Sensibilité des cellules photo

Sensibilité des cellules photo-électriques,
Par Pierre Grivet et Pierre Herreng
In La télévision Puf, 1974
TEXTE et TEST
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Sensibilité des cellules photo-électriques
Sensibilité des cellules photo-électriques
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1. La cellule ressemble à l’œil, elle ne réagit pas également à toutes les couleurs. En
l’éclairant avec des radiations de couleurs différentes, mais de même énergie, on obtient
des courants différents.
2. Il nous faut donc préciser le rôle de la couleur de la lumière et étudier, comme on dit, la
sensibilité spectrale des cellules. Cette étude sera en même temps un historique des
recherches qui, dans le domaine qui nous occupe, ont conduit aux connaissances
actuelles.
3. C’est Hertz qui en 1887 découvrit l’effet photo-électrique de manière curieuse au cours des
expériences fondamentales d’où devait sortir la T.S.F. *
Fig. 1
4. Son émetteur E (fig. 1) comportait un éclateur qui donnait de très fortes étincelles et l’onde
manifestait son existence dans le récepteur par la création d’une petite étincelle, dont on
mesurait la longueur. Au cours des expériences sur la propagation des ondes qui portent
son nom (ondes hertziennes), Hertz sut discerner qu’elles n’étaient pas seules à
déterminer la petite étincelle : la lumière de la grosse étincelle d’émission qui, par un
hasard des montages, parvenait à l’éclateur de réception avait aussi une action; sa
présence facilitait le passage de la décharge, à travers la coupure. Après avoir montré que
les radiations ultraviolettes étaient les plus actives, Hertz ne s’occupa plus de sa subtile
découverte et c’est Hallwachs qui éclaircit les conditions de l’expérience.
5. En 1888, il établit qu’une sphère de zinc polie, isolée et fortement chargée d’électricité
négative, perdait cette charge quand on l’éclairait par des radiations ultraviolettes. Puis
Stoletow eut l’idée de recueillir l’électricité négative perdue par le métal éclairé en
l’entourant d’une grille métallique, et en reliant grille et plaque par l’intermédiaire d’un
galvanomètre et d’une pile (fig. 2).
Fig. 2
Avec ce dispositif, il constata qu’une radiation éclairant la plaque faisait passer un faible
courant continu de la grille à la plaque. Le principe de la cellule était acquis; mais la
présence de l’air entre les plaques compliquait beaucoup le fonctionnement. L’étape
définitive fut franchie grâce à Jules Elster et Hans Geitel. Les métaux étudiés auparavant
pour leur sensibilité photo-électrique étaient le magnésium, l’aluminium et le zinc; ils
voulurent essayer les métaux alcalins comme le sodium et le potassium et comme ces
métaux s’altèrent au contact de l’air, ils enfermèrent le métal sensible et l’électrode
collectrice d’électrons dans une ampoule bien vidée d’air, réalisant ainsi les premières
cellules. Non seulement ces cellules étaient beaucoup plus sensibles aux radiations
ultraviolettes que les montages antérieurs, mais, fait encore plus important, elles
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Sensibilité des cellules photo-électriques
fonctionnaient avec la lumière visible ordinaire. Continuant à perfectionner leur cellule, ils
montrèrent d’abord que les hydrures de sodium et de potassium étaient plus sensibles que
les métaux eux-mêmes et trouvèrent un procédé de fabrication encore en usage
maintenant. On remplit une cellule à métal alcalin de gaz hydrogène et on fait passer à
travers ce gaz une décharge électrique suffisante pour l’illuminer; la cathode se colore
fortement et devient jusqu’à 100 fois plus sensible.
Fig. 3
6. Ensuite, l’étude devint systématique; elle fut conduite par de très nombreux physiciens
dans des laboratoires industriels et les essais se multiplièrent. Il y a cinq métaux alcalins :
lithium, sodium, potassium, rubidium, cæsium. Pour chacun d’eux la courbe de sensibilité
spectrale a la même allure, celle de la figure 3 ; mais la longueur d’onde du maximum varie
beaucoup de l’un à l’autre.
7. La courbe pointillée représente la sensibilité de l’œil; on voit que la sensibilité chromatique
du cæsium en est très voisine. C’est donc à ce métal qu’il faut recourir pour fabriquer les
cellules photo-électriques les mieux adaptées aux exigences de la télévision.
8. On a réussi à augmenter beaucoup la sensibilité de la cellule au cæsium en utilisant des
couches dites “complexes”, par exemple en déposant une mince couche de cæsium
(quelques atomes d’épaisseur) sur un support d’argent oxydé; le courant fourni y atteint 30
A par lumen1 de lumière blanche incidente; des couches alternées de cæsium d’oxygène
et d’argent permettent d’atteindre 90 A par lumen. Mais le dernier progrès consiste à
déposer le cæsium sur une mince couche d’antimoine, elle-même portée par une base
d’argent : il se forme un alliage cæsium-antimoine très sensible (60 A par lumen) dont la
courbe de sensibilité épouse étroitement celle de l’œil et qui, finalement, présente un
courant résiduel infime lorsqu’elle est maintenue sous tension à l’obscurité : cette dernière
propriété la rend très précieuse car le courant d’obscurité est beaucoup plus fort dans
toutes les autres cellules et il est fort gênant en télévision où il joue le même rôle
pernicieux que le bruit de fond en radio ordinaire.
