Bien que l'on attribue généralement à Thomas Edison l'invention de l'ampoule électrique, le célèbre inventeur américain n'est pas le seul à avoir contribué au développement de cette technologie révolutionnaire. De nombreuses autres personnalités sont également connues pour leurs travaux sur les piles électriques, les lampes et la création des premières ampoules à incandescence.

Les origines de l'ampoule électrique : premiers travaux de recherche et de développement


L'histoire de l'ampoule commence bien avant qu'Edison ne fasse breveter la première ampoule à succès commercial en 1879. En 1800, l'inventeur italien Alessandro Volta a mis au point la première méthode pratique de production d'électricité, la pile voltaïque. Constituée de disques alternés de zinc et de cuivre - entrecoupés de couches de cartons trempés dans de l'eau salée - la pile conduisait l'électricité lorsqu'un fil de cuivre était connecté à l'une ou l'autre extrémité. Bien qu'il soit en fait un prédécesseur de la pile moderne, le fil de cuivre incandescent de la pile voltaïque est également considéré comme l'une des premières manifestations de l'éclairage incandescent.
 
La pile à colonne de Volta
   
Peu après que Volta ait présenté sa découverte d'une source continue d'électricité à la Royal Society de Londres, Humphry Davy, un chimiste et inventeur anglais, a produit la première lampe électrique au monde en connectant des piles voltaïques à des électrodes de charbon de bois. L'invention de Davy en 1802 était connue sous le nom de lampe à arc électrique, du fait de l'arc lumineux émis entre ses deux tiges de carbone.

Si la lampe à arc de Davy constituait certainement une amélioration par rapport aux piles voltaïques autonomes, elle n'était pas encore une source d'éclairage très pratique. Cette lampe rudimentaire s'éteignait rapidement et était beaucoup trop lumineuse pour être utilisée dans une maison ou un espace de travail. Mais les principes de la lumière à arc de Davy ont été utilisés tout au long des années 1800 dans le développement de nombreuses autres lampes et ampoules électriques.

En 1840, le scientifique britannique Warren de la Rue a mis au point une ampoule de conception efficace utilisant un filament de platine enroulé à la place du cuivre, mais le coût élevé du platine a empêché l'ampoule de devenir un succès commercial. Et en 1848, l'Anglais William Staite a amélioré la longévité des lampes à arc conventionnelles en mettant au point un mécanisme d'horlogerie qui régule le mouvement des tiges de carbone à érodabilité rapide des lampes. Mais le coût des piles utilisées pour alimenter les lampes de Staite a freiné les projets commerciaux de l'inventeur.

Joseph Swan et Thomas Edison


En 1850, le chimiste anglais Joseph Swan s'est attaqué au problème de la rentabilité des inventeurs précédents et, en 1860, il avait mis au point une ampoule qui utilisait des filaments de papier carbonisé à la place de ceux en platine. Swan a obtenu un brevet au Royaume-Uni en 1878, et en février 1879, il a fait la démonstration d'une lampe de travail lors d'une conférence à Newcastle, en Angleterre, selon la Smithsonian Institution. Comme les précédentes versions de l'ampoule, les filaments de Swan ont été placés dans un tube à vide pour minimiser leur exposition à l'oxygène, ce qui a permis de prolonger leur durée de vie. Malheureusement pour Swan, les pompes à vide de son époque n'étaient pas aussi efficaces qu'elles le sont aujourd'hui, et bien que son prototype ait bien fonctionné pour une démonstration, il n'était pas pratique en utilisation réelle.
  
Première lampe à incandescence
Première lampe à incandescence par Joseph SWAN 
  
Edison s'est rendu compte que le problème de la conception de Swan était le filament. Un filament mince à haute résistance électrique rendrait une lampe pratique car il suffirait d'un peu de courant pour la faire briller. Il fit une démonstration de son ampoule en décembre 1879. Swan incorpora cette amélioration dans ses ampoules et fonda une société d'éclairage électrique en Angleterre. Edison a intenté un procès pour violation de brevet, mais le brevet de Swan était une revendication solide, du moins au Royaume-Uni, et les deux inventeurs ont fini par s'unir et former Edison-Swan United, qui est devenu l'un des plus grands fabricants d'ampoules électriques au monde, selon le Museum of Unnatural Mystery.
  
La lampe d'Edison
L'ampoule d'Edison
 
Swan n'était pas le seul concurrent d'Edison. En 1874, les inventeurs canadiens Henry Woodward et Matthew Evans ont déposé un brevet pour une lampe électrique avec des tiges de carbone de différentes tailles maintenues entre des électrodes dans un cylindre de verre rempli d'azote. Les deux hommes tentèrent, sans succès, de commercialiser leurs lampes, mais finirent par vendre leur brevet à Edison en 1879.

Le succès de l'ampoule d'Edison a été suivi par la fondation de la Edison Electric Illuminating Company de New York en 1880. La société a été créée grâce aux contributions financières de J.P. Morgan et d'autres riches investisseurs de l'époque. La société a construit les premières centrales électriques qui alimenteront le système électrique et les nouvelles ampoules brevetées. La première centrale a été ouverte en septembre 1882 sur Pearl Street dans le bas de Manhattan.

D'autres inventeurs, tels que William Sawyer et Albon Man, ont jeté l'éponge, fusionnant leur société avec celle d'Edison pour former General Electric, selon le ministère américain de l'énergie (DOE).

