Fonctionnement du flash d'un appareil photo

Comment le flash d’un appareil photo fonctionne-t-il ?

Vous avez sans doute déjà été surpris par l’éclair soudain d’un flash d’appareil photo. Ce phénomène, aussi rapide qu’intense, cache un fonctionnement basé sur un composant électronique clé : le condensateur. Ce composant a la capacité de stocker de l’énergie électrique puis de la restituer en un très court instant, créant ainsi le flash lumineux.

Dans cet oral, je vais vous expliquer comment un flash électronique fonctionne, en m’appuyant sur les principes physiques liés aux circuits RC et aux lois de la charge et de la décharge d’un condensateur.

La question à laquelle je vais répondre est la suivante :

Comment le condensateur permet-il au flash d’un appareil photo de produire une lumière intense en un temps très court ?

Partie 1 – Le condensateur : un composant de stockage d’énergie

Le condensateur est un composant électrique formé de deux plaques conductrices appelées armatures, séparées par un isolant (ou diélectrique). Lorsqu’il est branché à une source de tension, il accumule des charges électriques sur ses armatures.

La capacité CCC d’un condensateur, exprimée en farads (F), dépend :

• de la surface des plaques (SSS),

• de la distance entre elles (ddd),

• et de la nature du diélectrique (ε\varepsilonε).

La formule est :

C=ε⋅SdC = \varepsilon \cdot \frac{S}{d}C=ε⋅dS

Lorsque le condensateur est en cours de charge, il se crée une différence de potentiel uCu_CuC entre les plaques, et une charge électrique qqq s’accumule.

q=C⋅uCq = C \cdot u_Cq=C⋅uC

Il se comporte alors comme une réserve d’énergie. L’énergie stockée s’écrit :

E=12CuC2E = \frac{1}{2} C u_C^2E=21CuC2

Cette énergie pourra être libérée très rapidement pour produire un flash de lumière.

Partie 2 – Le rôle du circuit RC : charge et décharge du condensateur

Phase de charge

Le circuit utilisé pour charger le condensateur contient :

• une résistance R

• un condensateur C

• une source de tension continue E

Ce montage forme ce qu’on appelle un circuit RC. Lorsqu’on ferme l’interrupteur, le condensateur commence à se charger. La tension à ses bornes évolue selon la loi :

uC(t)=E(1−e−t/RC)u_C(t) = E \left(1 - e^{-t / RC} \right)uC(t)=E(1−e−t/RC)

La constante de temps τ=RC\tau = RCτ=RC représente le temps nécessaire pour que le condensateur atteigne 63 % de sa charge maximale. La charge est progressive, mais pas instantanée.

Ce temps de charge n’a pas besoin d’être très rapide dans un appareil photo. On attend simplement

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