Évolution technique

sources lumineuses          optique, colorimétrie et réflexion          conception des signaux

Les sources lumineuses

Ampoules à filament

           À la fin du XIXème siècle, la source lumineuse utilisée dans le premier modèle de feu de signalisation en Angleterre est produite grâce à une flamme au gaz. En France, le gaz sera très peu employé en signalisation, à l'exception des bornes lumineuses, et de quelques signaux implantés sur des routes en pleine campagne, loin de toute alimentation électrique. Les premiers signaux lumineux urbains étant installés dans les années 1920, c'est l'électricité qui était utilisée, avec l'emploi d'ampoules à filament incandescent.

          Ces ampoules nécessitaient une maintenance importante. Les services techniques municipaux ont du se doter de services propres à la signalisation tricolore qui réalisaient des opérations de maintenance préventive en changeant toutes les ampoules de tous leurs carrefours tous les 6 mois afin d'éviter les feux éteints. En hiver, ces ampoules avaient l'avantage de conserver la bonne visibilité des feux car elles dégageaient de la chaleur qui faisait fondre la neige.

          Dans les années 1980, les fabricants proposaient des lampes basse tension de 12V afin de réduire la consommation électrique des feux tricolores. Les fabricants d'ampoules, comme Philips ou Mazda par exemple, ont également développé des gammes spécifiques à la signalisation qui avaient une durée de vie plus importante. Le filament de ces ampoules était réalisé en rhenium à la place du tungstene, avec gaz au krypton pour augmenter la résistance contre les vibrations et l’intensité lumineuse.

          Ce type de source lumineuse était la plus courante en France, des années 1920 jusqu'au début des années 2000. Elle a aujourd'hui quasiment complètement disparue.  

Tubes fluorescents

           Les tubes fluorescents à haute tension, habituellement utilisés pour les enseignes de magasin, ont été employés dans les feux tricolores à partir de la fin des années 1960. Ils sont également appelés foyer serpentin en raison de leur forme, ou encore feu à cathodes. Leur durée de vie est bien supérieure aux lampes à filament, mais en raison de leur haute tension ils nécessitent d'importants transformateurs ce qui causait des parasitages et anomalies au sein des contrôleurs, notamment pour le contrôle du rouge. En raison du danger représenté par la haute tension, les feux à tubes étaient équipés d'un contacteur qui coupait leur alimentation dès qu'ils étaient ouverts.

          Certaines villes ont fait le choix de les adopter entièrement, principalement en raison de leur faible maintenance comme la ville de Paris à partir de 1970. Certains fabricants comme la Silec en ont fait leur spécialité, tandis que d'autres ont refusé cette nouvelle source lumineuse, comme SEA. Aujourd'hui cette source lumineuse a totalement été abandonnée, et plus aucun feu ne l'utilise. 

Diodes électroluminescentes

           À la fin des années 1980, la diode électroluminescente, également appelée LED ou DEL en français, a commencé à être utilisée en signalisation tricolore. Cette nouvelle technologie à base de semi-conducteur est prometteuse : elle est peu coûteuse, a une grande durée de vie et une très faible consommation électrique. Cependant, à l'aube des années 1990 les LED n'offrent pas encore une intensité lumineuse satisfaisante, et sont tout d'abord employées dans les signaux répétiteurs et les signaux piétons. Seuls quelques fabricants les proposent, comme Théry Hindrick.

          Une dizaine d'années plus tard, au début des années 2000, les sources à LED ont progressé et vont se généraliser dans tous les signaux. La plupart des nouveaux feux installés sortent des lignes de production avec des LED. Les fabricants vont également proposer des kits à diodes pré-équipés (lentilles, circuit électronique, câblage) afin de remplacer les sources incandescentes et à tubes fluorescents des feux déjà installés. Cette opération s'appelle le rétrofitage.

