Sources lumineuses
historique des lampes
Eclairage
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Les différentes sources d'éclairage
sont décrites sur cette page.


Lampe à arc de carbone
avec mécanisme manuel pour rapprocher les électrodes


Lampe à vapeur de mercure
Elles ont un mauvais rendu des couleurs, même si l'enveloppe en verre est recouverte à l'intérieur d'une matière fluorescente transformant une partie du rayonnement ultra-violet en lumière visible.


La lampe de Nernst
On remarque le filament principal (épais)
et le filament qui sert au préchauffage


Lampes à filament de carbone
Les premières lampes avaient un filament fabriqué à partir de tiges de bambou carbonisées à l'acide.

Même les lampes à incandescence modernes ont encore un mauvais rendement et ne peuvent plus être vendues.

Lampes à décharge

Les premières lampes électrique étaient des lampes à décharge, plus simples à fabriquer.

Lampe à arc de carbone

Dans les premières lampes, la décharge se faisait à l'air libre, et la lumière était principalement produite par la combustion du carbone au point d'entrée de l'arc. Ces lampes étaient alimentées en continu (à partir d'une dynamo) et étaient de construction asymmétrique. Ces lampes étaient par exemple utilisées dans les projecteurs de cinéma, mais étaient particulièrement dangereuses (risques d'incendie à cause de l'arc à l'air libre, production de monoxyde de carbone). Il fallait régulièrement remplacer les électrodes qui s'usaient pendant le fonctionnement.

On a également fabriqué des lampes à arc de carbone fonctionnant à l'alternatif, qui était de plus en plus utilisé à la place du continu. Les deux tiges de carbones étaient alors identiques. Dans certains modèles, les électrodes étaient placées dans une gaine en verre pour limiter l'arrivée de l'air et réduire la combustion des tiges. Ces lampes produisaient des gaz toxiques en fonctionnement et également un fort bruit et n'étaient utilisées que dans les ateliers, les halls de gare et les grands espaces publics.

Bougie de Yablochkov

La bougie de Yablochkov est une forme évoluée de la lampe à arc de carbone. Elle se compose de deux tiges en carbone, séparées par un isolant (généralement du plâtre). En haut des tiges de carbone, il y a un fin conducteur qui sert à allumer l'arc. Pendant le fonctionnement, le carbone brûle lentement et le plâtre est détruit par l'arc. La lampe peut fonctionner pendant deux heures. Il n'est pas possible de rallumer une lampe éteinte, puisqu'il n'y a plus de pont entre les deux électrodes.

Cette lampe à arc ne nécessitait pas de méchanisme pour régler la distance des électrodes et pouvait donc être utilisée dans de nombreux endroits. Cette lampe produit un très fort éclairage ét était utilisé comme seule source d'éclairage (par exemple dans les premiers grands magasins). Pour avoir une usure identique des deux pôles, il est nécessaire d'alimenter la lampe avec de l'alternatif. L'apparition des lampes à incandescence a sonné le glas de ce type de lampes à "usage unique".

Lampe à décharge

Puis on est passé aux lampes à décharge à gaz. Plusieurs types de gaz ont été utilisés. On discerne les lampes à décharge (par exemple les lampes néon) et les lampes à arc (lampes à vapeur à haute pression). On utilise le terme d'arc pour les décharges de forte intensité, concentrées dans un espace très restreint (lampe de projecteur). Certains gaz sont principalement utilisés pour les arcs (lampes au xénon), tandis que d'autres gaz fonctionnent avec une intensité plus faible (lampe néon, mercure et sodium basse pression). Dans les lampes au mercure et sodium haute pression la pression augmente lors du fonctionnement, permettant un meilleur rendement. Quand la pression est haute, l'allumage du tube est plus malaisé: certains tubes ne peuvent être allumés que lorsqu'ils sont froids.

Plus la pression augmente, et plus est est possible d'obtenir un rendement élevé et une intensité lumineuse intense. Cette augmentation de la pression (et de la température) pose des problèmes technologiques majeurs. Les électrodes sont attaquées par l'arc. Elles doivent de plus avoir un coëfficient de dilatation identique au verre (c'est pour cela qu'on utilise un métal différent pour le passage de l'ampoule). Le sodium haute pression est très réactif, et il n'y a que certaines céramiques qui résistent.

