Lampe a arc

Lampe à arc

Une lampe à arc est un système procurant de la lumière à l'aide d'électricité sous forme d'un arc électrique.

L'arc électrique

Depuis la découverte de l'arc électrique par le chimiste anglais Sir Humphry Davy, en 1809, les recherches furent nombreuses. Il avait obtenu un arc de 8 cm de long, après avoir amené en contact deux baguettes de charbon reliées aux deux pôles d'une batterie d'éléments Volta ; entre les deux baguettes se produisit une flamme qui s'incurva en forme d'arc de cercle sous l'effet du courant d'air chaud ascendant, c'est pourquoi il donna à cette flamme le nom d'arc électrique, nom qui fut conservé depuis.

Disposition des électrodes

Pour un arc à courant continu, le charbon positif est toujours placé à la partie supérieure et il se creuse à son extrémité un cratère, petite dépression en forme de calotte sphérique concave, qui est porté à incandescence. C'est le cratère qui produit la plus grande partie (85%) de la lumière émise par l'arc. Le charbon négatif placé au-dessous forme une pointe émoussée qui se recouvre de nodosités; il est porté au rouge et produit environ 10% de la lumière émise. L'arc lui même, c’est-à-dire les vapeurs situées dans l'espace compris entre les deux électrodes fournit environ 5% de la lumière émise. L'arc doit être disposé de manière que le cratère soit tourné vers la surface à éclairer et le charbon négatif doit être le plus mince possible afin de former un écran minimum pour la lumière produite par le cratère. L'arc reste très instable aux variations de tension ou de courant. Pour amoindrir cet inconvénient il suffit de placer en série une résistance ohmique.

Allumage de l'arc électrique

Pour allumer un arc, il faut approcher les charbons, les amener en contact et les écarter ensuite. Cette opération s'effectue automatiquement.

Évolution technique

Usure des électrodes

A l'air libre

À mesure que les charbons s'usent, un dispositif les rapproche pour maintenir leur écartement constant. Les deux charbons s'usent par combustion, mais comme le charbon positif est plus chaud, il s'use plus vite. Dans un arc sous 10 ampères et de 10 mm de long, le charbon positif s'use de 3 cm à l'heure. En moyenne la durée d'une paire de charbons, pour un arc à air libre, est de 7 heures. L'usure trop rapide des charbons reste le problème majeur, il entraîne une main d'œuvre coûteuse et les arcs à air libre ont complètement disparu.

En vase semi-clos

En faisant brûler l'arc dans un vase presque clos, la quantité d'oxygène admise est juste suffisante pour assurer la combustion. Les charbons brûlent beaucoup moins vite (jusqu'à 150 heures), même si le rendement lumineux est moindre en comparaison avec les arcs à air libre. La dynamo de Gramme fut utilisée pour alimenter les lampes à arc avec le régulateur de Serrin, donc en courant continu. L'usure des électrodes en charbon est beaucoup trop rapide pour que l'on puisse envisager une utilisation industrielle d'autant que leur coût est loin d'être négligeable. On est donc loin d'une véritable innovation.

La bougie de Jablochkoff

C'est alors qu'un certain Paul Nicolaïewich Jablochkoff a l'idée simple, de placer les électrodes, non plus en regard mais côte-à-côte, verticalement. Les deux électrodes sont isolées par un revêtement d'argile et l'arc électrique a lieu au sommet des deux extrémités. Une petite bande de charbon assure l'amorçage. Afin d'obtenir une usure égale des charbons, Jablochkoff pense déjà à utiliser le courant alternatif. Il fut l'un des premiers à susciter l'intérêt de l'utilisation industrielle du courant alternatif. En 1876, un an avant l'ampoule à incandescence d'Edison, des lampes à arc de Jablochkoff sont mises en service pour l'éclairage des rues des grands magasins à Paris et à Londres. Jablochkoff améliore encore ses lampes à arc de façon à pouvoir remplacer facilement et rapidement les charbons usés.

• Sur quelques imperfections de la bougie de Jablochkoff - Journal Universel d'Électricité, 15 juin 1880.

• L'éclairage électrique par le système Jablochkoff - Journal Universel d'Électricité, 10 août 1881.

Actuel

Les lampes à arc sont utilisées par tous les projecteurs de cinéma et pour l'éclairage de scène. Les émissions musicales TV, les shows d'artistes utilisent des projecteurs rotatifs appelés scanners et des projecteurs de poursuite équipés de lampes à arc sous ampoule en quartz. C'est le coté ponctuel et puissant de la source qui est intéressant pour l'exploitation optique. Leur durée de vie est de 500 à 1000 heures.

Pour l'éclairage, les lampes à arc ont été remplacées par les lampes à décharge basse ou haute pression qu'on voit sur les routes et les stades

La lampe à arc dans les phares maritimes

Les lampes à arc ne sont plus guère utilisées aujourd'hui. Une application particulière des lampes à arcs très puissantes est l'éclairage des phares. Le phare d'Ouessant par exemple avait été installé, à titre démonstratif, au Palais de la lumière pendant l'exposition « Arts et Techniques », à Paris en 1937. Par mauvais temps, quatre arcs de 500 ampères fournissent une lumière blanche, visible au-delà de l'horizon. Un système optique produit des éclats de 270 ms toutes les 10 s. L'ensemble tournant pèse 36 tonnes ; il est logé dans une lanterne de 5,50 m de diamètre à 12 m de haut.

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