Les arbres à feuilles persistantes ont occupé une place particulière dans la célébration du solstice d’hiver. Pour marquer le jour le plus court de l'année et le début officiel de l'hiver, des peuples de l'Europe préchrétienne suspendaient des branches vertes au-dessus des portes et des fenêtres, en talisman contre le mal et en symbole de l'espoir du printemps et de la vie éternelle. Alors que le christianisme se répandit en Europe aux 3ème et 4ème siècles de notre ère, la tradition de la décoration avec des branches à feuilles persistantes fut incorporée à Noël.
Amener un arbre à feuilles persistantes vivant à l'intérieur et le décorer est devenu une tradition en Allemagne au XVIe siècle. Le réformateur protestant Martin Luther est historiquement reconnu pour avoir ajouté des bougies et allumer des arbres de Noël chez lui après avoir vu des arbres illuminés par les étoiles la nuit. Les arbres illuminés par des bougies sont devenus une tradition allemande, apportée aux États-Unis par les premiers colons allemands, bien qu'ils ne fassent pas sensation aux États-Unis jusqu'à ce qu'une gravure de l'arbre de Noël de la famille royale britannique au château de Windsor soit publiée dans The Illustrated London News en 1848. Le prince Albert était allemand et la mère de la reine Victoria était également allemande. Les arbres décorés étaient donc familiers à la famille royale. Cette gravure représentant un arbre à plusieurs étages couvert d'ornements et de bougies allumées a popularisé les arbres de Noël. Ils étaient les créateurs de tendances du jour; comme Victoria et Albert, le reste du monde a suivi.
Une gravure de la reine Victoria, du prince Albert et de leurs enfants admirant l'arbre de Noël royal en décembre 1848. (Webster Museum) Allumer un arbre avec des bougies était très dangereux; l'arbre devait être frais. En règle générale, l’allumage de l’arbre de Noël implique des seaux remplis d’eau placée à proximité pour éteindre l’arbre s’il prend feu ou s’il prend feu. Compte tenu de toutes ces précautions, les bougies seraient allumées une fois la veille de Noël.
En 1882, après que Thomas Edison eut développé une ampoule électrique pratique, Edward Johnson, son ami et partenaire dans la société Illumination de Edison, créa le premier ensemble de «lumières de Noël», une chaîne de 80 lumières rouges, blanches et bleues, qu'il enroula autour de lui. son arbre de Noël. En 1895, le sapin de Noël de la Maison-Blanche était éclairé par des centaines de lampes à incandescence multicolores.
Publicité de 1901 de General Electric Des lampes à incandescence illuminaient les arbres de Noël tout au long du 20ème siècle. Bien qu’il y ait eu des améliorations, elles ont toutes fonctionné de la même manière que l’ampoule d’origine d’Edison: l’électricité passe à travers le filament de l’ampoule, le filament se réchauffe par résistance électrique, l’ampoule devient très chaude et la lumière est produite lorsque les métaux dans le filament deviennent si chauds que les électrons sont excités à des niveaux orbitaux plus élevés et retombent presque immédiatement à leur niveau orbital d'origine.
La couleur de la lumière produite est directement liée à l'excitation des électrons dans le matériau utilisé pour fabriquer la source de lumière. Les électrons sautent d'un niveau orbital appelé HOMO, ou orbitale moléculaire la plus occupée, à la prochaine LUMO, ou orbitale moléculaire la plus basse inoccupée. Lorsque l'électron se détend, un rayonnement électromagnétique, tel que la lumière visible, est émis. La nature du rayonnement électromagnétique est liée à la distance entre les deux niveaux (HOMO-LUMO).
La couleur de la lumière produite par cette excitation dépend également de la distance entre les niveaux orbitaux. Les ampoules Edison (à incandescence) traditionnelles produisent une lumière blanche car il existe de nombreux niveaux d'énergie, de sorte que toutes les couleurs du spectre sont produites. C'est pourquoi, lorsque vous faites passer la lumière blanche d'une ampoule à travers un prisme, celle-ci se décompose en différentes couleurs.
Les ampoules à incandescence ne consomment pas beaucoup d'énergie: une bonne partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Et bien que les ampoules à incandescence soient beaucoup plus sûres que d'utiliser des bougies pour éclairer un arbre, et qu'elles peuvent être utilisées plus d'une fois, elles deviennent encore très chaudes. De nombreux arbres de Noël secs ont pris feu à cause de la chaleur générée par les ampoules qui enflammaient des aiguilles sèches extrêmement inflammables.
Les lumières de Noël à DEL (diodes électroluminescentes), en revanche, offrent des avantages en termes d'efficacité énergétique et de température, ainsi que de nouveaux concepts et techniques d'éclairage. Les LED produisent de la lumière de la même manière que les lampes à incandescence à un niveau quantique: les électrons sont excités et émettent de la lumière lorsqu'ils se détendent. La différence réside dans la façon dont cette excitation se produit: dans le cas d’une LED, l’électricité qui traverse le matériau excite directement les électrons, pas la chaleur. Avec ce procédé, les lampes à LED consomment 80 à 90% moins d'énergie que les lampes à incandescence comparables.
Les LED ont été brevetées pour la première fois par James Biard et Gary Pittman alors qu'ils travaillaient pour Texas Instruments. Leur brevet (brevet n ° 3 293 513), intitulé «Semiconductor Radiant Diode» et délivré le 20 décembre 1966, décrit le premier dispositif à l'état solide breveté permettant de produire de la lumière à partir d'électricité. La diode à l'arséniure de gallium produisait une lumière infrarouge invisible à l'œil humain.
