Introduction. XIX e siècle, il faut attendre quelques milliers d années pour arriver

Transcription

1 De la lumière du feu de l homme préhistorique, en passant par la lampe à huile, puis la chandelle, la lanterne qui apparaît dans les rues de Paris au XVII e siècle et l éclairage au gaz au début du XIX e siècle, il faut attendre quelques milliers d années pour arriver à l éclairage électrique, découvert tout d abord par l Américain Humphrey Davy qui invente la première lampe électrique. En fait, d où vient la lumière? Du rayonnement solaire diffusé par les gaz, les vapeurs et les poussières de l atmosphère. En 1802, Humphrey Davy constate qu en faisant passer un courant électrique à travers un fil de platine ou un crayon de charbon, on peut porter ces matériaux à l incandescence et qu ils brillent jusqu à ce qu ils soient détruits par oxydation. La même année, il découvre la possibilité de maintenir un arc électrique continu entre les deux électrodes de charbon de bois de son «œuf électrique». Ces deux principes constituent les deux grandes technologies de lampes : l incandescence et la décharge. En 1879, un autre américain Thomas Edison a l idée d enfermer un filament de coton à l intérieur d une ampoule de verre sous vide et de le porter à incandescence par un courant électrique. Cette première lampe incandescente durera 45 heures! Un autre physicien, anglais celui-là, se livrera à la même expérience, à peu près au même moment, mais Joseph Wilson Swan sera vite oublié. Cependant c est à Swan qu on doit le système de culot à baïonnette (B22), Edison ayant pour sa part développé le culot à vis (E14, E27 ). Tous les matériaux seront testés pour améliorer la durée de vie de la lampe. Et c est en 1906, qu Auer von Welsbach utilise des métaux 9

2 L éclairage intérieur plus réfractaires à la fusion qui permettent de prolonger la combustion du filament. Cela augmente en même temps sa température, donc la quantité de lumière fournie, le flux lumineux (voir Glossaire). En 1910, William D. Coolidge réussit à obtenir du tungstène permettant de réaliser des filaments flexibles. 2015, date probable de la fin des lampes incandescentes classiques? En juin 2007, les principaux fabricants de lampes européens membres d ELC (European Lamp Companies Federation), ont proposé à la Commission européenne d arrêter, d ici 2015, la mise en vente de lampes incandescentes classiques, lampes les plus énergivores, donc responsables d importantes émissions de CO 2. La disparition de ces lampes entraînerait une réduction de 60 % des émissions de CO 2 (23 méga tonnes par an) dues à l éclairage et une économie de 7 milliards d euros pour les consommateurs européens, soit GWh d électricité. Cette opération a pour objectif de réduire les dépenses énergétiques via l utilisation massive de sources lumineuses consommant bien moins d énergie à quantité de lumière produite égale. On pense notamment aux lampes fluocompactes dans un premier temps, aux leds dans un second temps, mais ceci est une autre histoire (voir chapitre 3). Principe de l incandescence Le principe de la lampe incandescente est le suivant : un filament de tungstène est chauffé à blanc par un courant électrique dans une ampoule de verre translucide. En présence d oxygène, le filament porté à haute température brûlerait instantanément, c est la raison pour laquelle, dès l origine, ce type de lampe a été muni d une enveloppe de verre isolant un milieu sans oxygène, l ampoule, qui a donné son nom populaire au dispositif, puis par extension à tout système, protégé par une enveloppe en verre, destiné à fabriquer de la lumière à partir d électricité. 10

3 Fig. 1 Coupe d une lampe incandescente classique 1. Ampoule de verre, aussi appelée globe, bulbe ou enveloppe 2. Gaz inerte 3. Filament de tungstène 4. Fil conducteur (contact avec le plot central) 5. Fil conducteur (contact avec le culot) 6. Fils de support du filament 7. Monture ou support en verre 8. Culot (contact électrique) 9. Culot (à vis ou baïonnette) 10. Isolant 11. Plot central (contact électrique) 11 11

4 L éclairage intérieur À l intérieur de l ampoule, on trouve soit un gaz caractéristique du type d ampoule : gaz rare souvent du krypton ou de l argon, soit le vide. Inéluctablement le filament surchauffé se vaporise et perd de la matière par sublimation, ensuite cette vapeur de métal se condense sur l enveloppe plus froide. L ampoule devient de plus en plus opaque et le filament devient plus fragile. Le filament finit par se rompre au bout de plusieurs centaines d heures : heures pour une lampe incandescente classique, c est ce qui indique sa durée de vie. Principe de la décharge La lumière d une lampe à décharge est produite par le passage d une décharge électrique dans une ampoule renfermant une ou plusieurs vapeurs métalliques (sodium, par exemple), un ou plusieurs gaz rares et parfois des composés chimiques de nature variée. Il s ensuit une production de photons, donc de lumière. L allumage se produit après quelques minutes à froid, voire quelques secondes aujourd hui grâce à l électronique. Une lampe à décharge est une lampe électrique constituée d un tube ou d une ampoule en verre rempli de gaz ou de vapeur métallique, sous haute ou basse pression. Les tubes fluorescents (appelés à tort «néon»), les lampes fluocompactes, sont des lampes à décharge. La couleur de la lumière émise par photoluminescence, par ces lampes dépend du gaz utilisé : le néon donne une couleur rouge ; le mercure s approche du bleu tout en produisant une quantité d ultraviolet importante ; le sodium rayonne dans le jaune. Souvent on le mélange avec du néon pour rendre la lumière orangée ; le xénon (employé pour l éclairage des phares automobiles) est le gaz qui permet de s approcher le plus possible du blanc pur. 12

5 Outre ces deux principes de production de lumière, on fait de plus en plus appel à l électroluminescence qui a donné lieu notamment aux leds (Lighting Emitting Diodes, «diodes électroluminescentes» en français). Principaux modèles de lampes Classique Standard Lampes à incandescence Fantaisie Linolite Krypton Réflecteur Calotte argentée Halogène Tension normale 230 V Très basse tension Tube fluorescent Lampes fluorescentes Lampe fluocompacte 13