Lampe électrique

Une lampe électrique est un objet conçu pour convertir de l'électricité en lumière.



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  • ... Sinon en ce qui concerne une lampe a incandescence, la temperature du filament de tungstene depend du type de lampe : - faible puissance, ampoule a vide :... (source : )

Une lampe électrique est un objet conçu pour convertir de l'électricité en lumière.

Depuis l'origine, les lampes électriques sont constituées d'une enveloppe de verre protégeant un filament porté à incandescence ; on les sert à désigner fréquemment par le terme ampoule (du latin ampulla : petit flacon, fiole). Par extension, dans le langage populaire, l'ampoule électrique sert à désigner tout dispositif, protégé par une enveloppe de verre, conçu pour produire de la lumière à partir de l'électricité.

Ampoule électrique 230/240 V à culot à vis Edison E27 (27 mm)

Historique rapide

Première lampe électrique de Thomas Edison en 1879.

Les lampes à incandescence ont fréquemment une forme ramassée et rebondie, mais peuvent être allongées (linolite). Elles sont quelquefois alors confondues avec des tubes fluorescents (voir ci-dessous).

Le tube fluorescent utilisé pour l'éclairage et les enseignes lumineuses est le plus souvent linéaire, mais à la fin du XXe siècle, cette technologie a évolué en donnant la possibilité la fabrication de formes diverses, plus compactes, intégrant une alimentation électronique, se substituant directement aux lampes à incandescence. Les premiers furent au néon, donnant une belle couleur rouge-orangé. Un abus de langage fit quelque temps nommer "néons" la totalité des tubes fluorescents dans les milieux populaires.

Il existe actuellement des lampes composées de diodes électroluminescentes, elles ne sont utilisées pour l'éclairage que depuis le début du XXIe siècle.

Incandescence

Lampe à incandescence classique

Article détaillé : Lampe à incandescence classique.
Lampe à incandescence

Elle produit de la lumière en portant à incandescence un filament de tungstène. Cette application de l'électricité est une des plus simples et n'a que peu évolué en plus d'un siècle et demi. Les inventeurs et découvreurs des principes de la lampe à incandescence sont :

Le filament résistant, traversé par un courant électrique, est porté à incandescence par effet Joule. L'ampoule en verre, remplie de gaz inertes (1/3 azote et 2/3 argon) est indispensable pour éviter la destruction rapide du filament par combustion et limiter la sublimation du tungstène.

Certaines lampes à incandescence, nommées linolites, sont de forme allongée, ce qui les fait confondre avec des tubes fluorescents.

Lampe à halogènes

Article détaillé : Lampe à incandescence halogène.
Lampe à iode

Elle fut découverte en 1959 par Edward G. Zubler et Frederick Mosby, employés de General Electric. Elle produit elle aussi de la lumière en portant à incandescence un filament. Au sein de la lampe, un mélange de gaz noble et d'un gaz halogéné (iode, bromure de méthyle ou dibromure de méthylène) à haute ou basse pression limite le noircissement de l'ampoule normalement dû à l'évaporation du filament de tungstène.

Plus exactement, les atomes de tungstène évaporés se combinent au gaz d'halogène formant un composé volatil qui ne se condense pas à la surface interne de l'ampoule. Ce composé halogéné se re-dissocie en tungstène + halogène au contact du filament sous l'effet de la chaleur, assurant à ce dernier une régénération permanente, quoiqu'à terme non homogène. Une lampe halogène a ainsi une durée de vie plus longue qu'une lampe à incandescence classique. Qui plus est , ce cycle chimique permet l'emploi d'ampoules plus compactes, ainsi qu'une température de filament plus élevée, donnant une lumière plus éclatante, de température de couleur plus élevée (jusqu'à 3 400 K), le tout avec un rendement accru. La température élevée de l'ampoule nécessite l'emploi de matériaux tels que le quartz pour les lampes les plus compactes, ou du Pyrex, du Vycor ou autres verres durs à base d'aluminosilicates pour les modèles plus larges.

Lampe à nanotubes

Elle fonctionne comme le modèle respectant les traditions, mais on y a remplacé le filament de tungstène par un nanotube en carbone. Développée en 2004 par des chercheurs chinois dirigés par Jinquan Wei, elle présente l'avantage d'émettre plus de lumière à puissance égale. Une commercialisation est envisagée dès 2009. ([1])

Défauts

Filament de lampe

À chaque allumage de la lampe, le filament est soumis à une surchauffe, l'intensité du courant électrique étant supérieure dans le filament froid, c'est pour cette raison que les lampes grillent la majorité du temps au moment de l'allumage.

Le filament s'évapore lentement au fil des heures passées dans un état proche de la fusion, il s'amincit par conséquent et finit par fondre lors d'un allumage ou par casser au premier choc mécanique important. Autre effet, les gaz résultant de l'évaporation du filament, en se condensant sur l'ampoule, noircissent progressivement le verre, diminuant ainsi la quantité de lumière produite par la lampe.

