Lampe à incandescence

Les bougies ont un inconvénient : elles se consument tout en éclairant, et même se consument vite. Alors on a trouvé un moyen plus efficace de porter un corps à haute température pour qu'il devienne lumineux : c'est l'électricité. On branche un filament sur une source de courant électrique (pile ou secteur); le courant traverse le filament si on a pris soin d'utiliser un matériau conducteur (un métal, ou du carbone, par exemple), mais pas sans difficulté. La matière du filament résiste au passage du courant, et cette bataille l'échauffe. Si l'on a bien calculé les choses, le filament est chauffé jusqu'au blanc, mais ne fond pas. Voilà, on a inventé l'éclairage électrique... Encore faut-il que la durée de l'appareil ne soit pas négligeable. Si l'on chauffe à haute température un filament de tungstène(2) ou de carbone dans l'air, il brûle presque instantanément, se rompt, et tout s'arrête. Il faut donc protéger le filament de l'air, et c'est pourquoi les filaments d'ampoules électriques sont tous enfermés dans une ampoule (d'où le nom) dans laquelle il n'y a pas d'air; on peut faire le vide dans l'ampoule, par exemple, mais ce n'est pas une très bonne solution comme on le verra plus loin. On remplit plutôt l'ampoule d'un gaz inerte, choisi pour ses propriétés thermiques intéressantes, comme l'argon ou le krypton. Les ampoules n'ont pas une durée de vie infinie, car le filament métallique porté à haute température s'évapore lentement; ses atomes se déposent sur la paroi interne de l'ampoule, qui noircit pendant que le filament s'amincit, conduit de moins en moins bien le courant, et finit par se casser. C'était particulièrement vrai dans les premières ampoules, sous vide. Le krypton est préféré à l'argon pour les ampoules "haut de gamme"(3), car sa masse moléculaire plus importante permet de réduire la convection à l'intérieur de l'ampoule; cela permet d'augmenter un peu la température du filament, et donc le rendement de l'éclairage. Les fabricants d'ampoules électriques sont en fait placés devant un cruel dilemme : une température très élevée donnera beaucoup plus de lumière pour une même quantité d'électricité consommée, mais fera s'évaporer très vite le filament, abrégeant la vie de la lampe. Or l'utilisateur moyen veut des ampoules très économiques ET qui durent longtemps... On peut mettre dans l'ampoule non plus un gaz inerte, mais un gaz chimiquement actif qui redépose sur le filament les atomes qui s'en sont évaporés; c'est ce qui se passe dans les lampes dite "à halogènes" ou "à vapeurs métalliques". C'est pourquoi on peut se permettre de porter leur filament à très haute température, d'où leur efficacité supérieure, leur très longue durée, et leur prix conséquent.