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Les ampoules à filament pourraient-elles revenir ?

On pensait nos vieilles ampoules à incandescence bonnes pour le rebut. Pourtant, elles pourraient bien faire un retour fracassant sur le devant de la scène grâce à un développement imaginé par des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et de la Purdue University (États-Unis). Une innovation qui pourrait, à terme, en faire la source de lumière artificielle la plus efficace que nous connaissons !

Les ampoules à incandescence, encore appelées ampoules à filament, émettent certes un rayonnement chaleureux mais elles manquent cruellement d’efficacité. © Anne Landois-Favret, Flickr, CC by-nc-nd 2.0 Les ampoules à incandescence, encore appelées ampoules à filament, émettent certes un rayonnement chaleureux mais elles manquent cruellement d’efficacité. © Anne Landois-Favret, Flickr, CC by-nc-nd 2.0

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ampoule incandescence

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Depuis fin 2012, la production et l'importation de lampes à incandescence, ou lampes à filament, au sein de l’Union européenne sont tout simplement interdites. Cela fait bien des années déjà qu'elles avaient perdu de leur éclat au profit des lampes fluocompactes, ou lampes basse consommation, d’abord, puis des Led, d’une redoutable efficacité énergétique. Cependant, une innovation mise au point par une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de la Purdue University, aux États-Unis, pourrait bien être à l’origine d’un retour des ampoules de nos grands-parents.

Rappelons que le principe de l’ampoule à incandescence repose sur l’échauffement, à quelque 2.700 °C, d’un filament de tungstène. Un échauffement qui émet de la lumière ou, plus exactement, ce que l’on appelle un rayonnement de corps noir. Ainsi l’ampoule à incandescence émet sur un large éventail du spectre électromagnétique et pas seulement dans sa partie visible. En réalité, c’est au maximum 5 % de l’énergie électrique absorbée par le filament qui est convertie en lumière visible. Le reste est essentiellement dissipé sous forme de chaleur, d’où un cruel manque d’efficacité énergétique.

« Lorsque 20 photons sont émis par une lampe à incandescence, 1 seul est visible à l’œil humain et les 19 autres sont gaspillés en chaleur », assure Peter Bermel, professeur adjoint à la Purdue University. Dans le dispositif qu’il a imaginé avec ses collègues, ces photons seront désormais recyclés. Leur ampoule à incandescence nouvelle génération est en effet équipée d’un filtre constitué de plusieurs couches de matériaux tels que le dioxyde de silicium ou le dioxyde de tantale. Des couches d’une épaisseur inférieure au centième de celle d’un cheveu humain. Ce filtre permet de laisser passer le photon de lumière visible mais renvoie vers le filament les 19 photons de rayonnement infrarouge qui vont, dès lors, participer à l’échauffement du filament et permettre d’améliorer de manière spectaculaire l’efficacité de l’ampoule.

Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et de la Purdue University, aux États-Unis, ont mis au point une ampoule à incandescence nouvelle génération. Dans un premier temps, celle-ci brille comme le ferait une lampe classique. Mais, grâce à un filtre que les chercheurs ont spécialement conçu, l’énergie perdue sous forme de chaleur est recyclée pour être convertie en lumière. De quoi améliorer drastiquement l’efficacité de ces dispositifs. © Ognjen Ilic, MIT Image
Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et de la Purdue University, aux États-Unis, ont mis au point une ampoule à incandescence nouvelle génération. Dans un premier temps, celle-ci brille comme le ferait une lampe classique. Mais, grâce à un filtre que les chercheurs ont spécialement conçu, l’énergie perdue sous forme de chaleur est recyclée pour être convertie en lumière. De quoi améliorer drastiquement l’efficacité de ces dispositifs. © Ognjen Ilic, MIT Image

Des ampoules à incandescence plus efficaces que des Led

Le premier prototype élaboré par l’équipe atteignait les 6,6 % de rendement lumineux. Leurs simulations numériques leur permettent d’ores et déjà d’espérer atteindre les… 40 % ! Un chiffre à comparer avec les 3 % des lampes à incandescence classiques ou avec les 15 % des lampes fluocompactes. Même les plus performantes des Led actuellement en développement n’atteignent que difficilement les 29 %. Une révolution ?

Reste quand même à améliorer l’efficacité du fameux filtre et à stabiliser les performances à long terme et la durée de vie de telles ampoules. Sans parler de l’aspect économique et des coûts de production, même si ces derniers devraient pouvoir rester raisonnables étant donné que le filtre ne contient aucun élément rare et peut être élaboré par des techniques de dépôt tout à fait habituelles.

Les chercheurs imaginent déjà d’autres applications pour leur filtre. « Dans le thermophotovoltaïque, une source de chaleur rayonnante brille, un peu comme un filament incandescent. Orientée vers une cellule photovoltaïque, cette lumière est ensuite utilisée pour produire de l'électricité, explique Peter Bermel. Notre filtre peut permettre de sélectionner uniquement les photons ayant des niveaux d'énergie correspondant à la bande interdite du semi-conducteur constituant la cellule solaire. De quoi obtenir un maximum d’efficacité. »


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