La « lampe à incandescence halogène » est une lampe constituée d’un filament, recouvert par une ampoule compacte. À l’intérieur de celle-ci, des éléments halogènes sont introduits dans le gaz de remplissage. Apparue dans les années 1960, elle permet aux particuliers et professionnels de se munir d’une lampe de petit format émettant une grande quantité de lumière. Elle a surtout été utilisée pour l’éclairage intérieur, où sa simplicité d’utilisation et sa faculté à produire une lumière très intense en ont fait un produit de premier choix.
Historique
Les premières lampes halogènes sont apparues dans les années 1960. En raison de leur prix bien plus élevé à l’achat que les lampes à incandescence classiques, elles sont au départ principalement utilisées pour les applications professionnelles, notamment dans l’événementiel. Ayant la possibilité d’émettre une lumière blanche à forte puissance, ces lampes sont utilisées dans de nombreux projecteurs pour éclairer des scènes de spectacles, des plateaux de télévision ou encore des monuments dans les grandes villes.
Les lampes halogènes se généralisent dans les habitations à partir des années 1980. Cela commence avec la commercialisation des « lampadaires halogènes », qui sont équipés de « lampes crayon à double culot ». À partir du milieu des années 1990, les lampes halogènes petit format, généralement des « lampes TBT », permettent d’équiper de nombreuses lampes de chevet et de fournir aux espaces intérieurs un éclairage sous forme de « spots lumineux ». Ceux-ci sont alors fixés sur des rails ou encastrés aux plafonds. Les lampes halogènes petit format sont également utilisées pour les phares automobiles.
Utilisation contemporaine
Deux grandes catégories de lampes halogènes sont commercialisées : les lampes fonctionnant directement sous la tension de 230V / 50 Hz du secteur, et celles fonctionnant à « très basse tension », dites « lampes TBT ».
Parmi les lampes qui fonctionnent sous la tension du secteur, on trouve la « lampe crayon à double culot » et la « lampe à double enveloppe ».
La lampe crayon est constituée d’un filament entouré par une ampoule fine de forme allongée. Celle-ci est terminée par deux culots, un de chaque côté de l’ampoule. Elle est généralement utilisée dans les « lampadaires halogènes ». Ceux-ci sont constitués d’un luminaire portés par un pied à deux mètres du sol environ. La lampe est entourée d’un réflecteur et dirigée vers le plafond. L’ensemble permet de produire une lumière très intense à partir d’une source lumineuse non visible, donnant un éclairage indirect agréable dans les grandes pièces d’un logement.
La lampe à double enveloppe se généralise suite à l’interdiction à la vente des lampes à incandescence classiques. Elle est constituée d’un filament très court, entouré d’une petite ampoule. Une seconde paroi en verre recouvre l’ensemble. Cette dernière prend souvent une des formes populaires des ampoules des lampes à incandescence classique : bulbe, flamme…
La lampe TBT prend la forme proche d’une semi-sphère de moins de 5 centimètres de diamètre, d’où dépasse une embase à deux broches. La lampe contient un filament, entourée d’une petite ampoule, elle-même protégée par une vitre en verre. Un réflecteur incorporé entoure généralement l’ampoule. Elle est généralement utilisée seule dans les cas où on souhaite obtenir un faible éclairement (lampe de chevet), ou par groupes dans le cas où on souhaite répartir la lumière en utilisant plusieurs points lumineux de faible intensité (rails fixés au plafond). Ce procédé est très utilisé pour l’éclairage muséographique. Elle est aussi de plus en plus utilisée pour être encastrée aux plafonds.
