Lampe à incandescence classique

Pour les articles homonymes, voir Lampe (homonymie) et Lampe à incandescence.

lampe ancienne à filament de carbone.

La lampe à incandescence traditionnelle, 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 (3 430 °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.

Chronologie

• 1835 : James Bowman Lindsay fait la démonstration d'une lumière constante fournie par une ampoule électrique lors d'une assemblée publique à Dundee (Écosse).
• 1850 : Joseph Swan commence à travailler sur une ampoule utilisant des filaments de papier carbonisé.
• 1876 : Henry Woodward brevète un premier système d'ampoule électrique^[1].
• 1878 : Joseph Swan invente l'ampoule à incandescence classique pour laquelle il reçoit un brevet en 1878. Sa maison (à Gateshead, Angleterre) est la première dans le monde à être éclairée par une ampoule électrique^[2].
• 1878 : Thomas Edison fonde la Edison Electric Light Company.
• 1879 : Thomas Edison après l'invention de Joseph Swan, dépose le brevet de l'ampoule électrique à base de filament en bambou du Japon sous faible voltage dans une ampoule de verre sous vide, après avoir testé 6 000 substances végétales envoyées chercher dans le monde entier, avec un budget de 40 000 dollars^{[3],[4],[5],[6]}.
• 1881 : Joseph Swan fonde la Swan Electric Light Company.
• 1881 : Lewis Howard Latimer, ingénieur de la Edison Company remédie au problème majeur de l'ampoule à filament en bambou, qui grille au bout de 30 h. En 1881, il brevète donc, avec son ami Joseph V. Nichols, la première ampoule à incandescence avec filament de carbone puis obtient, seul, en 1882, un brevet pour son procédé de fabrication et de montage de filaments de carbone^[7].
• 1882 : En Angleterre, Thomas Edison fusionne avec Joseph Swan pour former la "Edison & Swan United Co." ou "Ediswan".
• 1898 : Carl Auer von Welsbach parvient à remplacer le filament de carbone des lampes électriques par un filament métallique beaucoup plus lumineux et durable. En 1906, il met au point le filament osmium-tungstène.
• 2008 : Les États de l'Union européenne (UE) ont approuvé le 8 décembre 2008 l'interdiction progressive des lampes à incandescence classiques à partir du 1^er septembre 2009 avec un abandon total en 2012. Le passage à des méthodes d'éclairages moins dépensières en énergie permettra selon l'UE de réduire les émission de dioxyde de carbone de 15 millions de tonnes par an^[8].

Descriptif

lampe à incandescence halogène, transparente au Xénon 70 W (EU < 2009 conforme)

lampe en verre translucide.

En présence de dioxygène, le filament porté à haute température brûlerait instantanément, c'est la raison pour laquelle, dès l’origine, ce type de lampe a été muni d’une enveloppe de verre isolant un milieu sans dioxygène, l'ampoule, qui a donné son nom populaire au dispositif, puis par extension à tout système, 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 8 fois plus pour certaines lampes à usage spécial.

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.

Obsolescence programmée

L’obsolescence programmée (aussi appelée « désuétude planifiée ») est l'appellation péjorative de la pratique qui consiste à créer un bien à durée de vie limitée fixée à l'avance, supposément dans l'objectif de forcer le consommateur à racheter plus fréquemment le bien.

La Centennial Light, parfois appelée Ampoule centenaire ou ampoule de Livermore, est souvent citée comme preuve a contrario de la mise en œuvre de l'obsolescence programmée dans la fabrication des ampoules modernes^[9]. C'est une ampoule électrique qui brillerait depuis 1901. Elle serait ainsi la plus vieille ampoule à incandescence encore en marche au monde. Installée dans la caserne des pompiers de Livermore en Californie, elle n'a presque jamais été éteinte. La Centennial Light est une ampoule de quatre watt, à filament carbone, soufflée à la main, fabriquée à Shelby (Ohio), par "Shelby Electric Company" fin des années 1890.

