tube cathodique

Un tube cathodique, ou CRT (Cathode Ray Tube), est une ampoule de verre sous vide contenant un canon à électrons à l'arrière et un écran recouvert de phosphore à l'avant. Le canon à électrons chauffe un filament à environ 1000 degrés Celsius, libérant des électrons qui sont accélérés par une différence de potentiel de 10 à 30 kilovolts vers l'écran. Des bobines de déflexion magnétiques ou électrostatiques dirigent le faisceau vers la gauche, la droite, le haut et le bas, le balayant sur la couche de phosphore selon un motif de grille précis. Là où le faisceau frappe le phosphore, de la lumière est émise pendant une fraction de milliseconde, puis s'estompe. La persistance rétinienne lie ces brefs éclairs en une image continue.

Les CRT ont dominé la technologie d'affichage pendant près d'un siècle parce qu'ils étaient efficaces, offraient une bonne fidélité des couleurs et pouvaient être fabriqués en grandes tailles. Les récepteurs de télévision, les oscilloscopes, les écrans radar et les moniteurs d'ordinateur en dépendaient tous. Les CRT monochromes utilisaient un seul phosphore ; les tubes couleur contenaient trois phosphores (rouge, vert, bleu) disposés en points ou en bandes, avec trois canons à électrons tirant en synchronisation pour produire n'importe quelle couleur. Les tailles d'écran typiques variaient de 5 pouces dans les oscilloscopes portables à 40 pouces dans les grands téléviseurs.

La principale limitation de tout CRT est la nécessité de redessiner l'image de manière répétée, appelée taux de rafraîchissement. Les normes de télévision fonctionnaient à 50 ou 60 hertz ; les moniteurs d'ordinateur nécessitaient 70 hertz ou plus pour éviter le scintillement. Le faisceau d'électrons devait être suffisamment rapide pour tracer une trame entière en un seul cycle de rafraîchissement, ce qui limitait la longueur du tube et la consommation d'énergie. Les signaux de synchronisation horizontale et verticale indiquaient aux bobines de déflexion quand réinitialiser le faisceau vers le coin supérieur gauche.

Modes de défaillance et déclin

Les CRT souffraient de plusieurs mécanismes d'usure. La cathode s'épuisait progressivement après des milliers d'heures, réduisant la luminosité. Des fuites dans le joint du tube brisaient le vide, provoquant l'ionisation du gaz et la dispersion du faisceau. Le revêtement de phosphore se dégradait avec l'âge, surtout en fonctionnement à haute luminosité. Le « burn-in » de l'écran se produisait lorsqu'une image statique restait sur le phosphore pendant des périodes prolongées, épuisant le phosphore local plus rapidement que les zones environnantes et laissant une image fantôme. Dans les années 1990, les écrans plats utilisant des cristaux liquides, puis des LED, ont offert une profondeur plus faible, un poids plus léger et une durée de vie plus longue, ce qui a chassé les CRT des marchés grand public dans les années 2010.

Les CRT restent utilisés dans des applications industrielles spécialisées : les écrans radar dans le contrôle maritime et aérien, les oscilloscopes à large bande passante et certains systèmes d'imagerie médicale apprécient leurs performances inégalées en temps réel. Un oscilloscope CRT de qualité peut acquérir et afficher des transitoires de signal plus rapidement que la plupart des instruments numériques. La haute tension et la cathode chaude à l'intérieur d'un CRT nécessitent une gestion de l'alimentation et un blindage minutieux ; les CRT sous tension peuvent délivrer des chocs mortels même lorsqu'ils sont éteints si la capacité de l'écran n'est pas déchargée en toute sécurité.