          Durant une dizaine d'année, les kits à LED fabriqués seront composés de plusieurs dizaines de séries LED, appelées source multipoints. À partir de 2010, de nouvelles LED appelées LED de puissance, ou power LED, vont être employées dans les signaux. Il s'agit de diodes à la puissance accrue, permettant l'emploi de deux ou trois LED par couleur, la lentille jouant le rôle de la répartition de la lumière. 

          Autre conséquence de l'arrivée des LED, les fabricants vont adapter le design de leurs feux à cette source qui est bien moins incombrante que les ampoules qui nécessitent des réflecteurs, ou les tubes fluorescents qui nécessitent des transformateurs. Les signaux français vont alors considérablement s'affiner et n'être conçus que pour des sources à LED, les autres sources lumineuses étant définitivement abandonées.

          Les grandes agglomérations vont lancer des plans massifs de rétrofitage ou de remplacement de leurs signaux existants par des feux à LED au cours des années 2000 et 2010. Les bénéfices de réduction des coûts de maintenance ayant pour conséquence la réduction des services techniques associés sont mis en avant, mais également l'aspect écologique des LED. L'exemple le plus frappant est celui de la ville de Paris qui a lancé en 2009 un marché de performance énergétique qui a conduit au remplacement de 1500 feux et au rétrofitage de la totalité de ses 14 000 signaux à LED. Cependant, l'arguement écologique des LED employées en signalisation tricolore est à nuancer en raison de la non-réparabilité des sources et des tensions créées sur les marchés de terres rares nécessaires à la fabrication des composants électroniques. 

Optique, colorimétrie et réflexion

           Les feux tricolores à ampoule incandescente (avant la généralisation des LED) avaient besoin de systèmes élaborés pour rendre la lumière visible, uniforme et directionnelle. L’ampoule à filament produisant une lumière diffuse dans toutes les directions, ce sont donc les réflecteurs et les lentilles colorées qui façonnaient le faisceau lumineux.

          L’ampoule seule produisant une lumière trop diffuse et peu contrôlée, les réflecteurs étaient nécessaires pour diriger et homogénéiser la lumière vers la lentille. Plusieurs types de réflecteurs ont été développés par les fabricants : sphérique, parabolique, elliptique, ou multifacettes. 

           En matière d'optique, les feux de signalisation sont équipées d'une lentille, et ce quelles que soit leurs sources lumineuses. Les lampes incandescentes émettant une lumière blanche, les feux avec ce type de source lumineuse possèdent des lentilles colorées. Tout d'abord conçus en verre, notamment par le verrier Holophane dans les années 1960 et 1970, ces lentilles ont ensuite été conçues en plastique à partir des années 1980.

          Le principal défaut des lentilles colorées est l'effet fantôme. Il s'agit d'un phénomène lié à la perception trompeuse d’un feu allumé alors qu’il est éteint. En plein jour ou par forte luminosité, la lumière du soleil qui se reflète à l’intérieur de la lentille du feu donne l’illusion qu’un signal (rouge, orange ou vert) est activé. L’automobiliste ou le piéton croit donc voir un feu allumé alors que ce n’est pas le cas. Pour y remédier les fabricants ont mis au point plusieurs types de lentilles spécifiques anti-reflet à plusieurs couches ou à polarisation. 

           Les feux à tubes fluorescents ou à LED ne sont pas soumis à l'effet fantôme car la couleur est émise par leurs sources lumineuses. Ils sont donc munis de lentilles incolores conçues pour répartir, diriger et homogénéiser le faisceau lumineux. Selon les fabricants, ces lentilles peuvent être conçues de différentes façons : motif en toile d'arraignée, à grains de riz, prismatique ou collimatrice.

