Lampe electrique

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Lampe electrique

Lampe électrique

Une lampe électrique est un objet destiné à convertir de l'électricité en lumière.

Depuis l'origine, les lampes √©lectriques sont constitu√©es d'une enveloppe de verre prot√©geant un filament port√© √† incandescence ; on les d√©signe souvent par le terme ampoule (du latin ampulla : petit flacon, fiole). Par extension, dans le langage populaire, l‚Äôampoule √©lectrique d√©signe tout syst√®me, prot√©g√© par une enveloppe de verre, destin√© √† produire de la lumi√®re √† partir de l'√©lectricit√©.

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

Sommaire

Historique rapide

Première lampe électrique de Thomas Edison en 1879.
  • 21 octobre 1879 : Thomas Edison con√ßoit une lampe dont le filament est une fibre de coton carbonis√©e.
  • Longtemps, les lampes √† incandescence utiliseront un filament de carbone.
  • Les lampes modernes utilisent le tungst√®ne.
  • Le culot √† ba√Įonnette est invent√© par Swan, en concurrence avec le culot √† vis d‚ÄôEdison.

Les lampes à incandescence ont souvent une forme ramassée et rebondie, mais peuvent être allongées (linolite), et dans ce cas elles sont, hélas, souvent confondues avec des tubes fluorescents (voir ci-dessous).

Le tube fluorescent utilis√© pour l'√©clairage et les enseignes lumineuses est g√©n√©ralement lin√©aire, mais √† la fin du XXe si√®cle, cette technologie a √©volu√© en permettant la fabrication de formes diverses, plus compactes, int√©grant une alimentation √©lectronique, se substituant directement aux lampes √† incandescence.

Il existe aussi maintenant des lampes compos√©es de diodes √©lectroluminescentes, elles ne sont utilis√©es pour l'√©clairage que depuis le d√©but du XXIe si√®cle.

Incandescence

Lampe à incandescence classique

Article d√©taill√© : Lampe √† incandescence classique.
Lampe à incandescence

Elle produit de la lumi√®re en portant √† incandescence un filament de tungst√®ne. Cette application de l'√©lectricit√© est une des plus simples et n'a que peu √©volu√© en plus d'un si√®cle et demi. Les inventeurs et d√©couvreurs des principes de la lampe √† 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, appelées linolites, sont de forme allongée, ce qui les fait confondre avec des tubes fluorescents.

Lampe à halogènes

Article d√©taill√© : Lampe √† incandescence halog√®ne.
Lampe à iode

Elle fut invent√©e en 1959 par Edward G. Zubler et Frederick Mosby, employ√©s de General Electric. Elle produit elle aussi de la lumi√®re en portant √† incandescence un filament. √Ä l'int√©rieur de la lampe, un m√©lange de gaz noble et d'un gaz halog√©n√© (iode, bromure de m√©thyle ou dibromure de m√©thyl√®ne) √† haute ou basse pression limite le noircissement de l'ampoule normalement d√Ľ √† l'√©vaporation du filament de tungst√®ne.

Plus pr√©cis√©ment, les atomes de tungst√®ne √©vapor√©s se combinent au gaz d'halog√®ne formant un compos√© volatil qui ne se condense pas √† la surface interne de l'ampoule. Ce compos√© halog√©n√© se re-dissocie en tungst√®ne + halog√®ne au contact du filament sous l'effet de la chaleur, assurant √† ce dernier une r√©g√©n√©ration permanente, bien qu'√† terme non homog√®ne. Une lampe halog√®ne a ainsi une dur√©e de vie plus longue qu'une lampe √† incandescence classique. De plus, ce cycle chimique permet l'emploi d'ampoules plus compactes, ainsi qu'une temp√©rature de filament plus √©lev√©e, donnant une lumi√®re plus √©clatante, de temp√©rature de couleur plus √©lev√©e (jusqu'√† 3 400 K), le tout avec un rendement accru. La temp√©rature √©lev√©e de l'ampoule n√©cessite l'emploi de mat√©riaux tels que le quartz pour les lampes les plus compactes, ou du Pyrex, du Vycor ou autres verres durs √† base d'aluminosilicates pour les mod√®les plus larges.

