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Lampes à décharge électrique : avant l’incandescence

L’art de mettre des éclairs en bouteille ! Avant Edison, au XIXème siècle, les premières lampes n’étaient pas à incandescence mais à décharge électrique.

— Lionel Simonot —

10 septembre 2018

La lampe à incandescence constitue, encore aujourd’hui, le symbole de la lampe électrique à tel point qu’elle en occulte les autres formes d’émission de lumière. Et pourtant la première lampe électrique n’est pas une lampe à incandescence.

Lampe à arc électrique

Plusieurs inventions sont précurseurs de la première lampe « à arc électrique ».

A la fin du XVIII^ème siècle, l’inventeur et le scientifique Benjamin Franklin montre que la foudre est la manifestation lumineuse d’un phénomène électrique.
A la charnière entre le XVIII^ème et le XIX^ème siècle, Alessandro Volta invente la première pile électrique.
Vers l’année 1810, Humphry Davy crée des étincelles (des mini coups de foudre) en approchant deux électrodes d’une pile « Volta ».

La première lampe « à arc électrique » (on pourrait dire électroluminescente) est née quelques décennies avant la lampe d’Edison et son principe est très différent de l’incandescence. Très volumineuses et fortement brillantes, les lampes à arc sont dans un premier temps réservées à l’éclairage de grands espaces.

Sans doute très impressionnante à l’époque, on cite volontiers l’illumination de la place de la Concorde à Paris en 1844 par Léon Foucault.

Premier essai d’éclairage électrique de la place de la Concorde par Léon Foucault en 1844 – Illustration pour Les Nouvelles Conquêtes de la Science, L’électricité, par Louis Figuier (Librairie Illustrée, Marpon & Flammarion, 1880) – Association MEGE

En 1878, c’est l’avenue de l’Opéra à Paris qui est la première à être éclairée de façon pérenne par la lumière électrique.

Les candélabres sur la photo en tête d’article par des bougies Jabblokkof à arc voltaïque parue sur le site de l’Association MEGE.

Bougie Jablochkoff, avenue de l’Opéra, Paris – livre Electricity in the service of man, de Alfred Ritter von Urbanitzky, Fig 499, page 511, édité par Richard Wormell © Cassell and Company – 1886

Il faudra attendre le milieu du XX^ème siècle et l’invention du tube fluorescent pour que des lampes « à décharge » soient couramment utilisées à l’intérieur de bâtiments.

Multiplier les électrons

Si une décharge électrique n’est pas un phénomène d’incandescence, les conditions ne sont pas réunies non plus (et heureusement) pour provoquer une fusion thermonucléaire comme pour le Soleil ! Nous sommes donc bien face à un phénomène différent qui pourrait davantage se rapprocher de l’émission de flamme utilisée pour certains feux d’artifice mais l’excitation est cette fois d’origine électrique.

Dessin de tubes de Geissler dans Traité Élémentaire de Physique, de Privat-Deschanel, traduit par Joseph David Everett, 1869 – Wikipedia

Tubes de Geissler et lumière colorée

Contrairement au Soleil et aux lampes à incandescence qui émettent dans tout le domaine du visible, les lampes à décharge produisent des photons porteurs de quelques énergies (et donc quelques couleurs) bien précises et directement en lien avec la structure électronique des atomes de gaz.

Dès le milieu du XIX^ème siècle, la décharge électrique a été testée dans de nombreux gaz enfermés dans des tubes en verre : les tubes de Geissler. Du nom du physicien allemand Heinrich Geissler, il développa cette technique dans son atelier.

Quand un électron percute un atome

Si l’électron a une énergie (et donc une vitesse) suffisante, il peut ioniser l’atome. Avec une énergie plus faible, l’électron incident peut « exciter » l’atome : celui-ci ne perd pas d’électron mais passe à un niveau d’énergie plus grand. Or, l’atome a tendance à revenir à son état de départ plus stable. Il peut alors spontanément restituer l’énergie stockée, notamment sous forme de lumière.

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Équipe du projet

Inventeur

Benjamin Franklin — Alessandro Volta — Humphry Davy — Léon Foucault — Pavel Jablochkoff — Heinrich Geissler

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Sujets	Lampe électrique — Lampe à arc électrique — Arc électrique — Paris — Avenue de l'Opéra — Place de la Concorde — Electron — Photon — Décharge électrique — Lumière — Éclairage — Source de lumière — Source lumière — Source lumineuse
Effets lumière	Lumière directe
Techniques d'éclairage	Éclairage public — Éclairage urbain — Lampe à décharge
Professions	Physicien — Collectivités
Supports	Dessin
Source	Lionel Simonot

— Lionel Simonot —

Auteur

Enseignant-chercheur, Lionel Simonot enseigne l’éclairagisme depuis 2003 à l’École nationale supérieure d’ingénieurs de Poitiers – ENSI Poitiers : cours magistraux et pratiques en photométrie, technologie des sources de lumière, dimensionnement électrique et interactions lumière matière. Ses activités de recherche portent sur les propriétés optiques et l’apparence des matériaux, notamment via le GDR APPAMAT. Applications : films minces nanocomposites, couches de peinture en glacis ou vernis et objets obtenus par impression 3D. Il est auteur de la transposition du livre de Pierre Bougueur, Essai d’optique sur la gradation de la lumière, du livre rétrospectif et prospectif, Éclairage et lumière du IIIe millénaire, 2000-2050, aux éditions Light ZOOM Lumière en 2021.