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Etude théorique du fonctionnement d’une lampe économique
Les lampes compactes « basse consommation » (souvent appelées économiques ou fluocompactes) ont été produites après la crise du pétrole dans les années 70, lorsque des chercheurs ont eu l’idée de replier un tube fluorescent sur lui-même. Après les débuts un peu papillonnants, les lampes fluocompactes disponibles actuellement fournissent une lumière très semblable à celle des ampoules classiques à incandescence, mais présentent sur ces dernières des avantages remarquables.
Les différents types de lampes
Il existe essentiellement 2 types de lampes :
– Les lampes à incandescence (classique et halogène), dans lesquelles un filament brûle,
– Les lampes à décharge (« néons », mercure, sodium, halogénures métalliques) qui produisent de la lumière grâce à une décharge électrique dans un gaz.
Les lampes classiques
Les lampes à incandescence classique
Ce sont les lampes « classiques » utilisées pour l’éclairage intérieur. L’ampoule contient un filament de tungstène qui, porté à haute température (environ 2500°C) par le passage d’un courant électrique, émet de la lumière.
Généralement l’ampoule est remplie d’un gaz inerte comme l’argon ou le krypton, qui permet d’éviter la détérioration du filament. Ces lampes ont un rendement lumineux faible, car la plus grande partie de l’énergie électrique est convertie en chaleur plutôt qu’en lumière.
Les lampes halogènes
Ce sont des lampes à incandescence dans lesquelles on a ajouté un gaz de la famille des halogènes ou un de leurs dérivés (p.ex. I2, CH3Br ou CH2Br2). Ce gaz régénère le filament de tungstène (cycle halogène) et augmente ainsi fortement sa durée de vie. Les lampes halogènes ont un meilleur rendement que les lampes à incandescence classiques, car elles fonctionnent à plus haute température (environ 2900°C). L’ampoule doit alors être réalisée dans un matériau résistant à ces hautes températures : quartz ou verres spéciaux (d’où l’appellation courante de lampe quartz-iode). A cause de leur température plus élevée, les lampes halogènes émettent plus de rayonnements ultraviolets, qui ne sont pas absorbés par le quartz de l’ampoule. Pour cette raison, on place généralement devant la lampe une fenêtre en matière plastique transparente ou en verre dont la fonction est d’absorber ces radiations nocives.
Le principal inconvénient des lampes à incandescence est leur forte dissipation thermique et donc leur faible rendement lumineux. Elles présentent l’avantage d’un bon Indice de Rendu des Couleurs (IRC) par le fait que leur spectre d’émission est assez proche du spectre de réception de l’œil.
Les lampes à décharge
Dans cette catégorie on trouve : les tubes fluorescents, les lampes à vapeur de mercure, les lampes à vapeur de sodium à basse pression, les lampes à vapeur de sodium à haute pression, les lampes à halogénures métalliques…
Les tubes fluorescents
Appelés couramment « néons », ils renferment un mélange d’argon et de vapeur de mercure très raréfié; une décharge électrique au travers de ce gaz, d’un bout à l’autre du tube, fait briller le mercure d’un rayonnement ultraviolet, qui excite une substance fluorescente (composés phosphorés) déposée sur la paroi interne du tube; cette substance émet en retour une lumière blanche.
Les lampes dites économiques, qui se substituent de plus en plus aux lampes à incandescence, sont également des tubes fluorescents, dits compacts. Une ampoule fluocompacte est formée d’une carte électronique qui alimente à haute fréquence le tube fluorescent. Le tube fluorescent a une forme enroulée sur lui-même, en U, en spirale ou toute autre forme pour le rendre « compact », de taille compatible avec une ampoule classique.
Les lampes à vapeur de mercure
Autrefois utilisées en abondance pour l’éclairage public, elles sont de plus en plus remplacées par les lampes au sodium, qui ont un meilleur rendement lumineux. Elles produisent une lumière blanc-bleuté, grâce à une décharge électrique à travers la vapeur de mercure à haute pression (500 fois la pression des tubes fluorescents) contenu dans l’ampoule. A cause de cette pression plus élevée, elles émettent plus de lumière visible et moins d’ultraviolet que les tubes fluorescents. Ces lampes sont interdites dans les régions réglementant l’éclairage, car elles consomment beaucoup d’énergie.
Les lampes à vapeur de sodium à basse pression
Le tube est rempli d’un mélange de néon, d’argon et de parcelles de sodium. Une décharge électrique dans ce mélange fournit une lumière orange monochromatique (longueur d’onde 589 nm). Le néon, avec sa couleur rouge caractéristique, sert à démarrer la décharge et à chauffer le sodium. Ces lampes sont surtout utilisées pour l’éclairage des routes. De toutes les sortes de lampes actuellement disponibles, ce sont celles qui ont la plus grande efficacité lumineuse. C’est le type de lampe idéal quand le rendu des couleurs n’est pas important. Dans les régions qui ont établi des règlements sur l’éclairage extérieur, c’est le seul type de lampe autorisé à proximité des observatoires astronomiques, car le rayonnement qu’elles émettent peut facilement être filtré.
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