Lampe à acétylène

La lampe à acétylène (ou lampe à carbure) est un moyen d'éclairage le plus souvent portable. La source lumineuse est la flamme de combustion du gaz acétylène, celui-ci résultant de la réaction de l'eau sur le carbure de calcium tous deux contenus dans la lampe.

Sommaire 1 Histoire 2 Utilisation 2.1 Souterraine 2.1.1 Spéléologie 2.1.2 Mine 2.1.3 Carrière souterraine, champignonnières 2.2 Transport 2.3 Éclairage public 3 Fonctionnement 3.1 Le générateur 3.1.1 Le réservoir d'eau 3.1.2 Le réservoir de carbure de calcium 3.1.3 Eau et carbure de calcium 3.2 Le bec et son réflecteur 4 Modèles 5 Référence 6 Voir aussi 6.1 Articles connexes 6.2 Liens externes

Histoire

La lampe à acétylène a été conçue par le Français Henri Moissan en 1892.

L'acétylène, un composé chimique hydrocarbure de la classe des alcynes de formule brute C₂H₂ a été découvert par Edmund Davy‎ en Angleterre en 1836.

En 1862 l'acétylène peut être synthétisé grâce au chimiste français Marcellin Berthelot qui parvient à fabriquer ce gaz à partir de Carbone et d'hydrogène sous l'action d'un arc électrique, dans un appareil surnommé « œuf de Berthelot ».

En 1892, le gaz acétylène est produit de manière industrielle grâce au procédé découvert par le pharmacien français Henri Moissan, par hydrolyse du carbure de calcium obtenu par la fusion à très haute température du coke et du calcaire, dans un four à arc électrique. Au Canada, un autre chercheur va obtenir les mêmes résultats: Léopold Wilson.

Avec l'industrialisation de la production carbure de calcium en Europe et aux États-Unis, on va pouvoir développer des systèmes d'éclairage autonomes, dés générateurs miniatures qui vont très simplement domestiquer cette réaction entre l'eau et le carbure de calcium^[1].

L'acétylène fût également utilisé à petite échelle dans des applications d'éclairage public. Ainsi la Ville de Callac située dans le département des Côtes-d'Armor et la région Bretagne s’équipe d’un éclairage public à acétylène en 1904. Ce système d'éclairage dura jusqu'à la fin de la Première Guerre mondiale et les années 20 virent l'arrivée de l'éclairage électrique. L’acétylène arrivait un peu tard pour remplacer dans l’éclairage public le gaz de ville dont l’utilisation avait été révolutionnée en 1886 par l’emploi du manchon dû à Carl Auer von Welsbach; si, en 1910, un millier de villes avaient adopté l’acétylène, le développement de l’éclairage électrique allait s’opposer à l’extension de cette utilisation^[2].

La production de carbure de calcium a beaucoup diminué depuis que l'acétylène est produit par combustion partielle de méthane et par craquage des hydrocarbures.

Entre 1901 et 1910, le français Charles Picard, d’après une idée d’Henry Le Chatelier remontant à 1895, invente le chalumeau oxy-oxyacétylénique qui est une autre application de l'acétylène.

En France, il n'existe plus aucune production industrielle française de carbure de calcium depuis l'année 2000.

Utilisation

Étant donné son principe de fonctionnement, ce type de lampe est très pratique lors d'un besoin continu en lumière, mais moins lors d'une utilisation ponctuelle. En effet, une fois allumé, le plus simple pour l'éteindre est de consommer la totalité du carbure que la lampe contient, car une fois humide il est difficilement réutilisable.

Avantages :

• éclairage omnidirectionnel et puissant, permettant une bonne lumière d'ambiance et une couleur chaude et agréable comparée à la plupart des lampes électriques.
• autonomie (avant l'arrivée des LED puissantes).
• La réaction est exothermique et permet de se maintenir au chaud (sous une couverture de survie) en attendant les secours (en plus de la chaleur de sa flamme).
• Bonne résistance dans le temps à l'humidité et aux condition difficiles, fonctionnement sûr (notamment par rapport au gaz ou au pétrole sous pression).
• Il est possible d'utiliser la flamme pour réchauffer un aliment.
• Évaluation de la réserve d'énergie relativement aisée et sécuritaire (pas de problème de pile défaillante ou vide par erreur)

Inconvénients :

• Éclairage non directionnel.
• Poids de l'ensemble.
• Complexité relative.
• Alimentation en eau nécessaire.
• S'éteint en cas de vent ou d'eau (sur les modèles où la flamme n'est pas protégée).
• Impossibilité de l'éteindre rapidement sans perdre une bonne partie du carburant non utilisé.
• Depuis que l'acétylène industriel n'est plus produit par hydrolyse du carbure de calcium, mais par combustion partielle de méthane et par craquage des hydrocarbures, le carbure de calcium se fait plus rare.

