Lampe à arc - Définition

Introduction

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

Un arc électrique entre deux électrodes.

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.

Évolution technique

Usure des électrodes

À l'air libre

À mesure que les électrodes s'usent, un dispositif les rapproche pour maintenir leur écartement constant. Les deux électrodes s'usent par combustion, mais comme l'électrode positive est plus chaude, elle s'use plus vite. Dans un arc sous 10 ampères et de 10 mm de long, l'électrode positive s'use de 3 cm à l'heure. En moyenne la durée d'une paire d'électrodes, pour un arc à air libre, est de 7 heures. L'usure trop rapide des électrodes 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 électrodes 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 électrodes, 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 électrodes usées

Actuel

Une lampe à arc au Xénon de 3 kW utilisée dans les projecteurs de taille moyenne de théâtre.

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 (lampes HMI) ou lampes au Xénon. C'est le côté ponctuel et puissant de la source qui est intéressant pour l'exploitation optique. Leur durée de vie est de 500 à 1 000 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