Le fonctionnement des différentes ampoules ?

Ampoules à filaments, ampoules fluorocompactes et ampoules LED, 3 noms pour 3 modes de fonctionnement différents. Les modes de fonctionnement de ces types d’ampoules sont présentés de manière simplifiée ci-dessous.

Ampoule à filament (« anciennes ampoules ») :

D’abord pour cette ampoule, il faut comprendre que tout matériau (à une température différente du 0 absolu) émet un rayonnement lumineux (voir théorie du corps noir). Aux températures classiques, la lumière émise est rarement visible par l’œil humain, mais en chauffant le matériau on peut modifier la longueur d’onde (voir loi de Wien et formule améliorée de Planck) de la lumière émise et donc obtenir de la lumière visible.

Principe fonctionnement ampoule incandescence

Ampoule utilisée par Thomas Edison

L’ampoule à filament se compose ainsi :

– un « bloc » de verre rempli de gaz inerte (argon-azote) ou bien où règne un vide.

– un filament (de tungstène en général {symbole W} et au début des ampoules en tantale quelques fois {symbole Ta}).

Le gaz ou le vide de l’ampoule permet en fait d’empêcher la détérioration du filament (oxydation et combustion). Le principe est le suivant : le courant circule dans l’ampoule, les électrons vont alors provoquer l’échauffement du filament (effet Joule) qui va émettre de la lumière visible.

La température de fusion du tungstène est de 3422°C, ceci permet d’atteindre des températures importantes et d’augmenter l’efficacité lumineuse.

Ampoule fluorocompacte :

Dans l’ampoule fluorocompacte (parfois nommée ampoule basse consommation), on trouve un « ballast électronique » qui va permettre d’avoir un éclairage continu (sans celui-ci l’éclairage serait clignotant…). Les électrons produits vont alors circuler dans un tube (celui qui est visible) dans lequel on a enfermé de l’argon (gaz inerte) et des atomes de mercure (à l’état gazeux).

Fonctionnement ampoule fluorocompacte

Exemple d’ampoule fluorocompacte

Lors de la collision électron – atome de mercure (Hg), on a ionisation des atomes de mercure et émission de lumière par ceux-ci lors de la désexcitation. La lumière émise à ce moment est ultraviolette (non visible à l’œil nu). C’est pourquoi une poudre blanche luminescente (composé phosphoré, poudre de Béryllium, …) a été placée sur le tube : cette poudre absorbe la lumière ultraviolette et restitue de la lumière visible.

Ampoule LED (DEL en français) :

On parle de LED pour Light-Emitting Diode (ce qui donne une idée du fonctionnement), diode électroluminescente en français. Toutefois le principe de fonctionnement d’une ampoule LED est relativement plus complexe à expliquer que pour celles fluorocompactes et à incandescence. Il faut en effet avoir quelques connaissance sur les « semi-conducteurs ». Si on veut faire simple, comme leur nom l’indique ces matériaux ont un comportement, pour ce qui est de la conductivité électrique, située entre celle d’un isolant et celle d’un conducteur.

Semi-conducteurs et ampoules LED

Les semi-conducteurs

Les électrons sont au départ dans la bande de conduction mais dans le cas des semi-conducteurs, il peut y avoir « un trou d’électron » (abrégé en trou) dans la bande de valence. La transition d’un électron de la bande de conduction vers la bande de valence d’un semi-conducteur s’accompagne de l’émission d’un photon et donc de production de lumière : c’est le principe de fonctionnement de l’ampoule LED !

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