La première ampoule à incandescence 


Là où Edison a réussi et surpassé ses concurrents, c'est dans le développement d'une ampoule fiable et peu coûteuse, selon le DOE. Edison et son équipe de chercheurs dans le laboratoire d'Edison à Menlo Park, N.J., ont testé plus de 3 000 modèles d'ampoules entre 1878 et 1880. En novembre 1879, Edison a déposé un brevet pour une lampe électrique à filament de carbone. Le brevet énumère plusieurs matériaux pouvant être utilisés pour le filament, notamment le coton, le lin et le bois. Edison a passé l'année suivante à trouver le filament parfait pour sa nouvelle ampoule, en testant plus de 6 000 plantes pour déterminer quel matériau brûlerait le plus longtemps.

Plusieurs mois après la délivrance du brevet de 1879, Edison et son équipe ont découvert qu'un filament de bambou carbonisé pouvait brûler pendant plus de 1 200 heures. Le bambou a été utilisé pour les filaments des ampoules d'Edison jusqu'à ce qu'il commence à être remplacé par des matériaux plus durables dans les années 1880 et au début des années 1900. 

En 1882, Lewis Howard Latimer, un des chercheurs d'Edison, a breveté une méthode plus efficace de fabrication des filaments de carbone. Et en 1903, Willis R. Whitney a inventé un traitement pour ces filaments qui leur permettait de brûler à la lumière sans obscurcir l'intérieur de leurs ampoules de verre.

Les filaments de tungstène

Filament tungstène
 
William David Coolidge, un physicien américain de la General Electric, a amélioré la méthode de fabrication des filaments de tungstène de la société en 1910. Le tungstène, qui a le point de fusion le plus élevé de tous les éléments chimiques, était connu par Edison comme étant un excellent matériau pour les filaments d'ampoules électriques, mais les machines nécessaires pour produire des fils de tungstène super fins n'étaient pas disponibles à la fin du 19ème siècle. Le tungstène est encore aujourd'hui le principal matériau utilisé dans les filaments d'ampoules à incandescence.
 
Pour en savoir plus sur comment fonctionne une lampe à incandescence, tournez vous vers notre cours article rédigé à ce sujet.

Les ampoules LED

Ampoule LED
 
Les diodes électroluminescentes (DEL) sont désormais considérées comme l'avenir de l'éclairage en raison de leur basse consommation d'énergie, de leur prix mensuel moins élevé et de leur durée de vie plus longue que les ampoules à incandescence traditionnelles, 

Nick Holonyak, un scientifique américain de General Electric, a accidentellement inventé la lumière rouge des LED alors qu'il essayait de créer un laser au début des années 1960. Comme pour d'autres inventeurs, le principe selon lequel certains semi-conducteurs brillent lorsqu'un courant électrique est appliqué est connu depuis le début des années 1900, mais Holonyak a été le premier à le breveter pour l'utiliser comme luminaire.

En quelques années, des DEL jaunes et vertes ont été ajoutées au mélange et utilisées dans plusieurs applications, notamment les voyants lumineux, les écrans de calculatrice et les feux de circulation, selon le DOE. La LED bleue a été créée au début des années 1990 par Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura, un groupe de scientifiques japonais et américains, et pour laquelle ils ont remporté le prix Nobel de physique en 2014. La LED bleue a permis aux scientifiques de créer des ampoules LED blanches en recouvrant les diodes de phosphore.

Aujourd'hui, les choix d'éclairage se sont élargis et les gens peuvent choisir différents types d'ampoules, notamment les ampoules fluorescentes compactes (CFL) qui fonctionnent en chauffant un gaz qui produit de la lumière ultraviolette et les ampoules LED.

Plusieurs entreprises d'éclairage repoussent les limites de ce que peuvent faire les ampoules, notamment Stack. Philips est l'une des nombreuses entreprises qui ont créé des ampoules sans fil pouvant être contrôlées par une application pour smartphone tout en ayant une consommation électrique réduite. La Philips Hue utilise la technologie LED qui peut être rapidement allumée ou éteinte ou tamisée par une simple pression sur l'écran d'un smartphone et peut également être programmée. Elle permet de changer facilement l'intensité lumineuse ainsi que la température de couleur. Les ampoules Hue haut de gamme peuvent même être réglées sur une large gamme de couleurs (environ seize millions seulement) et synchronisées avec la musique, les films et les jeux vidéo.

Stack, lancé par des ingénieurs de Tesla et de la NASA, a développé une ampoule intelligente utilisant la technologie LED avec un large éventail de fonctions. Elle peut détecter automatiquement la lumière ambiante et s'ajuster en fonction des besoins, s'éteint et s'allume grâce à un détecteur de mouvement lorsque quelqu'un entre dans la pièce, peut être utilisée comme alerte au réveil et même ajuster la couleur tout au long de la journée pour s'adapter aux cycles circadiens naturels de l'homme et aux schémas de lumière naturelle. Les ampoules sont également dotées d'un programme d'apprentissage intégré qui s'adapte aux données fournies par les résidents au fil du temps. Et toutes ces fonctions peuvent être programmées ou contrôlées à partir de n'importe quel smartphone ou tablette. On estime que les ampoules intelligentes Stack peuvent consommer environ soixante pour cent d'énergie en moins qu'une ampoule LED typique et qu'elles durent entre vingt et trente mille heures selon le modèle (contre vingt-cinq à cinquante mille heures pour les ampoules LED typiques dans des logements appropriés).
 
Ampoule stalk
Ampoule Stack par Tesla 

Ces ampoules sont compatibles (ou le seront bientôt) avec de nombreuses options permettant de transformer une maison entière en une maison intelligente, y compris l'utilisation avec Amazon Alexa, Google Home et Apple HomeKit. Nous assistons petit à petit au remplacement de l'ampoule classique : qu'elle soit à incandescence, halogène ou fluocompacte. Les tailles de culot quant-à eux restent les même, les plus standards étant les E27 et E14.



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