Le Cartel de Phœbus a été accusé d'avoir mis en place sur l'ampoule à incandescence classique le premier programme massif et mondial d'"obsolescence programmée"^[10] Créé spécifiquement dans ce but le 23 décembre 1924, ce cartel regroupait alors les principaux fabricants mondiaux d'ampoules. Devant l'augmentation de la durée de vie des ampoules (2 500 heures en moyenne en 1924) et donc face à un moindre renouvellement des lampes par les consommateurs, les industriels éditent une charte commune indiquant qu'il ne pourra plus être fabriqué d'ampoule ayant une durée de vie supérieure à 1 000 heures. Ils se dotent pour cela d'une instance commune de vérification et de répression éventuelle au moyen d'amendes d'autant plus élevées que la vie constatée des ampoules est longue. En 1927, dans le monde entier, la durée de vie des ampoules des grandes marques était alignée sur 1 000 heures en moyenne.

Les pratiques du Cartel de Phœbus ont fait l'objet en 1951 d'un rapport de la commission anti-trust britannique^[11]. Si ce rapport dénonce une entente sur les prix qui aurait conduit le consommateur à payer plus cher ses lampes, il réfute par contre l'accusation d'une limitation de la durée de vie en défaveur du consommateur.

Pour comprendre cette réfutation de la théorie de l'obsolescence programmée, il faut partir des équations reliant consommation, luminosité et durée de vie des ampoules^[12]. Soit une une lampe conçue pour être utilisée dans une certaine plage de tension. En fonction de la tension d'alimentation U réellement appliquée à l'ampoule, on obtient :

• que la luminosité est proportionnelle à U^3,5,
• que la puissance électrique (la consommation d'énergie) est proportionnelle à U^1,6,
• que la durée de vie est proportionnelle à U ^{− 16}.

Ce qui signifie que si on réduit la tension de 18 % (ou, inversement, si on conçoit la lampe pour une tension supérieure à la tension disponible) on multiplie la durée de vie par 24. En contre partie, la luminosité est diminuée de moitié et il faut donc deux lampes pour obtenir le même éclairage. Certes, la consommation de chaque lampe est plus réduite, mais au final, il faut 45 % d'énergie en plus pour obtenir la même luminosité.

Le coût de l'énergie utilisée pour faire fonctionner la lampe étant largement supérieur à celui de son remplacement toutes les 1000 heures, il s'agit d'un compromis favorable au consommateur, où la réduction de la consommation énergétique a été privilégiée sur la durée de vie du produit.

Symbole

• Dans les bandes dessinées ou les dessins animés, le surgissement d’une nouvelle idée est généralement représenté par une lampe qui s’allume au-dessus du crâne du personnage (toutes les lampes sont à incandescence).

+ Maintenant dans certaines B.D on voit des lampes basses consommations au dessus des têtes des personnages.

Vers la fin des lampes à incandescence

Des alternatives aux lampes à incandescence existent, avec un meilleur rendement lumineux. Certaines sont déjà opérationnelles, comme les lampes « fluocompactes », ou possèdent un niveau de développement technologique futur crédible, comme les diodes électroluminescentes. Elles offrent aux industriels des prix et des marges assez intéressantes pour qu’ils soient favorables à la substitution.

La production de lampes classiques a été, comme quantité d’autres produits, largement délocalisée : les pays « développés » n’ont plus d’industrie locale à protéger. La réduction de la consommation d’énergie est passée au premier plan, pour des raisons économiques (prix croissant de l’énergie) et écologiques (la production d’énergie est une composante majeure au niveau environnemental)^[13].

En France, le passage aux lampes basse consommation devrait permettre d'économiser quelque 8 milliards de kWh, soit 1,5% de la consommation nationale d'électricité en 2010.

Selon les régions ou pays, le coût environnemental de la production d'électricité comparé à l'émission de mercure des lampes fluocompactes, reste à étudier, afin de définir s'il présente un bilan environnemental positif. Dans les régions où l'électricité est produite au charbon, par exemple, la lampe fluocompacte peut être intéressante, car sa faible consommation se répercute par une importante diminution d'émanations (dues à la combustion du charbon). Mais dans les régions où l'électricité est produite de manière plus écologique, comme par exemple l'hydro-électricité ou l'électricité produite par éolienne ou énergie solaire, le bilan peut être négatif : le mercure utilisé - et nécessaire - au fonctionnement d'une lampe fluocompacte peut causer plus de pollution que les activités nécessaires à la production électrique requise à son fonctionnement au cours de sa durée de vie. De tels désavantages ne peuvent être compensés que par une action volontaire des consommateurs qui rapporteraient leurs lampes usagées à un dépôt de recyclage dédié, à défaut de quoi, le mercure se retrouverait libéré dans la nature.