Lampe à nanotubes

Elle fonctionne comme le modèle traditionnel, 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 plupart 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 donc 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 petit à petit le verre, diminuant ainsi la quantité de lumière produite par la lampe.

Autre gros d√©faut : seule 5 % de l'√©nergie √©lectrique sert √† l'√©clairage... et 95 % √† chauffer (voir Efficacit√© lumineuse) (la temp√©rature du verre d'une lampe √† incandescence 230 volts sous tension atteint pratiquement 300 ¬įC ; attention donc √† 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 √† d√©charges produisent de la lumi√®re gr√Ęce √† un gaz ou une vapeur faiblement ionis√© (√† l'exception des lampes au sodium), un plasma. La pression de remplissage varie de quelques millibars √† plusieurs dizaines de millibars et les puissances dissip√©es par unit√© de longueur sont relativement faibles. Cette caract√©ristique impose des lampes de dimensions relativement grandes. Exp√©riment√©es en 1869 par Louis Becquerel, elles regroupent :

Ces lampes ont un bien meilleur rendement que les sources √† incandescence, bien qu'elles soient associ√©es √† un appareillage complexe, variable suivant le ou les gaz utilis√©s pour leur mise en Ňďuvre.

Lampes fluorescentes

Articles d√©taill√©s : Tube fluorescent et Lampe fluorescente.

Le principe de fonctionnement est le suivant :

  • Une d√©charge √©lectrique √† travers un gaz constitu√© d'un m√©lange de vapeur de mercure et d'un gaz noble, produit un rayonnement ultraviolet.
  • Cette lumi√®re, non exploitable directement dans un but d'√©clairage, est absorb√©e par une poudre fluorescente recouvrant la paroi interne de l'ampoule de verre.
  • Cette poudre restitue l'√©nergie lumineuse sous forme de lumi√®re visible.
  • La temp√©rature de couleur de la lumi√®re √©mise peut √™tre contr√īl√©e sur une tr√®s large plage en apportant des modifications dans la composition de la poudre fluorescente.

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

Ces lampes se pr√©sentent sous diff√©rentes formes :

  • Tubulaire-lin√©aire : avec des √©lectrodes √† √©mission thermo-√©lectronique √† chaque extr√©mit√©
  • Tubulaire-circulaire : avec les √©lectrodes connect√©es √† une douille commune
  • Tubulaire-compacte : dont le tube √† d√©charge est pli√© plusieurs fois
  • Sph√©rique : dont la d√©charge √©lectrique est excit√©e par une antenne radiofr√©quence

Lampe à vapeur de sodium

Article d√©taill√© : lampe √† vapeur de sodium.
  • Les lampes √† vapeur de sodium sous basse pression sont compos√©es d'un tube en U rempli d'un m√©lange n√©on-argon et enclos dans une ampoule externe tir√©e sous vide. Le rayonnement est orange quasi monochromatique.
  • Ces lampes ont un rendement tr√®s √©lev√©, compris entre 100 et 200 lm/W
  • Il existe deux types de lampes : les mod√®les standard (SOX) et √† haut rendement (SOX-E)

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 généralement très compactes et dissipent des faibles puissances comprises entre un demi-watt et quelques dizaines de milliwatts. Elles sont souvent utilisées comme témoins lumineux (détection de courant, de tension ou de mise en marche d’un circuit).

Il existe quatre types de lampes √† lueur :

  • Lampes au n√©on (orange) ;
  • Lampes au n√©on-x√©non avec rev√™tement fluorescent (vert, bleu) ;
  • Lampes √† argon (bleu, ultraviolet) ;
  • Lampes √† h√©lium (rose).

