Lampe électrique
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Une lampe électrique est un objet transformant l'électricité en lumière.
Les premiers types de lampes électriques étaient et sont toujours, constitués d'une enveloppe de verre protégeant un filament porté à incandescence, on les désigne souvent par le terme ampoule (du latin ampulla : petit flacon, fiole). Par extension, dans le langage populaire, l'ampoule électrique désigne tout système, protégé par une enveloppe de verre, destiné à produire de la lumière à partir de l'électricité.
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[modifier] Historique rapide
La forme ramassée et rebondie de la lampe classique, la distingue du tube fluorescent utilisé pour l'éclairage et les enseignes lumineuses. À la fin du XXe siècle, le tube fluorescent a évolué en se cachant derrière la forme d'une ampoule classique. Il existe aussi dorénavant des lampes composées de diodes électroluminescentes.
[modifier] Classification des lampes
Les lampes électriques utilisent différentes technologies pour produire de la lumière à partir de l'électricité :
- L'incandescence;
- La luminescence;
- La Fluorescence;
- La chimiluminescence
- L'électroluminescence;
- La triboluminescence;
- La bioluminescence.
[modifier] Incandescence
[modifier] Lampe à incandescence classique
Image:Zarowa ubt.JPG 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 :
- 1848, Joseph Swan pour la lampe à filament de carbone ;
- 1879, Thomas Edison pour le principe du vide dans l'ampoule ;
- 1906, Auer Von Welsbach pour le filament d'osmium et tungstène ;
- 1909, William Coolidge pour le filament de tungstène ductile ;
- 1911, Irving Langmuir pour le bobinage des filaments et l'emploi d'un remplissage gazeux.
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 par combustion du filament et limiter la sublimation du tungstène.
[modifier] Lampe halogène
Image:LB-30 ubt.jpeg Elle fut inventée en 1959 par Edward G. Zubler, employé de General Electric. Elle produit elle aussi de la lumière en portant à incandescence un filament. À l'intérieur de l'ampoule, des gaz halogénés (iode, bromure de méthyle ou dibromure de méthylène) à haute pression limitent l'évaporation du filament de tungstène.
Plus précisément, le tungstène se combine à l'halogène ensuite le composé se redécompose en tungstène + halogène au contact du filament sous l'effet de la chaleur, assurant à ce dernier une régénération permanente, bien qu'à terme non homogène. Une lampe halogène dure donc plus longtemps qu'une lampe à incandescence classique. Pour cette raison, on peut se permettre de la survolter sans trop de problème, ce qui donne une lumière plus éclatante et plus proche de la température de couleur solaire
[modifier] 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 tension égale. Une commercialisation est envisagée dès 2009. ([1])
[modifier] Défauts
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 à un allumage ou 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 défaut : seul 5 % de l'énergie électrique sert à l'éclairage... et 95 % à chauffer (voir Efficacité lumineuse) (le verre d'une lampe à incandescence 230 volts sous tension se situe aux alentours de 300 °C ; attention donc à ne poser ni tissu, ni carton, ni papier, ni bois... directement sur le verre sous peine de risque d'incendie).
[modifier] 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 est de l'ordre du millibar à plusieurs dizaines de millibars, et les puissances dissipées par unité de longueur sont relativement faibles. Cette caractéristique impose des lampes de dimensions relativement grandes. Expérimentées en 1869 par Louis Becquerel, elles regroupent :
- Les lampes fluorescentes à vapeur de mercure ;
- Les lampes à vapeur de sodium basse pression ;
- Les lampes néon.
Ces lampes ont un bien meilleur rendement que les sources à incandescence, bien qu'elles soient associées à un appareillage complexe, variable suivant le ou les gaz utilisés pour leur mise en œuvre.
[modifier] Tubes fluorescents
Le principe de fonctionnement est le suivant :
- Une décharge électrique à travers un gaz constitué de vapeurs de mercure et d'autres gaz, produit un rayonnement ultraviolet.
- Cette lumière, non exploitable directement dans un but d'éclairage, est absorbée par une poudre fluorescente recouvrant la paroi interne du tube de verre
- Cet poudre restitue l'énergie sous forme de lumière visible.
- La température de couleur de la lumière émise peut être contrôlée sur une très 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.
[modifier] Lampe à vapeur de sodium
Elles sont de deux types :
- les lampes à vapeur de sodium sous basse pression (LPS) sont composées d'un tube en U rempli d'un mélange néon-argon et enclos dans une ampoule externe tirée sous vide. Le rayonnement est orange quasi monochromatique.
- les lampes à vapeur de sodium sous haute pression (SOX) utilisent d'autres composés chimiques comme le mercure et le xénon. Le rayonnement est jaune-orange, et de meilleure qualité (bande spectrale d'émission plus étendue).
[modifier] lampe à décharge haute pression
Ces lampes ont une pression interne de l'ordre du bar à la dizaine de bar. Il en résulte que le gaz ionisé responsable de l'émission lumineuse est beaucoup 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 principalement :
- Les lampes a vapeur de mercure ;
- Les lampes aux halogénures métalliques ;
- Les lampes à vapeur de sodium haute pression.
[modifier] Lampes à arc sous très haute pression
Ces lampes ont une pression interne supérieure à 20 bars et pouvant atteindre 300 bars. La lumière est générée par un arc relativement court (de 1 mm à 3 cm) dont les conditions extrêmes de pression, de courant et de densité de puissance permettent d'obtenir les densités de rayonnement les plus élevées. Il existe trois groupes principaux de lampes à arc court :
- Les lampes au xénon ;
- Les lampes à vapeur de mercure ;
- Les lampes aux halogénures métalliques.
[modifier] Source électroluminescente à semi-conducteur
Composées de souvent plusieurs diode électroluminescente haute luminosité, d'une durée de vie très 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 encore élevé, la nécessité de l'emploi d'alimentation électronique spécifique et leur efficacité lumineuse encore modeste (50 lm/W pour les meilleures sources) limitent encore leur démocratisation face aux lampes à filaments.
Une Diode électroluminescente fonctionne comme suit :
- Lors de la recombinaison d'un électron et d'un trou dans un semi-conducteur il peut y avoir émission d'un photon.
- La transition d'un électron entre la bande de conduction et la bande de valence peut se faire avec la conservation du vecteur d'onde <math>\vec{k}</math>. Elle est alors radiative (émissive) et elle s'accompagne de l'émission d'un photon.
[modifier] Applications
On trouve des lampes dans l'éclairage public, industriel, commercial, dans l'éclairage domestique, dans l'agriculture, les dispoisitifs de signalisation et de secours, les loisirs (éclairage festif).
[modifier] Voir aussi
- Lampe à décharge
- Indice de rendu de couleur
- Fluorescence
- Luminothérapie
- Lumen, watt
- Lux
- plasma
- Température de couleur
- Tube électronique
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