Qu’est-ce qu’une ampoule à incandescence ?
Écrit par Bill Lewis | Revu par Larry Campbell
Le modèle d’ampoule popularisé par Thomas Edison à la fin des années 1800, et largement utilisé depuis avec seulement de légères modifications, est connu sous le nom d’ampoule à incandescence (ou plus précisément de lampe à incandescence). Ce n’est que depuis les années 1990 que d’autres types d’ampoules, telles que les CFL (lampes fluorescentes compactes) et les LED (diodes électroluminescentes), ont commencé à éroder la popularité des ampoules à incandescence pour un usage résidentiel.Aussi populaires soient-elles, les ampoules à incandescence sont très inefficaces dans leur consommation d’électricité, et elles sont progressivement abandonnées pour des raisons environnementales. Reconnaissant qu’une mauvaise efficacité énergétique se traduit par une augmentation des émissions de gaz à effet de serre, pratiquement toutes les nations avant-gardistes ont pris des mesures d’interdiction ou d’élimination progressive des ampoules inefficaces, telles que les ampoules à incandescence.
Qu’est-ce qu’une ampoule à incandescence ?
Une ampoule à incandescence est un dispositif en verre et en métal qui produit de la lumière lorsqu’un mince filament métallique s’illumine sous l’effet d’un courant électrique qui le traverse. « Incandescent » signifie essentiellement « lumière produite par rayonnement thermique ».
Parties d’une ampoule à incandescence
L’ampoule à incandescence standard est un dispositif assez simple. Une base métallique filetée (connue sous le nom de base Edison) est reliée à un fin filament métallique en tungstène qui est enroulé à l’intérieur d’une ampoule en verre montée sur la base métallique avec des joints scellés.
Historiquement, l’ampoule de verre contenant le filament était évacuée pour créer un vide partiel dépourvu d’air, mais la plupart des ampoules modernes de plus de 25 watts sont désormais remplies d’un gaz inerte (généralement de l’argon) avec une petite quantité d’azote. Lorsque l’ampoule est vissée dans la douille d’un appareil d’éclairage ou d’une lampe, l’allumage de l’appareil provoque la circulation du courant électrique à travers l’enveloppe extérieure du culot de l’ampoule, dans l’ampoule sans air et à travers le filament métallique fin, puis hors de l’ampoule par un point de contact situé au centre du culot de l’ampoule.
Le courant électrique qui passe à travers le fil fin crée une forte résistance qui fait chauffer le filament de l’ampoule et le fait briller de lumière. De nombreuses ampoules sont aujourd’hui recouvertes de poudre de silice à l’intérieur du verre, ce qui diffuse la lumière en une lueur « blanche douce ». La variation de la composition du filament et du type de gaz inerte qui remplit l’ampoule permet de créer différents niveaux de luminosité et de couleur de la lumière. Une ampoule halogène, par exemple, est une variante incandescente qui utilise du gaz halogène à l’intérieur de l’ampoule pour créer une ampoule à la durée de vie beaucoup plus longue.Lorsqu’une ampoule brûle, c’est le résultat de l’évaporation lente du filament. Dans une ampoule à incandescence ordinaire, les molécules qui s’évaporent du filament se déposent à l’intérieur de la coque en verre, ce qui explique qu’une vieille ampoule à incandescence soit plus jaune et moins lumineuse qu’une nouvelle ampoule identique. Cela signifie également que le filament se rétrécit à mesure qu’il perd des molécules. À un moment donné, il devient si fin qu’il ne peut plus transporter le courant, ce qui entraîne une surchauffe et une rupture.
History Lesson
Ce sont deux inventeurs antérieurs, Henry Woodward et Matthew Evans, qui ont inventé l’ampoule à incandescence, dont le brevet a été acheté par Thomas Edison. En 1879, Edison avait opté pour un filament de carbone et une enceinte sans oxygène, et avait produit une ampoule qui durait initialement plus de quatorze heures. L’ampoule à incandescence a beaucoup évolué depuis, les ampoules étant désormais remplies de gaz inerte et utilisant des filaments en tungstène. Les ampoules à incandescence modernes peuvent offrir une durée de vie de 1 000 heures ou plus.
