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Les ampoules, comment ça marche ?

Intéressants, les principes scientifiques de chaque type d’ampoule ! Voici donc quelques éléments qui vous… éclaireront. On commence par le commencement: la bougie!


Bougies
© JJPacres, Creative Commons

Une bougie… comment ça marche ?

Au début était la bougie... Elle est constituée d’un bloc de stéarine enrobé de paraffine dont le centre est traversé par une mèche de coton. En brûlant, elle produit environ 80 W de chaleur*  et fournit un éclairage de 13 lumens, soit environ 100 fois moins qu’une ampoule incandescente de même puissance, pour une efficacité lumineuse de 0,17 lm/W.

Son utilisation comporte un risque inhérent de brûlures et d’incendie, mais malgré ce risque et la faible efficacité lumineuse, la bougie devrait rester à la mode encore longtemps.

Une ampoule à incandescence classique… comment ça marche ?

Inventée en 1879 par Joseph Swan et ultérieurement améliorée par Thomas Edison, elle produit de la lumière en portant un filament de tungstène à l’incandescence. Ce métal est choisi pour sa température de fusion, la plus élevée des métaux (3 430 °C). L’intérieur de l’ampoule est gardé sous vide ou on y injecte un gaz inerte afin d’éviter la combustion du filament.

Cependant, l’élément chauffé se vaporise peu à peu et cette vapeur métallique se condense sur l’enveloppe plus froide, rendant l’ampoule plus opaque. Le filament extrêmement ténu (2 fois plus fin qu’un cheveu avec les techniques modernes de fabrication) devient fragilisé et finit par se rompre au bout d’environ 1 000 heures pour un modèle classique.

Une ampoule incandescente halogène… comment ça marche ?

À l’instar de l’ampoule ordinaire, le filament de l’ampoule halogène est en tungstène mais on introduit un gaz de la famille des halogènes à l’intérieur de l’ampoule afin d’éviter les inconvénients des lampes à incandescences classiques (perte d’atome de tungstène par évaporation, réduisant la durée de vie du filament, et noircissement de l’ampoule diminuant le rendement lumineux de l’appareil).

L’évaporation du tungstène a lieu dans le cas de la lampe à halogène aussi bien que pour l’ampoule incandescente classique ; cependant, la présence du gaz halogène et la haute température qui règne permet de régénérer le tungstène au fur et à mesure, prolongeant grandement la durée de vie de ce type d’ampoule.

Une ampoule fluocompacte… comment ça marche ?

La fluorescence fonctionne sous un principe tout autre que les ampoules à incandescence vues jusqu’à présent : lorsqu’un courant passe dans un tube rempli d’argon et de mercure, une radiation ultraviolette est émise, laquelle bombarde une couche de phosphore qui tapisse l’intérieur du tube de verre. L’énergie absorbée par le phosphore est réémise sous forme de lumière visible.

À l’intérieur d’un tube dans lequel on a introduit un peu de mercure, on fait jaillir un arc électrique entre deux électrodes situées à chaque extrémité. Cette décharge excite les atomes de mercure qui émettent surtout des radiations dans l’ultraviolet. Comme les rayons UV ne sont pas perceptibles par le système visuel humain (et sont dommageables pour l’organisme), ces radiations sont ensuite transformées en lumière visible par des poudres fluorescentes déposées à la surface du tube.

La lampe fluorescente compacte (ou fluocompacte) est une adaptation du tube industriel (le néon) pour un usage domestique. Elle est conçue pour remplacer l’ampoule incandescente. Le tube est miniaturisé, plié plusieurs fois ou enroulé, doté d’un culot et contenant un ballast électronique.

Une ampoule LED… comment ça marche ?

La DEL (lampe à diodes électroluminescentes), c’est comme une cellule photovoltaïque qui fonctionnerait à l’envers ! Au lieu de recevoir la lumière pour générer un courant électrique, la DEL reçoit un courant et génère de la lumière.

Les diodes produisent une lumière monochrome pouvant aller du rouge au bleu violacé. La lampe peut être composée de semi-conducteurs conventionnels, de LED organiques ou de polymères. Ce type de dispositif est maintenant disponible dans tous les formats standards conçus pour les lampes incandescentes conventionnelles.

* A. Hamins and M. Bundy, S. E. Dillon, Characterization of Candle Flames. Journal of Fire Protection Engineering. 2005. 

 

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