L'apport de l'électricité dans l'éclairage

L'éclairage sans électricité
L'éclairage électrique

La technologie l'arc électrique

En 1813, Humphry Davy (Anglais) branche aux bornes d'une pile de Volta deux pointes de charbon. Il se rendit compte qu'était générée une étincelle très lumineuse entre ces deux pointes lorsqu'on les rapprochait. Puis l'étincelle persistait si on éloignait lentement les deux pointes. A noter que l'étincelle dure plus longtemps lorsque l'expérience est réalisée sous vide. Mais ce dispositif reste l'apanage des démonstrations spectaculaires réalisées dans les amphithéâtres ou les laboratoires. En effet, aucune application possible n'y avait été trouvée pour l'instant.

Léon Foucault, (le savant Français qui est connu pour son pendule qui servit à démonter que la terre tourne), adapte l'invention de Humphry Davy à l'éclairage. Il substitua au charbon classique le charbon de cornue de gaz. Ce dernier a la particularité d'être peu combustible mais bon conducteur électrique. Léon Foucault mit un terme au problème posé par le fait qu'il faille bouger les charbons au cours de la vie de l'étincelle en réalisant un mécanisme.

La nécessité d'un mécanisme complexe qui régirait  le mouvement du charbon fut  un frein à l'essor de l'éclairage par arc électrique. Paul Jablochkoff (Russe) révolutionna la technologie de l'arc électrique en réalisant cet arc entre deux baguettes de charbon parallèles l'une à l'autre. Elles sont séparées par une substance isolante à froid et conductrice électrique à chaud (Plâtre ou Kaolin). Ce dispositif est alimenté en courant alternatif car sinon le pole positif se consomme deux fois plus vite que le pole négatif. Pour information, une bougie Jablochkoff de 25cm de long et de 4 mm de large dure environ 1h30. C'est à partir de la mise au point de la bougie Jablochkoff que l'éclairage public électrique connu un essor significatif (1878). Ce type d'éclairage remplaça souvent les lampes à gaz qui furent source de nombreuses catastrophes humaines (incendies...). Les lampes à arc sont de nos jours guère utilisées.

La technologie de l'incandescence

En 1879, Edison va utiliser le principe de l’incandescence. La lampe à incandescence d'Edison, introduite en Europe en 1882 permit à l'électricité de pénétrer les foyers et les commerces.
La différence principale entre l'éclairage par arc électrique et par incandescence est la différence de gène occasionnée. A l'arc électrique gênant, l'incandescence apporte une lumière douce. Le principal problème technique des ampoules est le choix du filament. Après des mois de recherche, il découvrit que des tiges de bambou calcinées constituaient un bon filament. Cette solution technique connu une vie industrielle en 1881. La lampe à filament de carbone fut utilisée jusqu'à la fin du siècle dernier.
Plus la température du filament est élevée et plus la portion d’énergie rayonnée dans le domaine du visible est grande.  Le but des constructeurs était donc d’atteindre une température élevée sans pour autant détruire le filament.  En 1907, les filaments en tungstène font leur apparition, leurs propriétés physico-chimiques leurs permettent d’être chauffés à très haute température (point de fusion 3643°C) ce qui permet d’obtenir une efficacité lumineuse de l’ordre de 6 lm/W.

Les lampes halogènes sont des lampes à incandescence. Cependant, elles possèdent en plus des propriétés remarquables. Dans les lampes à incandescence classiques, le filament de tungstène s'évapore peu à peu, déposant un voile noir sur la surface interne de l'ampoule; l'efficacité lumineuse diminue. Dans les lampes halogènes, on a rajouté, et ce pour la première fois en 1959, en plus des gaz de remplissage habituels, des halogènes, iode ou brome, qui captent les atomes de tungstène avant qu'ils n'atteignent la paroi de verre, puis se déposent sur le filament: c'est le cycle régénérateur halogène. Cette réaction halogène-tungstène s'opère d'autant mieux que la distance filament verre est assez faible et que la température est élevée. Ce qui explique la forme des ampoules, courtes et fines, épousant au plus près le filament. Qui dit plus de chaleur dans un petit volume exige une enveloppe de verre capable de résister à plus de 600°C, température indispensable au cycle halogène, et a une pression de deux à trois atmosphères.

Les lampes à décharge

 Depuis 1880, l'éclairage électrique par lampes à incandescence n'a cessé d’être perfectionné. A partir de 1930, des sources lumineuses d'une autre nature font leur apparition : les lampes à décharge qui ont un spectre de raies discontinu. Ces lampes ne possèdent plus de filament, mais deux électrodes placées dans une enveloppe remplie d'un gaz ou d'une vapeur métallique.

Le passage de la décharge électrique dans la vapeur de sodium à basse pression contenue dans l’ampoule provoque une émission lumineuse presque monochromatique située au début du spectre du visible vers 589 nm de longueur d'onde. Ces lampes de couleur orangé sont très souvent rencontrées dans l'éclairage public et routier, notamment dans les tunnels et sur les vieilles installations.

Il existe de nombreux types de lampes à décharge. Les lampes au sodium basse pression sont un type parmi de nombreux autres.

L'avenir de l'éclairage et l'électrification du monde

A l'heure actuelle, les ampoules à filament sont encore présentes dans les foyers. Mais elles ont disparu des lieux publics au profil des néons et des ampoules basses consommation. Les LEDs (Diodes Electroluminescentes) pourraient bientôt révolutionner l'éclairage, à condition d'améliorer la luminosité de ces dernières. En effet, elles ont un rendement nettement supérieur aux ampoules classiques. Mais seul le futur nous le dira!

Avec l'exposition internationale d'électricité qui se tint à Paris en 1881, l'électrification du monde était en marche. Toutes les grandes villes, unes à unes, connurent cette révolution. En France, alors que le peuple était enthousiasmé par l'électricité, elle mit du temps avant de devenir une réalité concrète pour tous. Surtout dans les milieux ruraux.

Conclusion

L'électricité apporta beaucoup à l'humanité. L'éclairage en fut une des principales applications. A l'heure actuelle, au début du troisième millénaire, outre la question des sources lumineuses, celle des moyens de les éclairer se pose. Grâce au nucléaire, la France a pu s'affranchir partiellement du pétrole.

Il faut espérer que les politiques ne cèderont pas face aux pseudo écologistes gauchistes, et que le nucléaire restera la source principale d'énergie pour notre nation tant que les énergies renouvelables ne seront pas en capacité d'assurer seules la production énergétique. En effet, pour remplacer les centrales par des éoliennes, il en faudrait des centaines de milliers (ce que les pseudo écolos refuseraient du fait de la défiguration du paysage... Alors que ce sont eux qui veulent arrêter le nucléaire...)

A noter que de la radioactivité émane de tout individu et que c'est un phénomène physique commun. En outre, le nucléaire a un grand avenir la fusion. Alors que la fission se réalise avec des atomes dangereux et que les déchets le sont aussi, la fusion produira bien plus d'énergie en étant bien moins polluante si les problèmes auxquels les chercheurs sont confrontés sont résolus. Pensez une seconde l'énergie contenue dans le lac Léman suffirait pour alimenter l'Europe des siècles. Cette technologie sera disponible dans quelques décennies si se faisabilité technologique est démontrée. Un prototype sera construit dans les années qui viennent (A Cadarache en France) nomme ITER.

Réalisé le 17/02/2007 par Benjamin MONTEIL et mis à jour le 01/10/2007 par Aurélie ORTIZ