          Les signaux répétiteurs et les signaux piétons ont longtemps été démunis de lentilles, les fabricants se contentant d'une simple plaque transparente en matière plastique laissant les diodes apparentes. Depuis le milieu des années 2000, certains modèles de répétiteurs ont bénéficié de lentilles spécifiques jouant le même rôle de répartition de la lumière que pour les feux principaux. Ils en sont tous équipés aujourd'hui. Les premiers signaux piétons équipés de lentilles ont été commercialisés par SEA Signalisation vers 2010. 

Conception des signaux

Matériaux

            À leurs débuts, les feux de circulation étaient fabriqués en cuivre. Ce choix, loin d’être anodin, a toutefois entraîné de nombreuses difficultés, notamment durant la Seconde Guerre mondiale (voir l’évolution des feux parisiens et la fameuse « couleur brun de Paris »). Des fabricants comme Saunier Duval ou Durenne & Val d’Osne proposaient alors ce type de signalisation.

        Dans les années 1960, le cuivre, trop coûteux, fut progressivement remplacé par l’acier. Plus abordables, les signaux en acier offraient aussi une remarquable robustesse, bien que leur exposition à la corrosion restait problématique. Certains modèles de cette époque, régulièrement repeints, sont d’ailleurs encore en service aujourd’hui sur le réseau routier.

        Les années 1980 marquent un tournant avec l’arrivée des matériaux synthétiques, tels que la fibre de verre (modèle Octogonal 2000 de Fischer & Porter), et la matière plastique (modèle Europe chez Silec, Design 2000 chez Garbarini). Ces innovations permettaient d’améliorer l’esthétique des feux, mais leur résistance aux agressions extérieures (pollution, chocs, vandalisme) s’avérait bien moindre.

        Face à ces limites, les fabricants introduisent dans les années 1990 des modèles hybrides, mêlant acier et plastique. La fonte d’aluminium devient également un matériau de choix pour les feux dits antivandalisme (ex. M2001 chez Garbarini, ou encore les modèles de SEA Signalisation).

        Aujourd’hui, l’offre s’articule autour de plusieurs gammes selon les matériaux employés : 

Entrée de gamme : matière plastique, très souvent en polycarbonate (modèle Atlas 3G de Sagem, Ulysse de Lacroix Traffic. 

Milieu de gamme : aluminium, plus durable et esthétique (modèle Vision de Fareco ou Nixea de SEA. 

Haut de gamme : feux totem, conçus comme de véritables objets de mobilier urbain (modèle Géronimo de Lacroix, Feux de France de Fareco).  

Esthétique

           Au-delà des caractéristiques techniques et réglementaires qui définissent la conception des signaux lumineux, les fabricants français ont toujours accordé une place centrale à l’esthétique des feux tricolores. Cette attention portée au design ne relève pas uniquement du détail : elle s’inscrit dans une volonté d’intégrer harmonieusement ces équipements dans l’espace urbain, au carrefour de la technique, de la sécurité et de l’image de la ville.

        Dès les premiers modèles des années 1920 et 1930, les concepteurs ont cherché dessiner des formes élégantes avec des finitions soignées, allant bien au-delà de la simple fonctionnalité. Dans les années 1970 et 1980, cette tendance s’est accentuée avec l’apparition de modèles au design pensé comme un véritable objet urbain, et non plus seulement comme un outil de régulation de la circulation. Les feux dits totem, par exemple, illustrent cette démarche en valorisant la verticalité et la pureté des lignes pour s’imposer comme des éléments identitaires dans le paysage de la ville.

        Aujourd’hui encore, chaque fabricant met en avant sa propre signature visuelle : certains privilégient la sobriété et la discrétion, afin que les feux s’intègrent le plus naturellement possible à l’environnement, tandis que d’autres jouent la carte de l’originalité et du design affirmé pour en faire de véritables marqueurs esthétiques. Cette recherche d’équilibre entre fonctionnalité, robustesse et esthétique est devenue un critère distinctif fort de cette industrie française, reconnue pour son savoir-faire dans la conception de feux tricolores, qui sont souvent copiés par des fabricants étrangers, et notamment asiatiques.