Les lampes halogènes sont peu utilisées pour l’éclairage extérieur. Comme toutes les lampes à incandescence, les lampes halogènes sont très énergivores et ont une durée de vie limitée comparé aux lampes à décharge. Ces dernières sont systématiquement préférées pour l’éclairage public, malgré la qualité généralement moindre de l’éclairage rendu. Pour l’éclairage architectural, l’apparition des lampes « à halogénures métalliques », qui donnent un éclairage de bonne qualité tout en gardant les avantages d’une lampe à décharge (meilleur rendement lumineux et durée de vie bien plus longue), a rendu les lampes halogènes obsolètes pour cette application. Certaines lampes crayon équipent toutefois quelques petits projecteurs étanches utilisés pour éclairer des lieux privés : jardins, terrasses, devantures d’enseignes. Contrairement aux lampes à décharge, elles présentent l’avantage de fonctionner sans nécessiter d’appareillage externe (tels qu’un ballast ou un amorceur), rendant l’installation moins chère à l’achat et moins encombrante. Les lampes halogènes fournissent de plus une très bonne lumière lorsqu’il s’agit d'éclairer une œuvre ou un espace riche en couleurs.
Constitution
La constitution varie selon que la lampe halogène soit une lampe crayon à double culot, une lampe TBT, une lampe double enveloppe voire une lampe se présentant sous la forme d’une petite ampoule à nu. Si on s’intéresse uniquement au cœur de la lampe, celle-ci est constituée, comme une lampe à incandescence classique :
D’un filament de tungstène. C'est le constituant de la lampe qui émet la lumière lorsque celle-ci est sous tension.
Deux fils conducteurs, qui permettent de relier les extrémités du filament aux bornes électriques de la lampe.
Deux fils de support qui permettent de fixer le filament au centre de la lampe (les fils conducteurs ne faisant que réaliser le contact avec les bornes électriques).
D’une embase, à mono-culot ou double culot.
D’un gaz noble de remplissage, généralement de l’argon ou du krypton.
En plus de ces constituants, dans une lampe à incandescence halogène, un gaz dihalogène est introduit avec le gaz de remplissage. Différents gaz sont donc employés, parmi ceux-ci, on trouve :
Le diode (I2).
Le bromure de méthyle (CH3Br).
Le dibromure de méthylène (CH2Br2).
Principe de fonctionnement
Une lampe à incandescence halogène fonctionne de la même manière qu’une lampe à incandescence classique, elle utilise notamment un filament de tungstène qui est porté à incandescence. Le principe général de fonctionnement est décrit sur la page générale dédiée aux « lampes à incandescence ». Un gaz halogène, lorsqu’il est intégré au gaz de remplissage d’une lampe à incandescence, permet soit d’allonger la durée de vie de la lampe, soit de porter le filament à plus haute température sans baisse de la durée de vie. La présence des éléments halogènes permettent également d’éviter que le tungstène vaporisé se dépose sur la paroi intérieure de l’ampoule. Cela offre aux lampes à incandescence halogènes les deux avantages suivants par rapport aux lampes à incandescence classiques.
C’est la possibilité de porter le filament à plus haute température qui a généralement été exploitée. Ainsi, le filament des lampes à incandescence halogènes est généralement porté à +2900°C environ (il dépasse parfois +3000°C), contre +2600°C pour les lampes à incandescence classiques. Cette température plus élevée permet à la lampe d’émettre une lumière plus intense et plus blanche.
L’absence de noircissement de l’ampoule a permis de concevoir des lampes très compactes, constituées de filaments et d’ampoules de très petites dimension.
L’ampoule doit être constituée d’un matériau plus résistant aux hautes températures que le verre ordinaire des lampes à incandescence classiques. Il s’agit généralement de quartz ou de verres spéciaux comme le vycor. De nombreuses lampes à incandescence halogènes sont équipées d’une double paroi : une ampoule en quartz ou en vycor, ainsi qu’une protection en verre. C’est notamment le cas des lampes TBT et des lampes à double enveloppe. Cette seconde enveloppe permet d’une part de protéger l’ampoule des contacts avec la peau, mais également d’absorber les rayons ultraviolets. En effet, une lampe à incandescence halogène dont le filament est porté à +2900°C émet bien plus de rayons ultraviolets qu’une lampe à incandescence classique dont le filament est porté à +2500°C (lire la théorie physique du corps noir sur la page « Lumière » du site pour plus d'informations). L’ampoule en quartz n’absorbant pas les rayons ultraviolets, une seconde protection en verre (parfois en matière plastique) permet d’absorber ces rayonnements nocifs. Les lampes crayon à double culot, généralement placées dans des lampadaires fournissant un éclairage indirect ou dans des projecteurs équipée de vitre en verre, ne possèdent pas de seconde enveloppe.
