Comparaison des technologies d'ampoules [TH1]

Au cours des 2 derniers siècles, l'utilisation massive des énergies fossiles a permis le développement économique, mais cela c'est fait au détriment des ressources et de l'environnement. Aujourd'hui, nous en avons pris conscience et développons les énergies renouvelables autant que les économies d'énergie.

Dans cette séquence, pour la problématique “Besoin de s'éclairer chez soi”, nous allons découvrir les innovations faites, leurs avantages et leurs inconvénients. Nous réaliserons des mesures (après avoir réfléchi à un protocole), des calculs et des graphiques pour mettre en évidence les économies réalisées.

• En 1879 Joseph Swan et Thomas Edison mettent au point l'ampoule à filament et révolutionne la manière de s'éclairer. Un filament, généralement en tungstène, est porté à incandescence sous l'effet du courant électrique. Il est placé dans une ampoule en verre vide d'air pour éviter qu'il ne se consume trop vite. Dans ce procédé, seule 5% de l'énergie produit de la lumière le reste étant transformé en chaleur. La durée de vie d'environ 1000 h est courte.
• En 1959 le procédé est amélioré grâce à l'utilisation de gaz halogéné. Le rendement augmente d'environ 30 % et la durée de vie double. La lampe halogène a particulièrement été utilisé pour les basses tensions (en automobile …).
• En 1926, apparait la lampe fluorescente, innovation majeure pour l'éclairage électrique. Son principe est basé sur l'émission d'électrons à partir d'une électrode chauffée par un starter. Les électrons excitent du mercure contenu dans un tube et génèrent des rayons ultra violets qui se transforment en lumière visible grâce à la couche fluorescente qui recouvre le tube. D'abord utilisé en 2 composants (bloc starter et tube interchangeable) le principe a été miniaturisé sous forme d'ampoule. Le rendement est 4 à 5 fois meilleur que pour l'ampoule à filament et la durée de vie 6 à 15 fois supérieure. La chaleur dégagée est elle nettement réduite. Elle possède néanmoins des inconvénient, contient des matières polluantes, spectre lumineux incomplet, parfois allumage progressif, parasitage électrique, fragilité lors des séquences marche/arrêt répétées, prix plus élevé.
• La LED inventée en 1962 est adaptée aux fortes puissances en 2014. Son principe est basé sur l'électroluminescence de certain métaux supraconducteur. Les avantages sont nombreux : consommation d'énergie réduite, utilisation possible en basse tension, quasiment pas de dégagement de chaleur, durée de vie très importante, possibilité de couleur … Les inconvénients sont réduit et se limite aux ampoules bas de gamme qui génère de la lumière bleu (nocive) et des perturbations électrique dues au système d'alimentation de l'ampoule.

Pour une puissance lumineuse équivalente, la consommation électrique et la durée de vie ont été améliorées (document joint) .

Pour comparer les performances des ampoules, je vais devoir faire appel à la démarche d'investigation afin de déterminer des expériences/mesures utiles.
Je vais donc devoir connaître le fonctionnement d'appareils tels le Wattmètre (mesure de l'énergie électrique) et le Luxmètre (mesure de l'éclairement lumineux) (document joint).
Je devrais aussi définir un protocole de mesure, par exemple :

• Laisser le temps aux ampoules de chauffer et d'être dans leur mode de fonctionnement optimal avant de lire les mesures,
• Faire les mesures de luminosité à l'abri de la lumière ambiante (dans le noir) afin de ne pas fausser les résultats
• Mesurer la luminosité toujours à la même distance car elle décroit en fonction de la distance.
• Noter les résultats dans un tableau qui est ici le mode de représentation le plus adapté.