9. C’est ce qui explique que les recherches soient toujours activement poursuivies sur ce
sujet : récemment, on a établi que la conduction dans les couches sensibles s’apparentait
à celle des semi-conducteurs et cette meilleure compréhension de la physique de ces
“couches minces” a conduit à mettre en œuvre un alliage de trois métaux alcalins au lieu
du seul Cs ; ainsi on a pu obtenir avec ces “cathodes trialcalines” une amélioration très
notable des cellules photo-électriques.
La télévision, Pierre GRIVET et Pierre HERRENG (PUF, 1974) pp. 34-39
* T. S. F. : Ancien nom donné à la radio (téléphonie sans fil)
1
Un centimètre carré d’une surface perpendiculaire aux rayons du Soleil reçoit en plein midi, par temps clair, un flux
d’environ 10 lumens.
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Sensibilité des cellules photo-électriques
Compréhension du texte :
Les indications de paragraphes entre parenthèses, après les questions, indiquent la/les partie(s) du texte
concerné(es) par cette question :
Répondre en rédigeant des phrases avec un sujet, un verbe et un complément :
-
Qui sont les auteurs de ce texte ?
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-
De quelle année date ce texte ? D’où est-il extrait ?
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-
Pourquoi y parle-t-on de cellules ?
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Pourquoi est-il important de citer Hertz dans ce texte ? De quoi s’occupait-il à l’époque ?
(paragraphes 3 et 4)
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En quoi les cellules faites par ses successeurs constituaient-elles un progrès ? (paragraphe
4 et 5 )
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Que désigne Cs ? (paragraphe 9. ) Pourquoi le Cs est-il important ici ? (paragraphe 7. )
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Sensibilité des cellules photo-électriques
-
Est-ce que le Cs est suffisant ? Que manque-t-il ? (paragraphe 8. )
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Qui est, selon vous, après avoir lu ce texte, l’inventeur de la cellule photo-électrique ?
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-
Qu’est-ce qu’une cellule photo-électrique ?
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-
Si vous pouviez insérer ce texte dans un livre, scientifique, traitant d’un sujet plus vaste ou
plus général, mais nécessitant de parler des cellules photo-électriques, quel titre proposeriezvous pour ce livre? (paragraphe 4)
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Questions Générales :
-
Connaissez-vous d’autres noms d’éléments comme lithium, césium , etc…(non
cités dans ce texte) terminant avec la désinence /-um/ prononcée comme dans lithium ?
Nommez-en trois :
_____________________________
_____________________________
_____________________________
Donnez deux noms de couleurs qui ne sont pas indiqués dans ce texte :
_____________________________
_____________________________
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Sensibilité des cellules photo-électriques
Les sens et les organes des sens
Répondre :
1°) L’œil est un organe des sens ; de quel sens s’agit-il ? : ________________________
2°) Citez un autre organe des sens : ____________________
à quel sens correspond-il ? ______________________________________
Présenter :
Choisir parmi les mots suivants : courbe(s), graphique(s), schéma(s) , tableau(x),
Comment pourriez-vous désigner la
figure 2 ?
Comment pourriez-vous désigner la
figure 3 ?
Il s’agit d ___________________________
Il s’agit d ___________________________
.
Le Genre (masculin / féminin) et le nombre (singulier / pluriel) des MOTS :
Indiquer le genre et le nombre pour le mot : “ cathodes ” utilisé dans la phrase suivante ;
puis faire deux listes séparées des mots que vous avez isolés dans cette phrase, qui vous ont
permis de déterminer ce genre et ce nombre :
PHRASE : « ainsi on a pu obtenir avec ces “cathodes trialcalines” une amélioration très notable
des cellules photo-électriques. »
Genre
Masculin 
Nombre
Féminin  Singulier 
Pluriel 
cathodes
.../…
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Sensibilité des cellules photo-électriques
Grammaire du texte :
L’expression de la Comparaison :
La cellule ressemble à l’œil, elle ne réagit pas également à toutes les couleurs. En l’éclairant
avec des radiations de couleurs différentes, mais de même énergie, on obtient des courants
différents.
Après avoir montré que les radiations ultraviolettes étaient les plus actives, Hertz ne s’occupa
plus de sa subtile découverte et c’est Hallwachs qui éclaircit les conditions de l’expérience.
Non seulement ces cellules étaient beaucoup plus sensibles aux radiations ultraviolettes que
les montages antérieurs, mais, fait encore plus important, elles fonctionnaient avec la
lumière visible ordinaire.
ils montrèrent d’abord que les hydrures de sodium et de potassium étaient plus sensibles
que les métaux eux-mêmes
la cathode se colore fortement et devient jusqu’à 100 fois plus sensible.
le courant d’obscurité est beaucoup plus fort dans toutes les autres cellules et il est fort
gênant en télévision où il joue le même rôle pernicieux que le bruit de fond en radio ordinaire.
Pour chacun d’eux la courbe de sensibilité spectrale a la même allure, celle de la figure 3 ;
mais la longueur d’onde du maximum varie beaucoup de l’un à l’autre.