Comment fonctionne une ampoule électrique classique ?

Une ampoule électrique classique, appelée ampoule à incandescence, transforme l’énergie électrique en rayonnement grâce à un filament métallique porté à très haute température. Lorsqu’on ferme le circuit, le courant traverse ce filament et le chauffe fortement. Celui-ci devient alors incandescent : il émet une lumière visible, mais aussi une quantité bien plus importante de rayonnement infrarouge, ressenti comme de la chaleur. La lumière produite ne provient donc pas d’une réaction chimique, mais de l’échauffement d’un matériau conducteur.

Un circuit électrique très simple

Une ampoule à incandescence comporte notamment une enveloppe de verre, un filament et un culot muni de contacts électriques. Le courant entre par l’un des contacts du culot, traverse les fils de liaison puis le filament, avant de ressortir par l’autre contact pour rejoindre le circuit. Le filament est généralement constitué de tungstène, choisi parce que ce métal supporte une température extrêmement élevée avant de fondre. Il est très fin et souvent enroulé afin de tenir dans un petit volume tout en offrant une longueur suffisante au passage du courant. Cette résistance électrique permet au filament de convertir une partie de l’énergie électrique en chaleur.

Pourquoi le filament émet de la lumière

Le courant qui traverse le tungstène provoque un échauffement appelé effet Joule. À mesure que sa température augmente, le filament émet un rayonnement thermique de plus en plus intense. À une température suffisamment élevée, une partie de ce rayonnement se situe dans le domaine visible : le filament apparaît alors jaune ou blanc et l’ampoule produit de la lumière. Toutefois, le rayonnement émis est surtout infrarouge, auquel s’ajoutent la chaleur transmise par le verre et celle dégagée par le filament. Une ampoule à incandescence utilise donc principalement l’électricité pour chauffer son filament ; la lumière visible ne représente qu’une petite part de l’énergie consommée.

Le rôle de l’enveloppe de verre

Le filament ne peut pas rester longtemps dans l’air, car le tungstène chaud s’oxyderait rapidement. Il est donc placé dans une enveloppe de verre contenant généralement un vide ou un gaz peu réactif, souvent appelé gaz inerte. Cette atmosphère protège le métal et ralentit son évaporation. Malgré cette protection, une petite quantité de tungstène se détache progressivement du filament et peut se déposer sur la paroi intérieure du verre, ce qui assombrit parfois l’ampoule. Le filament finit aussi par s’amincir jusqu’à se rompre : l’ampoule s’éteint alors définitivement. Ainsi, son fonctionnement repose sur un équilibre entre un courant suffisamment intense pour rendre le tungstène incandescent et une enceinte qui limite sa dégradation.