Durant le jour, le soleil agit comme un guide lumineux qui nous est précieux. Toutefois, à la tombée de la nuit, lorsqu’il se retire, nous nous retrouvons vulnérables face l’obscurité.
Afin de surmonter cette difficulté et d’éviter les contusions incessantes, l’humanité a innové en inventant la lumière artificielle. La question qui se pose est : comment fonctionnent ces sources lumineuses, telles que les lampes ?
L’ampoule d’Edison : révolution de l’éclairage au 19e siècle
En remontant à la fin du 19e siècle, on constate qu’Edison a joué un rôle majeur dans la révolution de l’éclairage, nous libérant ainsi de la nécessité de recourir au feu.
En réalité, Sir Joseph Swan avait déjà démontré trente ans auparavant que si un courant électrique traversait un filament de carbone, celui-ci se mettait à briller. La contribution ingénieuse d’Edison a consisté à enfermer ce filament dans une ampoule de verre dans laquelle l’air avait été retiré.
Le fonctionnement des lampes à incandescence : de la chaleur à la lumière
Dans les lampes à incandescence actuelles, le filament de carbone a été remplacé par un filament de tungstène, un métal qui offre une plus grande résistance. En observant attentivement une ampoule, vous remarquerez que le filament est soigneusement enroulé en spirale. Cette configuration permet au filament de produire une quantité importante de lumière tout en occupant un espace minimal.
Contrairement à la méthode d’Edison qui consistait à faire le vide dans l’ampoule, les ampoules modernes sont remplies de gaz inertes (un tiers d’azote et deux tiers d’argon), ce qui s’avère plus efficace. Cela permet d’éviter que le filament ne brûle rapidement en l’absence d’oxygène, car les gaz inertes n’interagissent pas avec le filament.
Pour illuminer une pièce à l’aide d’une lampe, un courant électrique est acheminé à travers le filament. Cela conduit le filament à atteindre une température d’environ 2500 degrés. À cette température, le filament commence à émettre de la lumière. Le courant électrique agite les électrons du filament de tungstène qui, à leur tour, transmettent leur énergie aux atomes de tungstène, augmentant ainsi la température. Cette chaleur est ensuite convertie en lumière visible.
Cependant, ces ampoules ne sont pas immortelles. Le filament finit par s’évaporer, et l’ampoule peut cesser de fonctionner si elle subit un choc ou lorsqu’elle est allumée (le filament peut subir une surchauffe lors de l’allumage).
Les lampes halogènes : une évolution de l’éclairage à incandescence
Poursuivons avec les lampes halogènes, une forme évoluée de lampes à incandescence.
Dans ces lampes, le filament de tungstène est enveloppé d’un gaz halogène. Ce gaz interagit avec le tungstène qui s’évapore, capture les atomes de tungstène près de la paroi de la lampe et les redépose sur le filament, le régénérant ainsi.
De plus, le verre traditionnel de l’ampoule a été remplacé par du quartz résistant, ce qui permet une augmentation supplémentaire de la température du filament. C’est cette particularité qui confère à ces lampes une luminosité nettement supérieure. Cependant, leur durée de vie est également limitée, car les atomes redéposés sur le filament peuvent créer des irrégularités dans sa structure, le fragilisant jusqu’à ce qu’il finisse par se rompre.
Les tubes fluorescents ou néons ?
Pour conclure, examinons le fonctionnement des tubes fluorescents, communément appelés néons. Ces tubes sont remplis d’un gaz qui s’ionise lorsqu’un courant le traverse.
Ce processus produit un rayonnement ultraviolet qui interagit avec une poudre fluorescente appliquée sur le tube. Les matériaux fluorescents émettent de la lumière lorsqu’ils sont exposés à des rayons ultraviolets. En modifiant le type de poudre ou de gaz utilisé, on peut obtenir la couleur désirée, rendant ainsi ces tubes idéaux pour les enseignes lumineuses.
En outre, ils présentent l’avantage d’avoir une durée de vie dix fois plus longue que celle des lampes à incandescence et de consommer six fois moins d’électricité, bien qu’ils soient plus coûteux à l’achat.