Souterraine

En milieu souterrain, cette lampe est avantageuse de par sa relative résistance aux chocs, à la boue, à l'humidité, et par sa sûreté de fonctionnement. L'éclairage continu est utile dans un lieu totalement obscur, de type carrière ou mine, où la seule lumière visible est celle de la lampe.

Spéléologie

Ce type de lampe est encore utilisée par les spéléologues et les cataphiles. Bien que sérieusement concurrencée par les éclairages à diodes LED, elle est restée pendant longtemps le système d'éclairage offrant à la fois autonomie (entre 6 et 8 heures pour une lampe de taille moyenne), puissance et faible coût d'utilisation. Pour augmenter leur autonomie, les spéléologues transportent le carbure de calcium dans ce qu'ils appellent des bananes (sacs étanches réalisés à partir de chambre à air de voiture ; la fermeture et l'étanchéité sont obtenues par pliage et serrage au moyen de forts élastiques réalisés dans la même matière). La génératrice (parfois appelée calebombe ou dudule), généralement portée en bandoulière, est reliée au système d'éclairage, fixé sur la casque et comprenant un allumeur piézoélectrique, par un tuyau en matière plastique.

Le désavantage spécifique en spéléologie est qu'elle a tendance à noircir les parois des cavités et que les déchets (déchaulage) constituent une source de pollution (au moins visuelle) importante, dans le cas d'un spéléologue peu soigneux. (Cependant, dans les carrières déjà sales, la chaux a l'avantage de tuer les microbes et peut servir à nettoyer les murs si on l'étale dessus. Dans les cavités sèches, il convient également d'emporter de l'eau. Dans les galeries humides ou venteuses, la flamme peut s'éteindre, ainsi que dans les boyaux (écrasement du tuyau, renversement du générateur).

Mine

Cette lampe a aussi été utilisée par les mineurs pendant longtemps ; en effet, lorsqu'elle est protégée (par un mécanisme spécifique aux lampes de mine), sa flamme permet de détecter le redouté grisou. Elle a été abandonnée au profit de l'électricité dans les mines grisouteuses à cause du danger d'explosion.

Carrière souterraine, champignonnières

Longtemps utilisée grâce à ses qualités quand ces lieux n'étaient pas électrifiés.

Transport

Ce type de lampes a été utilisé sur la plupart des véhicules : automobile, deux roues, ferroviaire.

Éclairage public

Dès qu'il fut possible de le produire de manière industrielle, l'acétylène fut également utilisé à petite échelle dans des applications d'éclairage public en remplacement du gaz de houille, majoritairement utilisé dans le monde (jusqu'à l'avènement de l'électricité et du gaz naturel).

Ainsi la Ville de Callac située dans le département des Côtes-d'Armor et la région Bretagne s’équipe d’un éclairage public à acétylène en 1904. Ce système d'éclairage dura jusqu'à la fin de la Première Guerre mondiale et les années 20 virent l'arrivée de l'éclairage électrique. L’acétylène arrivait un peu tard pour remplacer dans l’éclairage public le gaz de ville dont l’utilisation avait été révolutionnée en 1886 par l’emploi du manchon dû à Carl Auer von Welsbach; si, en 1910, un millier de villes avaient adopté l’acétylène, le développement de l’éclairage électrique allait s’opposer à l’extension de cette utilisation^[2].

Comme solution alternative d'éclairage public les lampes à pétrole furent beaucoup plus répandues en raison d'une plus grande facilité de recharge.

Fonctionnement

La lampe peut être décomposée en deux parties : le générateur à acétylène d'une part, qui fabrique le gaz, et le bec d'autre part avec son réflecteur, fournissant la lumière elle-même. Ces deux parties peuvent être en un seul bloc, pour être facilement portable à la main, ou séparées, et reliées par un tuyau comme c'est souvent le cas en spéléologie, ou sur les véhicules, où le générateur est placé près du pilote pour pouvoir être réglé facilement au cours du déplacement.

Le générateur

Le générateur fonctionne grâce à du carbure de calcium et de l'eau.

Le carbure de calcium est fabriqué industriellement par fusion d'un mélange de coke et de chaux vive, concassé et calibré en blocs ayant l'apparence cailloux très durs de couleur gris-blanc. Ces blocs sont placés dans l'un des deux compartiments de la lampe à acétylène, l'autre compartiment contenant de l'eau.

On règle l'écoulement de l'eau sur le carbure pour fournir le débit d'acétylène nécessaire. C'est l'acétylène, qui en brûlant, éclaire. On peut signaler que la lumière émise est naturellement très blanche contrairement à celle émise par du gaz butane ou propane par exemple.

