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Les ampoules incandescentes

Dossier - L'ampoule, l'invention lumineuse qui a changé la face du monde
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Il n'y a aucun doute, l'ampoule est une des inventions qui ont bouleversé l'humanité. Retour sur une histoire technologique formidable qui, depuis une vingtaine d'années, connaît une irrésistible accélération.

  
DossiersL'ampoule, l'invention lumineuse qui a changé la face du monde
 

Lampe à huile, lampe à pétrole, bougie... L'Homme a su au cours du temps développer différentes techniques pour éclairer son environnement. Une ingéniosité sans limites qui mena un jour à la formidable invention qu'est l'ampoule incandescente.

L'ampoule incandescente. © Kipp Baker CC by-nc 2.0

Longtemps avant le premier brevet déposé par Thomas Edison en 1879 et le début de la commercialisation de son ampoule incandescente, des chercheurs britanniques avaient démontré qu'il était possible de produire de la lumière électrique grâce à des ampoules à filament arqué.

Thomas Edison, un inventeur américain. © Louis Bachrach Studios, restauré par Michel Vuijlsteke, Domaine public

C'est en 1835 que la première ampoule capable de produire de la lumière électrique en continu a vu le jour. Suite à cela, pendant les 40 années qui suivirent cette découverte, des scientifiques du monde entier se sont penchés sur l'ampoule incandescente. Ils ont notamment travaillé sur le filament de l'ampoule (la partie de l'ampoule qui produit la lumière quand il se met à chauffer grâce au courant électrique) et l'atmosphère gazeuse située à l'intérieur de l'ampoule. Il s'agissait alors de trouver un moyen pour que l'air à l'intérieur de l'ampoule s'échappe facilement dans le but de le remplacer par un gaz inerte. Le but de cette manœuvre était d'éviter que le filament s'oxyde et se grille en présence d'oxygène. Les premiers modèles d'ampoules avaient une durée de vie extrêmement réduite, elles étaient très coûteuses à produire et utilisaient une importante quantité d'énergie. Tous ces éléments faisaient qu'à l'époque elles étaient loin de pouvoir espérer une éventuelle réussite commerciale.

Laboratoire Thomas Edison équipé des premières ampoules électriques. © Andrew Balet, CC by-nc 2.5

Quand Thomas Edison et son équipe de chercheurs basés à Menlo Park (État de Californie, États-Unis) décidèrent d'entrer sur la scène de l'éclairage, ils consacrèrent l'essentiel de leur travail à l'amélioration du filament - en testant en premier lieu un filament en carbone, puis en platinum, pour ensuite revenir au filament en carbone. En octobre 1879, l'équipe réussit à produire une ampoule à filament carbonisé à base de fil de coton. Cette ampoule avec filament en fil de coton avait une durée de vie d'environ quatorze heures trente minutes.

Un filament de bambou

Par la suite, ils continuèrent leurs expériences sur différents types de filament jusqu'à ce qu'ils arrivent à expérimenter un filament fabriqué à base de bambou ! Grâce à ce filament en bambou, Thomas Edison et son équipe sont parvenus à augmenter considérablement la durée de vie de leur ampoule qui passa de 14 heures 30 minutes à 1.200 heures ! Ce filament est devenu un standard pour l'ampoule d'Edison sur les dix années suivantes. Ce dernier continua par la suite à apporter de nombreuses améliorations à son ampoule, parmi lesquelles notamment la mise en place d'un nouveau système d'évacuation d'air qui permettait de s'assurer que l'ensemble de l'air présent dans l'ampoule était retiré. Il est aussi à l'origine du système de vis de l'ampoule qui, même après l'émergence de nombreuses technologies comme celles des halogènes et LED, reste le système le plus efficace pour les supports d'ampoules.

Cependant, on ne peut pas parler de l'histoire des ampoules sans mentionner les noms de William Sawyer et Albon Man qui ont déposé un brevet pour leur version de l'ampoule incandescente. On peut aussi citer Joseph Swan, l'homme qui a breveté l'ampoule incandescente en Angleterre. Ces multiples brevets déposés à travers le monde ont créé un important débat à l'époque afin de savoir lequel de ces brevets prévalait sur les autres.

Les différents types d'ampoules testés par Edison. © Daderot, Domaine public

Pour éviter de continuer à se poser la question et de se lancer dans d'interminables batailles judiciaires qui auraient demandé d'importants moyens financiers et surtout énormément de temps, les protagonistes ont opté pour la solution la plus simple : l'union. C'est alors que l'entreprise américaine de Thomas Edison fusionna avec Thomson-Houston Electric Company, l'entreprise qui fabriquait des ampoules incandescentes sous le brevet de William Sawyer et Albon Man. Ils vont alors former un groupe nommé General Electric qui reste aujourd'hui un grand nom de l'industrie américaine. De son côté, l'entreprise anglaise de Thomas Edison fusionna avec l'entreprise de Joseph Swan pour former Ediswan en Angleterre.

Lampe ancienne à filament de carbone. © Ufbastel, CC by-nc 3.0

Au début du XXe siècle, d'autres inventeurs ont continué à apporter de légères améliorations à l'ampoule incandescente en améliorant notamment son procédé de fabrication et ses caractéristiques techniques. Le gros défi vint avec l'apparition du filament tungstène développé par des chercheurs européens en 1904. Ce nouveau filament avait la particularité d'offrir une durée de vie plus longue et une lumière plus claire et ce, en comparaison avec le filament carbone utilisé dans les précédents modèles.

Irving Langmuir réussit à doubler la durée de vie de l'ampoule incandescente en y introduisant un gaz inerte. © Edgar Fahs Smith Collection, University of Pennsylvania Library, Domaine public

Obsolescence programmée

En 1913, Irving Langmuir découvrit qu'en plaçant un gaz inerte tel que de l'azote à l'intérieur d'une ampoule, il était possible de doubler son efficience. Cela représenta à l'époque une immense avancée. Malgré tout, dans les années 1950, les ampoules incandescentes ne convertissaient toujours qu'une faible quantité d'énergie en lumière. En effet, seulement 10 % de l'énergie consommée par une ampoule est utilisée par celle-ci pour produire de la lumière. L'ampoule restait donc très gourmande en énergie et sa durée de vie moyenne était très réduite. Les principaux modèles de l'époque tenaient en moyenne 1.000 heures. Nombreux sont ceux qui pensent que cela était dû à une intervention du Cartel Phoebus qui rassemblait les principaux acteurs de l'éclairage de l'époque. Il se murmurait que les membres de ce cartel s'étaient mis d'accord pour maintenir une faible durée de vie à leurs ampoules dans le but d'augmenter les ventes et donc, d'accroître leurs profits.