Concernant la lampe TBT, elle fonctionne, comme son nom l’indique, à « Très Basse Tension ». Elle est accompagnée d’un petit transformateur enfermé dans un boitier de quelques centimètres-cube seulement, permettant de convertir la tension de 230 V / 50 Hz du secteur en une tension alternative de 12 Volts généralement. La très basse tension permet d’utiliser des filaments moins longs et de section plus large (lesquels ont une plus faible résistance électrique). Les filaments des lampes TBT sont ainsi portés à plus haute température que ceux des lampes halogènes 230 Volts, améliorant ainsi leur rendement lumineux. La plus large section du filament augmente également la durée de vie de la lampe.
Deux raisons expliquent la recommandation « de ne pas toucher l’ampoule une lampe halogène avec les doigts » connue du grand public, concernant la lampe crayon à double culot :
Les matières grasses présentes sur la peau réagissent à chaud avec le quartz, ce qui ternit la surface de la lampe.
Les matières minérales, comme les sels présents à la surface de la peau, réagissent également avec le quartz, ce qui le rend poreux. L’isolement par rapport au dioxygène de l’air peut ne plus être suffisamment assuré, provoquant un claquage de la lampe à la mise sous tension. Dans les cas extrêmes, une rupture de l’ampoule spectaculaire et dangereuse peut se produire en phase de fonctionnement.
Performances
L’IRC d’une lampe à incandescence halogène est quasi-parfait, proche de 100. Ceci est dû au fait que la composition spectrale de la lumière qu’elle produit comprend toutes les longueurs d’ondes visibles.
Son rendement lumineux est compris entre 15 et 25 lm/W. Certains modèles atteignent 30 lm/W. Il s’agit d’une valeur beaucoup plus faible que de celle de n’importe quelle lampe à décharge, mais de 30% plus élevée que celle des lampes à incandescence classiques.
Sa durée de vie est d’environ 2000 heures. Certaines lampes TBT atteignent 4000 heures. Il s’agit d’une durée beaucoup plus courte que de celle de n’importe quelle lampe à décharge.
Le spectre lumineux d'une lampe à incandescence halogène est généralement le suivant.
Dans le commerce
Les lampes à incandescence halogènes ont été commercialisées dans un large éventail de puissances. Cet éventail varie en fonction du type de lampe halogène commercialisé. Les lampes monoculot sont généralement proposées pour les faibles puissances (jusqu'à 100 Watts). Les lampes lampes crayon à double culot sont proposées pour les fortes puissances, généralement entre 300 et 500 Watts. Les lampes halogènes se déclinent généralement de la façon suivante :
Lampes halogènes TBT avec réflecteur dichroïque : ces réflecteurs permettent de projeter le rayonnement visible vers l'avant et le rayonnement infrarouge vers l'arrière. La diffusion du rayonnement infrarouge vers l'extérieur permet de limiter la chaleur produite à l'intérieur de la lampe.
Lampes halogènes TBT nue (sans réflecteur).
Lampes halogènes 230V avec réflecteur dichroïque.
Lampes halogènes 230V à double enveloppe.
Lampes halogènes 230V crayon à double culot.
Photos d'installations utilisant des lampes à incandescence halogènes
Photo d'un lampadaire intérieur équipé d'une lampe halogène crayon à double culot :
Photo d'une lampe halogène TBT avec réflecteur dichroïque :
