L`ampoule électrique

MSH-1001
TD : Mme JAS
19 décembre 2012
L’ampoule électrique
Dossier sur l’histoire d’une technique
Groupe 5
HOUACINE Mehdi
JOVANOVIC Stefan
DUPONT Léo
Sommaire :
Introduction
I. L’ampoule à incandescence :
A/ Histoire
B/ Évolutions et normes récentes
II. La DEL :
A/ Du point de vue technique
B/ Contexte
C/ Applications
III. Bilan comparatif :
A/ Avantages
B/ Inconvénients
Conclusion
Bibliographie
ESIEE Paris
MSH-1001
L’ampoule électrique
Introduction :
Dans le cadre d’un projet sur les sciences et techniques, nous avons choisi pour sujet
l’ampoule électrique, plus spécifiquement le premier modèle de lampe à incandescence par
Thomas Edison en 1878. Et l’innovation que nous avons choisie est relative à la DEL (Diode
Électroluminescente), innovation plus récente.
Pour cela, nous reviendrons sur la création de l’ampoule, sur celle de la DEL, sur
quelques applications, puis nous dresserons un bilan d’état de chaque invention.
I. L’ampoule à incandescence :
A/ Histoire
L'invention a subi de nombreuses évolutions à travers le temps par l'utilisation d'un
filament d'osmium et tungstène (Carl Auer von Welsbach, inventeur autrichien, 1906), puis
d'un filament de tungstène ductile (William Coolidge, physicien américain, 1909), l'emploi de
bobinage des filaments et d'utilisation de gaz noble (Irving Langmuir, chimiste américain,
1911), l'utilisation d'un gaz halogène (Edward G. Zubler, Frederick Mosby, inventeurs
américains employés à la General Electric Company, 1959), l'emploi de filaments à nanotubes
de carbone (Jinquan Wei, inventeur chinois, 2004), et enfin la DEL (Diode ÉlectroLuminescente) telle que nous la connaissons aujourd’hui , découverte par Nick Holonyak Jr
(docteur américain en physique, 1962).
Il faut remonter à 1878 et aux travaux de Joseph Swan (1828 - 1914,
électricien/chimiste anglais) pour voir apparaître le premier modèle d'ampoule à
incandescence (lampe qui produit de la lumière en faisant briller par incandescence un
filament, ce dernier était de carbone pour les premiers modèles) entre 1850 et 1860. Mais
l'ampoule ainsi créée avait de nombreux défauts qui ne permettaient pas la démocratisation de
son usage. Quinze ans plus tard, Swan se repenche sur son ampoule et réussit à la
perfectionner (grâce notamment à l'ajout d'un filament de carbone) et la fait breveter en 1878
en Angleterre.
Pendant ce temps aux États-Unis, Thomas Edison (1847 - 1931, inventeur/industriel
américain) travaillait lui aussi sur un modèle d'ampoule à incandescence : on estime qu'il a
testé près de 6 000 types de filaments avant de breveter son ampoule électrique avec filament
en bambou du Japon sous faible voltage dans une ampoule de verre sous vide aux États-Unis
en 1879.
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http://dspt.perso.sfr.fr/La_lampe.htm
Thomas Edison - Menlo Park - 1879
- Réalisation du vide dans une ampoule électrique à l'aide d'une "trompe à mercure" -
Thomas Edison a dans un premier temps ouvert un laboratoire de recherche en 1876 à
Menlo Park dans le New Jersey. C'est dans ce laboratoire qu'il a réussi à améliorer l'ancien
modèle de lampe électrique, en 1879. Plus tard, il fondera l’Edison General Electric Company
en 1890 qui deviendra un grand empire industriel. Cela facilitera la démocratisation de
l’usage de l’ampoule électrique, d’abord aux États-Unis puis dans le reste du monde. Ce
groupe industriel participera aussi à l’évolution de l’ampoule électrique puisque des employés
contribueront à améliorer le modèle d’ampoule (utilisation d'un gaz halogène par Zubler et
Mosby).
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http://fr.wikipedia.org/wiki/Chronologie_des_techniques_d%27%C3%A9clairage
B/ Évolutions et normes récentes :
Les ampoules traditionnelles, ou à incandescence, sont devenues interdites avec la
nouvelle norme européenne, et sont remplacées par : les ampoules fluocompactes, les LEDs
(Light-Emitting Diodes), les halogènes dites à haute efficacité vers la fin du 20e siècle.
Mais des études récentes ont donné lieu à des polémiques liées à l’usage des ampoules
électriques, par exemple l’émission de vapeurs toxiques, ou le non-respect de nouvelles lois
liées à de nouvelles considérations environnementales. En particulier, des mesures ont été
prises en France et en Europe par exemple en interdisant la vente d’ampoule délivrant une
puissance de plus de 100 W dans un premier temps, puis de 40 W plus récemment en 2011.
Elles sont remplacées désormais par des lampes à basses consommation dont le but est de
polluer et consommer moins. Mais des problèmes et des controverses subsistent, par exemple
de nouveaux travaux dénoncent des émissions de vapeur toxiques de mercure, ou leur manque
d’efficacité par rapport au précédent modèle.
http://www.lampe-de-luminotherapie.com/lampe-basse-consommation/
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sse-consommation/
II. La DEL :
Les LEDs (Light-Emitting Diodes), ou DEL (Diodes Électroluminescentes) en
français, sont une alternative aux ampoules classiques étudiées précédemment. Leur création
est plus récente et elles sont de plus en plus utilisées.
A/ Du point de vue technique :
Les LEDs sont faites en deux parties : un pôle positif et un pôle négatif, séparés par
une “couche active”. Lorsque le courant arrive, les électrons du pôle négatif (qui sont en
excès), et ceux du pôle positif (qui sont en surplus), vont se recombiner dans cette couche
active, ce qui va produire des photons. Dans la LED, ce n’est pas un filament qui va chauffer
pour créer de la lumière (comme dans l’ampoule incandescente), mais une puce électronique.
Cette constitution différente des autres sources d’éclairage permet d’avoir des
avantages et des désavantages par rapport à celles-ci.
Au niveau de la durée de vie de la LED, le fait que le flux lumineux émit par la diode
diminue au cours du temps (sur une longue période), réduit sa durée de vie à 60 000 heures
(un flux sera toujours émit au-delà, mais il sera trop faible pour être efficace), ce qui constitue
une excellente durée de vie.
Les LEDs peuvent émettre de la lumière dans des couleurs différentes grâce aux
teintes différentes possibles de la LED blanche. Certaines sont équipées de variateurs de
couleurs permettant à l’utilisateur de changer à son gré la couleur émise par la LED, une fois