Comme résidu, on obtient de la chaux "éteinte", qui forme une gangue autour des cailloux de carbure.

La réaction chimique est :

CaC₂ + 2 H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ + 31 000 calories

Voici la description des deux parties :

Le réservoir d'eau

Le plus souvent en haut, d'un volume courant de 200 cm³, muni d'un bouchon pour le remplir. On peut régler le goutte à goutte grâce à un robinet souvent appelé pointeau. En effet ce robinet est le plus souvent une longue tige filetée terminée en pointe. La pointe vient se loger dans un trou situé au fond du réservoir. Ainsi plus on dévisse le pointeau, plus le trou est laissé ouvert permettant à l'eau de descendre par gravité dans la partie inférieure. Ce système à l'avantage d'être simple, et de ne pas se boucher facilement avec la chaux produite par le générateur. En cas de bouchage, l'action de fermer le pointeau débouche le trou d'écoulement d'eau grâce à sa pointe.

Ce réservoir se vidant, il faut combler le vide laissé par l'eau s'écoulant. Le réservoir est soit mis à l'air, avec un trou dans le bouchon comme sur les modèles "Fisma", avec l'inconvénient de se vider si on bascule le générateur, soit grâce à un double tuyau, suivant celui du gaz comme pour le modèle "Ariane".
L'autre solution consiste à laisser une partie du gaz produit entrer dans le réservoir d'eau. Ce dernier système à plusieurs avantages :

• l'eau s'écoule bien car les pressions à l'intérieur des deux compartiments du générateur sont égales.
• Le générateur est complètement étanche, pas de risque de perdre de l'eau ou du gaz.

Le réservoir de carbure de calcium

Le plus souvent situé en bas, d'un volume courant de 300 cm³, et muni d'une grande ouverture pour le remplir des blocs de carbure de calcium qui doivent avoir un volume compris autour de 80 cm³ pour l'utilisation dans une lampe.

On accède le plus souvent à ce réservoir en séparant la lampe ou générateur en deux parties.

Ils peuvent être retenus ensemble par un pas de vis sur le pourtour du réservoir de carbure (modèle Fisma par exemple). Ce système à le désavantage d'être assez fragile selon sa réalisation, et d'être difficile à manipuler lorsque l'ensemble n'est pas bien propre (boue, chaux), ou que le réservoir a été déformé à cause de chocs (réguliers lorsque l'on porte le réservoir à la ceinture) ou par l'augmentation de volume due à l'hydratation du carbure. Certain modèles possèdent une vis centrale, plus solide, et non sujette à la déformation des chocs sur la lampe, mais plus salie par la chaux. Ces modèles sont cependant plus faciles à manipuler que les précédents.

La vis peut-être extérieure, solidaire du réservoir grâce à un étrier mobile, la vis serrant les deux parties ensembles en s'appuyant sur le haut du réservoir d'eau (modèle Arras). Ce système est encombrant, mais assez facile à manipuler, et solide.

Enfin le réservoir peut-être accessible par le bas grâce à un bouchon vissant (modèle Arianne).

Eau et carbure de calcium

L'idéal est d'utiliser de l'eau déminéralisée, afin d'éviter les dépôts de minéraux dans les conduits de la lampe. Toutefois, ce n'est pas toujours possible car ce type d'eau se vend en bidons et bouteilles. Si le réservoir d'eau est rempli sur place avec l'eau du milieu, il faut s'assurer de ne pas introduire des boues dans la lampe.

Le carbure de calcium ne se fabrique plus depuis 2000 en France. Ce produit étant très sensible à l'humidité, sa vente au détail est difficile. Le plus simple est de s'en procurer par fûts de 50 ou 100 kg. Quelques associations et clubs de spéléologies peuvent vendre le carbure de calcium au détail, mais ne peuvent pas l'expédier.

Le bec et son réflecteur

Le réflecteur n'est pas indispensable, mais quand il est propre améliore l'éclairage. Le bec lui-même peut être en céramique. Il est soit directement fixé au générateur, sans réflecteur (montage courant sur les modèle "Arras"), ou sur une plateforme fixée au casque (en spéléologie). Dans le dernier cas il possède un réflecteur servant aussi à le protéger. Il possède aussi souvent un allumeur piézoélectrique (ou, plus rarement résistif) pour l'allumer ou le rallumer facilement.

Les modèles courants ont un débit autour de 20 litres/heure.

Modèles

• Fisma
• Arras
• Ariane de la société Petzl
• Malombra de la société Alp-design
• Mercier
• Hios de la société Repetto
• Cirilo de la société MTDE

Référence

Voir aussi

Articles connexes

• Lampes acétylène et lampes à carbure
• Lampes de mine et lampes de sureté
• Les lampes à acétylène françaises

Liens externes

v · éclairage : lampes, lampes électriques et autres
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