«Semiconductor Radiant Diode» de JR Biard et al., Breveté le 20 décembre 1966 (brevet américain n ° 3 293 513) En travaillant chez General Electric, Nick Holonyak a inventé la première LED pour produire de la lumière visible, en l’occurrence rouge, en modifiant l’arséniure de gallium avec du phosphore, ce qui a fait passer la lumière émise par les cristaux de l’infrarouge au rouge. La fondation de cet ouvrage est couverte par son brevet (brevet n ° 3 249 473), délivré le 3 mai 1966.
Contrairement aux ampoules à incandescence qui produisent un large spectre de lumière et apparaissent en blanc, à moins qu’elles ne soient recouvertes d’une peinture qui modifie la couleur, les lampes à LED produisent des couleurs dépendantes des composés choisis pour produire la lumière: une chaîne rouge de lumières de Noël peut être fabriquée des composés émettant des lumières rouges, des émetteurs bleus à partir de composés émettant de la lumière bleue, etc. Les lumières blanches à DEL sont différentes. Il existe quelques matériaux, tels que les matériaux grenat yttrium-aluminium (Y 3 AL 5 O 12 ), qui, lorsqu'ils sont placés dans des LED, produisent une lumière blanche. Cependant, la plupart des lampes à DEL blanches produisent de la lumière en combinant soigneusement différents composés émetteurs de lumière dans la structure de l'ampoule (par exemple, un composé émetteur bleu, un composé émetteur rouge et un émetteur vert).
Les travaux de Paul Bailey et de ses collègues de Monsanto, qui ont obtenu la mention Pat, ont constitué un grand progrès dans la production de LED rouges. US 4.039.890 le 2 août 1977. Ils ont inventé un réseau de diodes électroluminescentes à deux dimensions, dans lequel les éclairages pouvaient être contrôlés individuellement. Alors que cette structure produisait de la lumière rouge selon un motif en grille, «l'homme du métier peut facilement envisager d'autres combinaisons et matériaux pour fournir des affichages de couleurs ou multicolores différents.
"Réseau d'affichage à émission de lumière à semi-conducteurs intégrés" de Bailey et al., Breveté le 2 août 1977 (brevet américain n ° 4 039 890) Ce brevet fondamental a fourni une base pour les écrans à LED utilisés pour tout, des ordinateurs aux téléviseurs en passant par les téléphones. Les écrans à LED produisent différentes couleurs en mélangeant des lumières rouges, vertes et bleues dans différentes combinaisons; basé sur le modèle de couleur RVB (rouge-vert-bleu), n'importe quelle couleur peut être produite à partir de ces trois couleurs.
Gamme moderne de LED de lumières rouges, vertes et bleues (Martin Kraft via WikiCommons) La matrice de pixels présente dans une LED moderne fournit une base pour les éclairages de Noël réglables et les affichages où des éclairages individuels sont contrôlés. De la même manière qu'un pixel sur un écran change de couleur pour afficher une partie d'une image, les lumières de Noël avec des LED rouges, vertes et bleues émettant dans la même ampoule peuvent produire n'importe quelle couleur de l'arc-en-ciel, ainsi que de la lumière blanche. Les lumières individuelles peuvent être allumées et éteintes et la couleur changée.
On peut maintenant avoir un jeu de lumières sur un arbre de Noël et les faire changer de couleur. Ce type de technologie permet également de disposer de grands écrans d’affichage en extérieur, dans lesquels les lumières peuvent à la fois danser dans un bâtiment et changer de couleurs synchronisées avec la musique. Ces éclairages et ces contrôleurs informatisés, qui deviennent chaque année plus accessibles pour les consommateurs férus de technologie, ont plus en commun avec les écrans de télévision que la première chaîne de lumières rouges, blanches et bleues que Edward Johnson a enveloppées autour de son arbre de Noël.
Le 24 décembre 2013, Pat. Les brevets n ° 8 614 632 ont été accordés à Kenneth Wells et Victor Hatch pour une «méthode et un appareil de contrôle de la source de lumière correspondant à une source de son». Ce système contrôle les lumières RGB et convertit les ondes sonores en signaux contrôlant les Ainsi, au lieu de devoir programmer les lumières sur la musique, on peut permettre au système d’interpréter la musique et de produire un spectacle de lumière.
Wells et al., "Méthode et appareil de contrôle d'une source de lumière correspondant à une source de son", brevetée le 24 décembre 2013 (brevet américain n ° 8 614 632) Alors, où iront les lumières des arbres de Noël d'ici? J'ai quelques prédictions.
La couleur des lumières blanches à DEL s'améliorera et, à mesure que de plus en plus de personnes utiliseront des lumières à DEL, la consommation d'énergie et le coût d'utilisation des lumières diminueront. La manière dont les arbres de Noël seront illuminés continuera d'évoluer et les lumières deviendront de moins en moins comme les lampes à incandescence d'origine utilisées; elles peuvent être petites et en même temps brillantes et n'ont pas besoin de prendre la forme de l'ampoule d'origine.
Le «dispositif de simulation de flamme» de Wainwright, breveté le 24 octobre 2006 (brevet américain n ° 7 125 142) Je peux même imaginer une version plus sûre des bougies qui ont allumé les arbres de Martin Luther, Victoria et Albert. Après tout, comme l’inventeur Harry Wainwright l’a décrit dans son brevet de 2006 «Dispositif de simulation de la flamme», les LED peuvent être configurées pour ressembler à de véritables bougies.