la fabrication terminée.
La capacité des flux lumineux (indiquant la quantité de lumière) des LEDs est en
constante évolution depuis son utilisation massive. Les rendements lumineux ont donc
évolués.
Les LEDs ne chauffent pas beaucoup. L’efficacité de la conversion électricité éclairage est de 20%, ce qui est assez élevé.
Les LEDs peuvent être très petites et donc prendre un minimum de place.
L’éclairage fourni par les LEDs est à son maximum en un temps infinitésimal.
http://www.energiedouce.com/content/27-conseils-faq-tout-savoir-sur-les-leds
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B/ Contexte :
Les ampoules utilisées avant la LED étaient principalement les lampes à
incandescence, dites “classiques”. Elles impliquaient de fortes consommations d’énergie, de
par leur construction. Cette surconsommation étant inutile, l’apport de nouveaux types
d’ampoules était prévisible. La montée de l’écologie politique à la suite des années 1970
entraîne plein de résolutions “vertes” et donc saines envers la planète. Les ampoules
électriques sont concernées, comme beaucoup d’autres sujets, par ces résolutions nouvelles.
L’ampoule classique, ou à incandescence, qui consomme inutilement et qui donc pollue la
planète (vu qu’elle est omniprésente sur la terre, dans quasiment tous les foyers) va donc être
remise en question. L’Union européenne a interdit l’usage de l’ampoule à incandescence.
À partir de 2009, les ampoules classiques commencent à être retirées des magasins. La
LED commence alors à être sérieusement répandue et commercialisée, même si elle l’était
avant dans d’autres secteurs (voir : C/ Applications).
La crise de 2007 a probablement renforcée l’envie de ne pas “gaspiller” d’argent, qui a
permis à ces résolutions d’être acceptées sans trop d’oppositions, même si quelques
controverses ont eu lieu envers les nouvelles sources d’éclairages conseillées, notamment à
cause de leur prix.
C/ Applications :
Vers 1990, la LED bleue est créée, puis la blanche. Les LEDs seront par la suite
utilisées pour les éclairages, les écrans par exemple.
On retrouve aujourd’hui les LEDs dans beaucoup d’objets, domaines, secteurs... On
peut en retrouver pour les flashes, les signalisations, les écrans de téléviseur, les éclairages en
tout genre (domestiques, publiques...), ou encore les phares des véhicules.
L’augmentation des rendements lumineux a permis l’utilisation des LEDs sur les
phares des véhicules par exemple, alors qu’elles étaient déjà utilisées sur des pièces moins
importantes comme les tableaux de bord ou les clignotants. En 2008, l’Union Européenne a
permis d’utiliser les phares à LEDs sur les voitures (comme feux de route). Audi a donc
utilisé pour la première fois des phares complètement constitués de LEDs (feux de
croisement, de route, de position et clignotants) sur son modèle de sport "R8". Depuis, Audi
propose des phares à LEDs sur pratiquement tous les modèles de sa marque et d’autres
marques commencent à en faire de même. L’utilisation des LEDs sur les véhicules permet
d’avoir une durée de vie incomparable aux autres modes d’éclairage, un meilleur éclairage et
une consommation d’essence diminuée de 0,15 L aux 100 km.
Les LEDs pourraient donc remplacer d’ici quelques années les autres sources
d’éclairage comme c’est progressivement le cas pour les phares (comme dit précédemment)
ou les téléviseurs.
Les LEDs présentent cependant comme on pouvait s’y attendre des désavantages, qui ne
sont pas négligeables, et qui empêchent la LED de remplacer les autres modes d’éclairage
définitivement pour le moment.
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III. Bilan comparatif :
A/ Avantages
L’invention que fut l’ampoule à incandescence est une révolution technique qui reste
aujourd’hui une référence. C’est une innovation majeure qui a influencé les comportements de
toutes les sociétés développées. La preuve en est qu’on la trouve absolument partout. Ce fut
un accomplissement technique d’un grand enjeu à l’époque de sa création, elle a remplacé
d’autres moyens d’éclairages archaïques et peu pratiques (lampes à gaz, pétrole, huile,
bougies, chandelles...).
La DEL, qui viendra bien plus tard, possède elle aussi ses avantages de par sa structure
et son mode de fonctionnement. Elle est bien plus petite que son ancêtre, consomme moins, et
les avancées techniques et scientifiques de notre époque permettent de l’exploiter au mieux,
d’une manière que l’on ne pouvait appliquer aux premières lampes à incandescence : on peut
choisir une couleur, en utiliser en grand nombre, on maîtrise leur puissance, leur rendement
ou leur rayonnement.
B/ Inconvénients
Les ampoules à incandescence classiques ont fait l’objet de nombreux débats, de
nombreuses polémiques, et ce assez récemment. C’est en s’intéressant aux problèmes qu’elle
pouvait causer sur l’Homme qu’on a découvert qu’elle était une source de danger (champs
magnétiques perturbants, vapeurs toxiques, dégâts environnementaux à court et long termes).
Les LEDs ont elles aussi leurs lots d’inconvénients même s’ils sont de nature
différente. Il s’agit principalement de leur coût bien plus conséquent que pour une lampe à
incandescence classique. Elles possèdent aussi un défaut, celui de diffuser un flux lumineux
qui décroît avec le temps, et qui réduit donc sa durée de vie en fonction de la manière dont on
l’utilise (mais cette durée de vie reste toutefois conséquente, de l’ordre de 6 ans).
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Conclusion
Au fur et à mesure que nous avons avancé dans le temps, nous avons perfectionné un
modèle d’ampoule. Nous avons débuté avec une lampe qui avait pour but d’éclairer
simplement et qui avait certains défauts d’ordre sanitaire. Puis nous sommes passé à une
lampe aux applications variées, au rôle essentiel comme il peut être esthétique dans certains
cas, et que nous maîtrisons presque complètement aujourd’hui.
Pour cela, il aura fallu un peu plus d’un siècle et quelques inventeurs de génie pour
contribuer au perfectionnement d’un modèle qui initialement était révolutionnaire en soi. Les
sociétés ont aussi évolué pendant ce laps de temps, l’ampoule s’est imposée dans nos
demeures, mais nous avons changé de types d’ampoules quand il nous est venu de nouvelles
considérations écologiques.
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Bibliographie :