Union européenne

Les États de l'Union européenne (UE) ont approuvé le 8 décembre 2008 l'interdiction progressive des lampes à incandescence à partir du 1^er septembre 2009 avec un abandon total en 2012. Le passage à des méthodes d'éclairages moins dépensière en énergie permettrait selon l'UE d'économiser à l'échelle européenne la consommation en électricité de la Roumanie (soit environ 11 millions de ménages européens) et ainsi réduire les émission de dioxyde de carbone de 15 millions de tonnes par an^[8]

Alternatives aux lampes à incandescence

Correspondance watt / lumen

Le flux lumineux d'une source de lumière se mesure en lumen. Cependant depuis des années le consommateur s'est habitué à utiliser la puissance électrique consommée, mesurée en watt, pour comparer les différentes lampes en fonction de son besoin d'éclairage : ainsi on choisissait une lampe de 100 W pour un éclairage intense, 60 W pour un éclairage d'ambiance, et 15 W pour une veilleuse...
Les différentes lampes utilisées comme alternatives aux lampes à incandescence classique ne présentant pas le même rendement énergétique, on ne peut pas les comparer sur la base de leur puissance électrique, il est donc indispensable d'utiliser le lumen comme unité de référence. Si les fabricants affichent parfois des équivalences watts/lumens approximatives, voici celles communément admises par les spécialistes^[13], basée sur un rendement énergétique de 12 lm/W :

Comparatif des solutions de remplacement

• Lampes fluocompactes. Voir lampe fluorescente
• Lampes halogènes "haute efficacité". Voir Lampe halogène
• Lampe LED. Voir Lampe à diode électroluminescente

Comparatif des solutions de remplacement^[14]

Type:	Lampe Fluo Compacte	Lampe halogène « haute efficacité »	Lampe LED
Principe	Lampe fluo-compacte Excités par une décharge électrique, des atomes de mercure émettent des rayons ultraviolets. Ils sont convertis en lumière visible lorsqu'ils traversent une poudre fluorescente tapissant les parois du tube.	Lampe à incandescence halogène montée dans un culot à vis E27. C'est une lampe à incandescence améliorée : la lumière est produite par l'échauffement d'un filament dans un gaz de la famille des halogènes (iode ou brome par exemple).	Lampes à LED CEI GUI10 blanches Un matériau semi-conducteur traversé par un courant électrique émet une couleur bleue. Un composé chimique luminophore convertit ensuite une partie de cette lumière en jaune : l'œil perçoit donc une lumière blanche.
Qualité de lumière	À flux lumineux égal, sa lumière diffuse, paraît plus douce que celle d'une lampe à incandescence. Le spectre émis présente des trous pour certaines longueurs d'ondes (entre le bleu et le vert notamment). Les couleurs sont moins vives : l'indice de rendu des couleurs (IRC) est d'environ 80 contre 100 pour la lumière du jour.	Brillante, parce qu'elle émane d'une source ponctuelle : le filament. Elle balaie tout le spectre lumineux, du violet au rouge (IRC=100).	Très variable, car la qualité du spectre émis dépend du luminophore utilisé. L'indice de rendu des couleurs de cette ampoule à diode électro luminescente varie selon les modèles, de 80 pour les bonnes à 100 pour les meilleures.
Température de couleur	De 2 700 (la couleur de la lumière du soleil le soir) à 6 500 kelvins (celle du soleil à midi) selon les modèles. Pour recréer l'ambiance des lampes à incandescences classique, choisir 3 000 kelvins.	2 700 kelvins exactement, soit la température de la lumière solaire le soir. Réservée aux lieux où une bonne vision des couleurs est importante.	De 2 700 à 6 500 kelvins selon les modèles. Idéal pour éclairer les pages d'un livre sans éblouir pour autant.
Flux lumineux	De 150 à 2 500 lumens	De 150 à 2 500 lumens	De 40 à 810 lumens
Prix	7-8 €	4-5 €	40-60 €
Durée de vie	De cinq à dix ans (5 000 à 10 000 h) selon les évaluations. La durée de vie est réduite par les interruptions fréquentes. Le flux lumineux baisse de 20 % avec l'usure.	Deux ans environ, (soit 2 000 h)	De dix à 25 ans (de 10 000 à 25 000 h)
Rendement énergétique	De 45 à 70 lm/W (trois à six fois plus que la lampe à incandescence).	Elle produit 14 lm/W.	De 50 à 80 lm/W (très variable suivant les modèles).
Empreinte écologique	Doivent être recyclées.	Verre, métal plastique : elle ne contient aucun produit dangereux. Une filière de retraitement a été jugée plus polluante que le produit lui-même, elle se jette donc avec les ordures ménagères.	Le germanium devrait notamment être récupéré, mais il y en a encore trop peu pour mettre en place une filière de recyclage spécifique. Seuls le verre et les matériaux qu'elle contient sont recyclés.
Risque sanitaire	Elles contiennent du mercure, un métal toxique qui impose le retour chez le vendeur en fin de vie pour recyclage. Si la lampe se casse, aérer la pièce 15 minutes et revenir essuyer avec du papier absorbant. Plusieurs études ont montré que les ampoules sont sans risque, dans un usage normal (distance 30 cm), pour les caractéristiques pour lesquelles elles étaient pointées du doigt, mercure, champ électromagnétique, rayons UV.	Néant.	Le rayonnement bleuté de certaines LED bas de gamme pourrait abîmer la rétine, on doit donc éviter de les regarder directement.
Vitesse d'allumage	Environ 0,5 s pour les plus rapides, jusqu'à 2 minutes pour les autres.	Instantanée	Instantanée