Lampe à décharge luminescente sous haute pression

Ces lampes ont une pression interne de l'ordre du bar √† la dizaine de bars. Il en r√©sulte que le gaz ionis√© responsable de l'√©mission lumineuse est beaucoup plus brillant et chaud. Ainsi, de plus fortes puissances peuvent √™tre dissip√©es dans un espace de quelques centim√®tres. Les premi√®res lampes de ce type ont √©t√© cr√©√©es au d√©but du XXe si√®cle et regroupent principalement :

  • Les lampes √† vapeur de mercure ;
  • Les lampes aux halog√©nures m√©talliques ;
  • Les lampes √† vapeur de sodium haute pression.

Pour des usages plus sp√©cifiques il existe aussi d'autres types de sources :

  • Les lampes au x√©non √† arc long ;
  • Les lampes au krypton √† arc long.

Lampes à arc sous très haute pression

Article d√©taill√© : Lampe √† arc.

Ces lampes ont une pression interne sup√©rieure √† 20 bars et pouvant atteindre 300 bars. La lumi√®re est engendr√©e par un arc dont les conditions extr√™mes de pression, de courant et de densit√© de puissance permettent d'obtenir les densit√©s de rayonnement les plus √©lev√©es. Les lampes les plus couramment utilis√©es ont un arc relativement court de 1 √† 30 mm, ce qui permet un excellent contr√īle optique de la lumi√®re √©mise. Trois classes de lampes √† arc court sont commercialis√©es :

  • Les lampes au x√©non ;
  • Les lampes √† vapeur de mercure ;
  • Les lampes aux halog√©nures m√©talliques.

Il existe aussi des lampes capillaires √† vapeur de mercure op√©rant dans la gamme de pression comprise entre 50 et 100 bars. Ces sources pr√©sentent un arc relativement long (entre 1 et 10 cm) enferm√© dans une enveloppe tubulaire en quartz de quelques millim√®tres de diam√®tre. Ces lampes sont refroidies par eau ou par jet d'air comprim√© afin d'√©viter la d√©vitrification rapide de l'ampoule.

Source électroluminescente à semi-conducteur

Compos√©es de souvent plusieurs diodes √©lectroluminescentes haute luminosit√©, d'une dur√©e de vie tr√®s importante (50 000 heures) les lampes √† diodes commencent √† remplacer les lampes √† incandescence dans l'√©clairage portatif et pour la signalisation. Leur co√Ľt encore √©lev√©, la n√©cessit√© de l'emploi d'alimentation √©lectrique sp√©cifique (courant continu de basse tension) et leur rendement lumineux encore modeste (50 lm/W pour les meilleures sources) limitent encore leur d√©mocratisation face aux lampes √† filaments.


Une diode √©lectroluminescente fonctionne comme suit :

  • Lors de la recombinaison d'un √©lectron et d'un trou dans un semi-conducteur il peut y avoir √©mission d'un photon.
  • La transition d'un √©lectron entre la bande de conduction et la bande de valence peut se faire avec la conservation du vecteur d'onde \vec{k}. Elle est alors radiative (√©missive) et elle s'accompagne de l'√©mission d'un photon.

Chimioluminescence

  • Dans un tube en plastique, un compos√© chimique r√©agit √† une action m√©canique, ce ph√©nom√®ne permet d'obtenir une source de lumi√®re de secours (type Snaplight).
  • Des objets (bracelets, colliers, cerceaux, etc.) d√©coratifs sont utilis√©s lors de f√™tes nocturnes.
  • En criminologie, le ph√©nom√®ne permet de mettre en √©vidence des traces de sang peu ou pas visibles √† l'Ňďil nu (dans ce cas, le luminol r√©agit avec les ions fer des globules rouges, en produisant de la lumi√®re).

Support mécanique

Article d√©taill√© : Support des lampes √©lectriques.

La fixation m√©canique des lampes √©lectriques est en g√©n√©ral standardis√©, permettant la bonne tenue m√©canique et √©lectrique, ainsi que le respect des contraintes de s√©curit√©. Les supports culot+douille les plus anciens sont la vis Edison et la ba√Įonnette.

Applications

Article d√©taill√© : √Čclairage.

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

Voir aussi

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