http://www.ampouleelectrique.fr/

http://www2.csvt.qc.ca/patriotes/pei/travaux/edison/ampoule.html

http://www.gralon.net/articles/materiel-et-consommables/materiels-industriels/articlel-ampoule-electrique---histoire-d-une-invention-4031.htm

http://www.commercial-lamps.co.uk/p/resources/lighting-history/sir-joseph-wilsonswan

http://www.palaisdecouverte.fr/fileadmin/fichiers/infos_sciences/revue/complements/3
30_juil_aout_sept_05/KF_n330_p26-35_w.pdf

http://www.ge.com/company/history/edison.html

http://www.criirem.org/index.php?option=com_content&view=article&id=126:rayon
nements-des-ampoules-basse-consommation&catid=45:ampoules&Itemid=124

http://www.danger-sante.org/ampoules-a-basse-consommation/

http://www.economiserenergie.com/electricite/eclairage.html

http://www.bricomarche.com/mon-brico/les-conseils-bien-choisir/rubrique/ideedeco/ampoules-et-nouvelles-normes.html

http://www.actualites-news-environnement.com/19112-union-europeenne-calendrierfin-vie-ampoules-traditionnelles.html

http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000020949548&d
ateTexte=&categorieLien=id

http://www.led-fr.net/

http://www.agoravox.fr/enquetes-participatives/faut-il-stocker-des-ampoulesa/article/faut-il-stocker-des-ampoules-a-58304

http://www.led-fr.net/afe-3-lampes-fluocompactes-et-rayonnement-dangereux30003.htm
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