Fiabilité des étiquettes

Une directive impose que l'emballage des lampes fasse mention des informations suivantes:

• Durée de vie.
• Flux lumineux.
• Température de couleur.
• Vitesse d'allumage : temps d'attente pour atteindre 60 % du flux d'allumage.
• Quantité de mercure.

Des test réalisé en France, par l'Institut national de la consommation (INC), montrent que la durée de vie des lampes est largement sur-évaluée. Deux études réalisées au Pays-Bas, par l'Institut national de métrologie, l'autre, en France, par le Laboratoire national d'essai, le Centre technique du bâtiment et le CEA-Leti, montrent que la qualité des lampes LED varie énormément d'un modèle à l'autre. Selon Bernard Duval, délégué général de l'agence française de l'éclairage, « Le marché serait pourri par des fabricants opportunistes qui vendent des produits de très mauvaise qualité !»^[13]

Voir aussi

Articles connexes

• Lampe électrique
• Lampe fluorescente
• Lampe à diode électroluminescente, diode électroluminescente
• Lampe à incandescence halogène
• Diode électroluminescente
• Effet Joule
• Rendement lumineux
• Abandon des ampoules à incandescence
• Obsolescence programmée

Liens externes

• (en)Incandescent Lamp- Carbon Filament sur le site de Lamptech.co.uk: Museum of electric lamp technology
• (en)Incandescent Lamp- Tungstène Filament sur le site de Lamptech.co.uk: Museum of electric lamp technology
• (en)Collection de lampes Edison sur le site edisonian.com

Fonctionnement

• (fr) Fonctionnement d’une lampe à incandescence

Notes et références

v · éclairage : lampes, lampes électriques et autres
Chronologie	Chronologie des techniques d'éclairage
Incandescent	Classique • Halogène • Nernst • Réflecteur parabolique en aluminium (PAR)
Fluorescente	Tube fluorescent • Lampe fluorescente • Induction
Décharge haute-pression	Halogénures métalliques • Vapeur de mercure • Vapeur de sodium
Décharge gazeuse	Cathode froide • Néon • Germicide • Lumière noire • Stroboscope
Lampe à arc	Arc de carbone • Jablochkoff
Combustion	Acétylène • Bougie • Chandelle • Cierge • Essence • Gaz • Huile • Lanterne • Pétrole • Rushlight • Sécurité • Manchon à incandescence • Torche
Électroluminescence	Diode électroluminescente (LED) . Lampe à LED
Autres	Chimiluminescence • Plasma • Radioluminescence • Solaire artificielle • Soufre

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