Et finalement nous avons les lampes à décharge comme nous les connaissons: lampes à vapeur de mercure basse pression (tubes fluorescents) et haute pression, lampes à vapeur de sodium basse et haute pression (éclairage public). Les premières lampes à vapeur de mercure sont apparues avant la seconde guerre mondiale. Elles avaient une durée de vie bien plus élevée que celle des lampes à incandescence et étaient utilisées pour l'éclairage public et l'éclairage d'ateliers. Une durée de vie de plus de 10.000 heures est tout à fait normale. Actuellement on ne trouve pratiquement plus de lampes à vapeur de mercure simples (à cause du mauvais rendu des couleurs): on y ajoute des halogénures métalliques qui améliorent le spectre lumineux.

Lampes à incandescence

Les premières lampes à incandescence n'étaient pas électriques, mais basées sur la combustion.

Lumière oxydrique

Nous avons d'abord la lumière oxydrique produite par un bloc de chaux chauffée à blanc par un chalumeau oxydrique (le seul dont les gaz de combustion soient suffisamment chauds). Cet éclairage était surtout utilisé dans les théatres, de là nous vient l'expression "les feux de la rampe" et en anglais "limelight", lime étant le nom de la chaux vive.

Ces lampes nécessitent un apport d'oxygène et d'hydrogène, ce qui fait qu'elles ne peuvent pas être utilisées par des particuliers. Par contre, d'autres composants produisent une lumière blanche à partir d'une température plus basse.

Lampes à gaz

Certains composants chimiques produisent une lumière blanche à partir d'une température plus basse que la chaux. Il s'agit des oxydes de thorium et de cérium qui ont une émissivité faible dans l'infra-rouge et une émissivité poussée dans le rayonnement visible. Ces oxydes sont formés sous forme de manchon placé au dessus d'une flamme. Si la flamme d'un gaz produit très peu de lumière, sa température est suffisamment élevée pour que le manchon produise une forte lumière blanche. Ce type d'éclairage était utilisé pour l'éclairage des rues avant la venue de l'électricité. On l'utilise encore régulièrement dans les lampes à gaz (camping gaz) quand il n'y a pas de courant.

Lampes de Nernst

La lampe de Nernst est une des premières lampes à incandescences. Elle avait l'avantage par rapport à la lampe à incandescence classique, qu'elle est composée de céramique qui ne brûle pas dans l'oxygène de l'air. On peut donc monter à des températures plus évelées: ces lampes produisent une lumière plus blanche que les lampes à incandescence classiques de l'époque. Ces lampes n'ont pas besoin de ballon, et quand elles en ont un, ce ballon ne sert qu'à protéger l'environnement de la haute température du filament.

Un inconvénient de la lampe de Nernst est que la céramique n'est pas naturellement conductrice à basse température. Il faut un second filament pour porter la céramique à haute température.

Lampes à incandescence classiques

Les premières lampes à incandescence souffraient de nombreux inconvénients, notament leur faible durée de vie (10 à 50 heures de fonctionnement) et leur faible lumière (comparable à 10 à 20 bougies). Le mauvais rendement n'était à l'époque pas un problème, car il n'existait aucune autre source lumineuse à usage domestique. On utilisait un filament de carbone (produit à partir du bambou). C'était la lampe d'Edison. Certaines lampes tenaient le coup plus de 1000 heures, mais la lumière produite était jaune.

On a remplacé le filament de bambou par un filament métallique (du tungstène, dont le point de fusion est très élevé) et l'ampoule est finalement devenue concurrente aux autres formes d'éclairage (éclairage incandescent au gaz, lampe de Nernst).

Pour éviter la combustion du filament, on fait soit le vide dans l'ampoule, mais alors le filament à tendance à se sublimer et se déposer sur le verre. On utilise maintenant du gaz à basse pression, généralement de l'argon, qui est facile à produire.

Lampes à incandescence à halogène

On a rapidement remarqué que la présence d'un gaz rare dans l'ampoule limitait non seulement la sublimation du métal, mais permettait également de "récupérer" le métal, qui se fixe au gaz et est redéposé sur le filament (mais de manière peu homogène, ce qui fait que le filament finit malgré tout par se rompre). On utilise un halogène (du chlore, de l'iode ou du brome) gazeux à basse pression.

Le recyclage est le meilleur dans les petits ballons. Mais la température élevée qui est atteinte fait qu'il faut utiliser du quartz au lieu du verre classique. L'utilisation de quartz plus solide que le verre ordinaire permet de travailler à une pression plus élevée, ce qui permet de monter encore un peu en température de filament. Dans les ampoules qui fonctionnent sur la tension de 230V, le ballon en quartz contenant le filament est entouré d'un ballon en verre classique. Le quartz laisse passer les rayons ultra violets, c'est pour cela que les ampoules basse tension sont souvent montées derrière un verre. Les ampoules en 230V ont d'office un ballon en verre.

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