Autre gros défaut : seuls 5 % de l'énergie électrique permet de l'éclairage... et 95 % à chauffer (voir Efficacité lumineuse) (la température du verre d'une lampe à incandescence 230 volts sous tension atteint quasiment 300 °C ; attention par conséquent à ne poser ni tissu, ni carton, ni papier, ni bois... directement sur le verre sous peine de risque d'incendie).

Sources à décharge luminescente sous basse pression

Les sources à décharges produisent de la lumière grâce à un gaz ou une vapeur faiblement ionisé (à l'exception des lampes au sodium), un plasma. La pression de remplissage fluctue de quelques millibars à plusieurs dizaines de millibars et les puissances dissipées par unité de longueur sont assez faibles. Cette caractéristique impose des lampes de dimensions assez grandes. Expérimentées en 1869 par Louis Becquerel, elles regroupent :

Ces lampes ont un bien meilleur rendement que les sources à incandescence, quoiqu'elles soient associées à un appareillage complexe, variable suivant l'ou les gaz utilisés pour leur mise en œuvre.

Lampes fluorescentes

Articles détaillés : Tube fluorescent et Lampe fluorescente.

Le principe de fonctionnement est le suivant :

La valeur de rendement peut atteindre jusqu'à 115 lumens par watt pour les tubes fluorescents à particulièrement haut rendement.

Ces lampes se présentent sous différentes formes :

Lampe à vapeur de sodium

Article détaillé : lampe à vapeur de sodium.

Lampes à lueur

Ces lampes présentent un cas à part dans la famille des sources sous basse pression. La très faible distance entre leurs électrodes ne permet pas le développement complet de la décharge luminescente. Seule une gaine lumineuse, la lueur négative, se développe autour de la cathode. Ces lampes sont le plus souvent particulièrement compactes et dissipent des faibles puissances comprises entre un demi-watt et quelques dizaines de milliwatts. Elles sont fréquemment utilisées comme témoins lumineux (détection de courant, de tension ou de mise en marche d'un circuit).

Il existe quatre types de lampes à lueur :

Lampe à décharge luminescente sous haute pression

Ces lampes ont une pression interne de l'ordre du bar à la dizaine de bars. Il en résulte que le gaz ionisé responsable de l'émission lumineuse est bien plus brillant et chaud. Ainsi, de plus fortes puissances peuvent être dissipées dans un espace de quelques centimètres. Les premières lampes de ce type ont été créées au début du XXe siècle et regroupent essentiellement :

Pour des usages plus spécifiques il existe aussi d'autres types de sources :

Lampes à arc sous particulièrement haute pression

Article détaillé : Lampe à arc.

Ces lampes ont une pression interne supérieure à 20 bars et pouvant atteindre 300 bars. La lumière est génèrée par un arc dont les conditions extrêmes de pression, de courant et de densité de puissance permettent d'obtenir les densités de rayonnement les plus élevées. Les lampes les plus fréquemment utilisées ont un arc assez court de 1 à 30 mm, ce qui permet un excellent contrôle optique de la lumière émise. Trois classes de lampes à arc court sont commercialisées :

Il existe aussi des lampes capillaires à vapeur de mercure opérant dans la gamme de pression comprise entre 50 et 100 bars. Ces sources présentent un arc assez long (entre 1 et 10 cm) enfermé dans une enveloppe tubulaire en quartz de quelques millimètres de diamètre. Ces lampes sont refroidies par eau ou par jet d'air comprimé afin d'éviter la dévitrification rapide de l'ampoule.

Source électroluminescente à semi-conducteur

Composées de fréquemment plusieurs diodes électroluminescentes haute luminosité, d'une durée de vie particulièrement importante (50 000 heures) les lampes à diodes commencent à remplacer les lampes à incandescence dans l'éclairage portatif et pour la signalisation. Leur coût toujours élevé, l'obligation de l'emploi d'alimentation électrique spécifique (courant continu de basse tension) et leur rendement lumineux toujours modeste (50 lm/W pour les meilleures sources) limitent toujours leur démocratisation face aux lampes à filaments.


Une diode électroluminescente fonctionne comme suit :

Chimioluminescence

Support mécanique

Article détaillé : Support des lampes électriques.

La fixation mécanique des lampes électriques est généralement standardisé, donnant la possibilité la bonne tenue mécanique et électrique, mais aussi le respect des contraintes de sécurité. Les supports culot+douille les plus anciens sont la vis Edison et la baïonnette.

Applications

Article détaillé : Éclairage.

On trouve des lampes dans l'éclairage public, industriel, commercial, dans l'éclairage domestique, dans l'agriculture, les systèmes de signalisation et de secours, les loisirs (éclairage festif).

Notes et références

  1. «Swan's earlier invention was recognized by the court and Edison failed. As part of the court settlement, Edison was obliged to recognize Swan's independent and earlier invention and to set up a joint company, the Edison and Swan United Electric Light Company, to exploit the incandescent bulb», Light years, Brian Clegg, WIley, 2001, pages 205-207

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