Inconvénients des ampoules à incandescence
Bien que la conception de cette ampoule ait été améliorée au fil des décennies, l’ampoule à incandescence reste un moyen relativement inefficace de produire de la lumière. Les ampoules à incandescence standard ne convertissent pas plus de 10 % de l’énergie consommée en lumière visible, ce qui rend leur utilisation relativement onéreuse en termes de coût énergétique. D’autres inconvénients sont :
- Courte durée de vie : Une ampoule à incandescence classique offre une durée de vie de 750 à 2 000 heures. En comparaison, une ampoule fluorescente compacte à visser offre une durée de vie de 8 000 à 10 000 heures, et une ampoule LED peut durer de 40 000 à 50 000 heures.
- Heat : Au moins 90 % de la consommation d’énergie de l’ampoule est dissipée sous forme de chaleur. Celle-ci peut endommager les luminaires et le câblage, voire présenter un risque d’incendie. Ces ampoules gaspillent beaucoup d’énergie et leur fonctionnement est donc plus coûteux que celui d’autres solutions.
- Haute fragilité : les ampoules à incandescence utilisent des coques en verre très fines et peuvent se fissurer ou se briser à la moindre provocation. Les ampoules LED et fluorescentes sont nettement plus robustes.
Les inconvénients de cette conception d’ampoule, en particulier la consommation d’énergie élevée, ont conduit à des efforts pour décourager l’utilisation d’ampoules à incandescence en établissant des normes minimales plus élevées en matière d’efficacité énergétique. Les pays de l’Union européenne, ainsi que la Russie, le Canada et le Mexique font partie de ceux qui éliminent progressivement la plupart des ampoules à incandescence standard. Aux États-Unis, les efforts visant à réduire et à éliminer la vente d’ampoules à incandescence inefficaces ont fait l’objet de vifs débats, donnant lieu à des politiques qui changent fréquemment en fonction des vents politiques. Toutefois, sous la direction actuelle, les normes d’efficacité énergétique entraîneront la fin de la plupart des ventes d’ampoules à incandescence d’ici à la fin de 2023. Il est important de noter que ce ne sont pas les ampoules elles-mêmes qui sont interdites, mais que les États-Unis fixent désormais des normes d’efficacité minimale plus élevées, sur la base de la loi de 2007 sur l’indépendance et la sécurité énergétiques (Energy Independence and Security Act). La plupart des ampoules à incandescence standard ne répondent pas à ces normes, mais celles qui y répondent continueront à être fabriquées et vendues. Certaines ampoules à incandescence ne sont pas soumises à ces normes, par exemple les ampoules à trois voies, les ampoules de lustre et les ampoules pour appareils électroménagers.
Avantages des ampoules à incandescence
Considérant le gaspillage de ces ampoules en termes de consommation d’énergie, il n’y a que quelques avantages significatifs à considérer :
- La lumière de couleur naturelle : Les ampoules à incandescence produisent une lumière dont la couleur est très proche de celle de la lumière naturelle du soleil. Cet avantage n’est cependant plus aussi important, car les ampoules LED ont maintenant été améliorées pour produire une couleur tout aussi agréable. En photographie professionnelle, l’éclairage avec des lampes à incandescence présente parfois un avantage esthétique.
- Production de chaleur : Dans les situations où la chaleur est réellement souhaitée (lampes chauffantes de salle de bain, lampes pour réchauffer les aliments, etc.), les ampoules à incandescence peuvent être un moyen sûr de produire de la chaleur.
- Il est facile de faire varier l’intensité de l’éclairage : Les ampoules à incandescence peuvent fonctionner avec des variateurs de lumière à l’ancienne pour faire varier la puissance lumineuse. Mais cet avantage a aussi été largement éliminé par les nouvelles conceptions des technologies CLF et LED, qui permettent désormais à ces ampoules d’être contrôlées par des variateurs de lumière également.
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