Lampe à incandescence classique

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Lampe ancienne à filament de carbone.
Image SEM du filament de tungstène d'une lampe à incandescence classique.

La lampe à incandescence classique, inventée en 1879 par Joseph Swan et améliorée par les travaux de Thomas Edison, produit de la lumière en portant à incandescence un filament de tungstène, le métal qui a le plus haut point de fusion (3 422 °C[1]). À l'origine, un filament de carbone était utilisé, mais ce dernier en se sublimant puis en se condensant sur le verre de la lampe, opacifiait assez rapidement le verre.

Historique

Descriptif

Lampe à incandescence avec culot à vis

Incandescent light bulb.svg

  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. Fil de support du filament
  7. Monture ou support en verre
  8. Culot (contact électrique)
  9. Culot (filetage ou baïonnette, etc.)
  10. Isolant
  11. Plot central (contact électrique)

Gluehlampe 01 KMJ.jpg

Lampe à incandescence halogène à visser, avec un culot E27.
Lampe en verre translucide.

En présence de dioxygène, le filament porté à haute température brûle instantanément, c'est la raison pour laquelle, ce type de lampe a été muni d’une enveloppe de verre qui permet d'isoler un milieu sans oxygène : l'ampoule, qui a donné son nom populaire au dispositif, est protégé par une enveloppe en verre, destiné à fabriquer de la lumière à partir d’électricité.

À l’intérieur de l’ampoule, on trouve soit un gaz caractéristique du type d’ampoule : gaz noble 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 : 1 000 heures pour une lampe classique, jusqu’à 10 fois moins ou 8 fois plus pour certaines lampes à usage spécial.

La présence d'un gaz noble à l'intérieur de l'ampoule présente plusieurs avantages : certains atomes de tungstène devenus gazeux peuvent se déposer à nouveau sur le filament après un choc avec un atome de gaz noble, allongeant ainsi sa durée de vie. Le filament peut aussi être chauffé davantage. Enfin, cela limite le dépôt de tungstène sur la paroi de l'ampoule.

Dans les lampes actuelles, le filament de tungstène est enroulé en hélice, afin d’augmenter la longueur du filament, et donc la quantité de lumière visible produite.

La forme la plus classique de lampe à incandescence est l'ampoule « bulbe », mais on trouve également d'autres formes, dont celle de tube appelée linolite.

Caractéristiques électriques

Flux et efficacité lumineuse

La luminosité d'une source est fonction du flux lumineux (en lumen) qu'elle émet. L'efficacité lumineuse mesure le rapport entre le flux lumineux (émis par la source) et la puissance électrique (en watt) qu'elle consomme ; l'efficacité lumineuse s'exprime donc en lumens par watt (lm/W).

Tant que les lampes à incandescences classiques étaient largement majoritaires, les consommateurs pouvaient comparer le flux lumineux des lampes sur la base de leur puissance électrique : ainsi on choisissait une lampe de 100 W pour un éclairage intense, 60 ou 40 W pour un éclairage d'ambiance, et 15 W pour une veilleuse, etc.
Les différentes lampes utilisées comme alternatives aux lampes à incandescence classique ne présentant pas la même efficacité lumineuse, la comparaison des puissances électriques devenant absurde, il est indispensable d'utiliser le lumen comme unité de référence.

Le tableau ci-dessous reprend, de façon indicative car les valeurs varient légèrement d'un modèle à l'autre, la correspondance entre le flux lumineux et la puissance électrique d'une lampe à incandescence classique :

Lampes 120 volts[2]Lampes 230 volts[3]
Puissance
électrique
Flux
lumineux
Efficacité
lumineuse
Flux
lumineux
Efficacité
lumineuse
5 W25 lm5 lm/W
15 W110 lm7,3 lm/W
25 W200 lm8,0 lm/W230 lm9,2 lm/W
40 W500 lm12,5 lm/W430 lm10,8 lm/W
60 W850 lm14,2 lm/W730 lm12,2 lm/W
75 W1200 lm16,0 lm/W
100 W1700 lm17,0 lm/W1380 lm13,8 lm/W
150 W2850 lm19,0 lm/W2220 lm14,8 lm/W
200 W3900 lm19,5 lm/W3150 lm15,8 lm/W
300 W6200 lm20,7 lm/W5000 lm16,7 lm/W
500 W8400 lm16,8 lm/W

Caractéristiques physiques

Codes de formes de lampes à incandescence.

Vers la fin des lampes à incandescence en Occident