :

Préparation du tubage

• Des longueurs de tubage en verre sont nettoyées et placées verticalement dans une machine de revêtement. Une suspension liquide de phosphore est soufflée dans le tube et laissée s'écouler. Les tubes sont ensuite séchés au four. Des teintes de couleur sont appliquées de manière similaire. Les tubes destinés au néon (rouge/orange) ou argon (bleu) sont laissés clairs.

Cintrage du tubage

• Le design de l'enseigne est dessiné en taille réelle sur une feuille d'amiante résistante à la chaleur. Le verre est ramolli avec des brûleurs à ruban à gaz (24 po ou plus) pour les grandes courbes et chalumeaux manuels pour sections plus petites. Suivant le gabarit, un cintre de tube façonne le verre, sentant le transfert de chaleur et le ramollissement. Un tuyau de soufflage flexible empêche l'effondrement en soufflant de l'air dans le tube pendant qu'il refroidit. Les tubes à diamètres restreints doivent rester opérables.
• Les grandes enseignes sont construites par sections de 8–10 pi (2,4–3,1 m) de long. Deux longueurs sont chauffées et épissées ; les électrodes sont fusionnées sur chaque extrémité. Un petit port — appelé tubulure — permet l'évacuation avec une pompe à vide.

Bombardement du tubage

• Les impuretés sont éliminées en évacuant le tube, réintroduisant de l'air sec à 0,02–0,04 po Hg (0,5–1,0 mm Hg), et appliquant un transformateur à haut courant. Alors que 30 mA suffit pour l'opération normale, 400–750 mA est utilisé pendant le bombardement pour chauffer le verre à ~420 °F (216 °C) et les électrodes à ~1 400 °F (760 °C). Cela chasse les impuretés, qui sont ensuite évacuées par la pompe.

Remplissage du tube

• Après refroidissement, le tube est rempli sous basse pression avec le gaz choisi. Pour un tube de 0,6 pouce (15 mm), la pression de remplissage est ~0,5 po Hg. Le port de tubulure est alors scellé.

Vieillissement du tube (Burn-in)

• Pour stabiliser le gaz, le tube rempli subit un cycle de vieillissement ou « rodage ». Un transformateur évalué légèrement au-dessus du courant de fonctionnement est attaché. Un tube néon devrait atteindre l'illumination complète en 15 min ; l'argon peut prendre quelques heures. Si du mercure est ajouté, une gouttelette est introduite dans le port de tubulure, puis roulée le long des électrodes. Tout scintillement ou point chaud indique la nécessité de répéter bombardement et remplissage.

Installation et montage

• Les petites enseignes sont montées sur leur structure et câblées sur site. Les grandes enseignes sont assemblées par pièces et installées sur façades ou structures de support. Les très grandes installations peuvent requérir des mois de travail.

Contrôle qualité

Seuls des matériaux purs et une fabrication méticuleuse produisent une enseigne au néon fiable. Une enseigne bien construite devrait durer plus de 30 000 heures — bien dépassant la durée de vie de 750–1 000 heures d'une ampoule 100 W typique.

Les enseignes au néon doivent obtenir une homologation UL, impliquant des agences de test indépendantes, et doivent se conformer au Code Électrique National et codes du bâtiment locaux pour installations extérieures.

L'avenir

Les avancées récentes incluent des transformateurs électroniques compacts qui éliminent le bourdonnement d'antan, et des contrôles électroniques programmables qui remplacent les systèmes électromécaniques came-et-interrupteur, permettant affichages clignotants ou mobiles. Le néon a aussi pénétré les produits de consommation — téléphones, cadres de plaque d'immatriculation, et même extérieurs de véhicules.

L'intérêt devrait continuer de croître. Les fabricants japonais ont étendu la palette au-delà des 50 teintes classiques, et les animations pilotées par ordinateur deviennent plus sophistiquées et flamboyantes.