Les lampes à incandescences

    Les lampes à incandescence ont été inventées en 1879 par Joseph Swan et améliorée par les travaux de Thomas Edison. Ces lampes produisent de la lumière en portant à incandescence un filament de tungstène. Le tungstène est un métal qui a le plus haut point de fusion (3 430 °C). À l'origine, un filament de carbone était utilisé, ce dernier en se sublimant puis en se condensant sur le verre de la lampe, opacifiait assez rapidement le verre. Depuis, ces lampes se sont améliorées et se sont diversifiées. Il en existe aujourd'hui deux types principales : les lampes à incandescence standard et les lampes à incandescence halogène.

         Les lampes à incandescence sont seulement utilisées chez les particuliers.

Les lampes à incandescence standard

    La lampe à incandescence standard a révolutionné la vie quotidienne au moment de son apparition et est composée de divers composants comme décrit dans la figure suivante.

1.  Ampoule de verre

2.  Gaz inerte

3.  Filament de tungstène

4.  Fil conducteur (contact avec le plot central)

5.  Fil conducteur (contact avec le culot)

6.  Fils de support du filament

7.  Monture ou support en verre

8.  Culot (contact électrique)

9.  Culot (pas de vis ou baïonnette, ...)

10. Isolant

11. Plot central (contact électrique)

• Fonctionnement de la lampe à incandescence classique :

    Le tungstène présente une résistance au passage du courant et il s'échauffe. Comme le filament est fin, il s'échauffe rapidement. Il est porté à la température de fusion (3400° C). Il émet alors de la lumière par rayonnement thermique.

    Pendant le fonctionnement normal, le tungstène du filament s'évapore légèrement. Plus la température peut être élevée, plus l'éclairage sera important, mais plus vite les filaments s'évaporent. À un certain moment, le filament casse, et l'ampoule devient inutilisable, le circuit électrique étant rompu. La durée de vie est toujours un compromis entre efficacité et longévité.

    L'ampoule est remplie d'un gaz inerte afin de limiter l'évaporation du tungstène. Parfois, elle est est sous vide.

    Lorsque l'ampoule fonctionne, le filament transmet de la chaleur au verre. Le verre peut atteindre des températures de 200°C. C'est pourquoi, lorsqu'une ampoule vient de fonctionner et est éteinte, il faut attendre qu'elle refroidisse avant de la toucher.

Avantages :

               - prix à l'achat peu élevé (entre 0,3€ et 6,6€),

               - possibilité de commutations fréquentes,

               - IRC (Indice de Rendu des Couleur) près de 100,

               - allumage instantané et à pleine puissance (pas de préchauffage).

    L'indice de rendu de couleur ou IRC représente la capacité d'une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible sans en modifier les teintes.

Inconvénients :

               - courte durée de vie (de 1000h à 2000h),

               - forte consommation électrique,

               - faible efficacité lumineuse (de 5 à 15 lm/W),

               - 95% de l'énergie dissipée sous forme de chaleur,

               - coûts d'exploitation et de maintenance élevé,

               - grande production de chaleur.

     Les lampes à incandescence sont utilisées pour un usage domestique ou pour un éclairage localisé décoratif.

    A travers le monde, les lampes à incandescence standard sont amenées à disparaître. En effet, le gouvernement australien a annoncé le 20/02/2007, l'interdiction de vendre des ampoules à filament pour 2010. La Californie, quant à elle, a pris des mesures similaires pour 2012. Quant à l'Europe et le Canada, ils sont sur le point de prendre des décisions similaires pour 2009. En France, un rapport d'information parlementaire de la mission commune d'information Electricité a proposé d'«interdire la vente d'ampoules à incandescence sur le territoire national en 2010.» Ces lois ont pour objectif de réduire les dépenses énergétiques via l'utilisation massive de sources lumineuses consommant bien moins d'énergie à quantité de flux égal. On pense notamment aux lampes fluocompactes dans un premier temps, aux LED dans un second temps (lorsqu'elles seront « prêtes » à assurer la relève). Les lampes à incandescence sont les lampes qui ont le meilleur IRC et le plus bas coût.

Les lampes à incandescence halogène :

    Les halogènes ont elles aussi un filament de tungstène et fonctionne comme les lampes à incandescence classique mais le gaz (halogène) donne une durée de vie 2 fois plus longue à ces lampes par rapport aux lampes à incandescence classique. Ce gaz limite la sublimation du filament de tungstène (transfert indésirable des atomes de tungstène du filament vers la paroi interne de l'ampoule) :

sous l'action de la chaleur le filament perd par sublimation des atomes de tungstène, ces derniers en refroidissant se combinent avec le gaz halogène au lieu de se déposer sur le quartz, puis par convection naturelle, le gaz se rapproche du point chaud et là, les atomes de tungstène se déposent à nouveau sur le filament sous l'effet de la chaleur.

Avantages :

               - prix à l'achat peu élevé (entre 1,3€ et 33€),

               - possibilité de commutations fréquentes,

               - allumage instantané et à pleine puissance (pas de préchauffage),

               - meilleur rendement lumineux par rapport aux lampes à incandescence standard,

               - meilleure efficacité lumineuse par rapport aux lampes à incandescence standard (12 à 25 lm/W contre 5 à 15 lm/W),

               - durée de vie 2 fois plus longue qu'une lampe à incandescence standard (de 2000h à 4000h).

Inconvénients :

               - courte durée de vie (de 2000h à 4000h),

               - forte consommation électrique,

               - faible efficacité lumineuse (de 12 à 25 lm/W),

               - coûts d'exploitation et de maintenance élevé,

               - encombrement du transformateur.

      Les lampes à incandescence halogènes sont utilisées pour un éclairage ponctuel ou un éclairage intense.