lampe halogène

Qu’est-ce qu’une lampe halogène ?

Une lampe halogène est un type de lampe à incandescence qui contient une petite quantité d’éléments halogènes (par exemple, iode, brome) en plus de gaz inertes tels que l’azote et l’argon.

Les lampes halogènes émettent de la lumière de la même manière que les lampes à incandescence ordinaires, en faisant passer de l’électricité à travers un filament à l’intérieur de l’ampoule. Le filament est un fil métallique mince et filiforme, le plus souvent en tungstène, qui a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux (3 422 °C).

Utilisations des lampes halogènes

1. Éclairage

Les lampes halogènes sont utilisées pour l’éclairage ponctuel des rayons de marchandises, l’éclairage par projecteurs, les phares de voiture, l’éclairage de studio et de scène, etc., en raison de leur taille compacte, de leur luminosité élevée, de leur distribution lumineuse facilement réglable (étalement de la lumière) et de leurs bonnes propriétés de rendu des couleurs (les couleurs sont proches de celles que l’on observe à la lumière du soleil). Toutefois, avec la généralisation des sources lumineuses à DEL, les possibilités d’utilisation dans les utilisations d’éclairage diminuent.

2. Projecteurs

Les lampes halogènes ont été utilisées comme source lumineuse pour les rétroprojecteurs et les projecteurs de diapositives utilisés dans les écoles, etc. Aujourd’hui, les sources lumineuses LED et laser se généralisent.

3. Sources lumineuses pour l’analyse spectrale

Les sources lumineuses pour l’analyse spectrale sont utilisées parce qu’elles ont une luminosité constante sur une large gamme de longueurs d’onde et une faible variation d’intensité dans le temps.

4. Appareils de chauffage

Le fait que la majorité de l’énergie émise soit infrarouge nous indique que les lampes halogènes en tant que sources lumineuses sont inefficaces mais d’excellents appareils de chauffage. Les lampes halogènes trouvent donc des utilisations dans diverses situations où un chauffage local est nécessaire, comme la rétention de la chaleur, le traitement thermique, le séchage et le moulage à haute température des aliments et des matériaux, en plus du chauffage local à l’intérieur et à l’extérieur.

Principe des lampes halogènes

La température du filament des lampes à incandescence ordinaires est comprise entre 1 500 et 3 000 °C, tandis que celle des lampes halogènes atteint généralement 2 500 à 3 000 °C, voire 3 300 °C pour les lampes spéciales. Par conséquent, de petites quantités de tungstène s’évaporent constamment à la surface du filament.

Pour supprimer le phénomène de noircissement, les lampes halogènes contiennent des traces d’éléments halogènes ainsi que du gaz inerte dans l’ampoule. De cette manière, le cycle halogènes qui se produit dans la lampe empêche le phénomène de noircissement de se produire si les conditions, telles que la température et les matériaux, sont appropriées.

Le cycle halogène est un phénomène qui se produit dans la séquence suivante :

1. Les atomes de tungstène s’évaporent et se diffusent à partir du filament chaud pendant l’allumage.
2. Le gaz halogène réagit avec le tungstène évaporé pour former de l’halogénure de tungstène.
3. Si la paroi du verre est suffisamment chaude (>170°C pour l’halogène iodé), l’halogénure de tungstène n’adhère pas à la paroi du verre.
4. L’halogénure de tungstène se décompose lorsqu’il se rapproche du filament chaud et les atomes de tungstène retournent dans le filament.

Le cycle halogène évite l’usure du filament et le noircissement de la paroi interne du verre induit par le tungstène.

Structure des lampes halogènes

Pour réaliser le cycle halogène, le verre encapsulé doit être maintenu à une température élevée. Lorsque l’iode est utilisé comme gaz halogène, la température du verre doit être supérieure à 170°C, et lorsque le brome est utilisé, la température du verre doit être supérieure à 250°C.

C’est pourquoi on utilise généralement du verre de quartz, qui résiste à des températures élevées, et une feuille de molybdène pour relier électriquement l’intérieur et l’extérieur de l’ampoule halogène, afin que l’intérieur reste étanche à l’air à des températures élevées.

Autres informations sur les lampes halogènes

1. Inconvénients des ampoules à incandescence

Dans les ampoules à incandescence normales, un noircissement se produit lorsque le tungstène évaporé adhère à la paroi intérieure en verre de l’ampoule. À mesure que le filament s’use, l’efficacité lumineuse diminue inévitablement.

Ce phénomène de noircissement est un obstacle qui rend difficile la réduction de la taille des ampoules à incandescence à forte consommation d’énergie ou l’augmentation de la luminosité et de la température de couleur en augmentant la température du filament.

2. Caractéristiques de la lumière émise par les lampes halogènes

Le spectre lumineux émis par les lampes halogènes est presque identique au spectre de rayonnement du corps noir, qui correspond à la température du filament. En raison de la température plus basse du filament que celle du soleil, le rayonnement synchrotron ne contient presque pas de rayons UV et sa partie visible a une composante rouge légèrement plus élevée, ce qui donne un aspect de lumière blanche chaude.

Le pic du rayonnement se situe dans la région du proche infrarouge, avec des longueurs d’onde comprises entre 900 et 1 000 nm, tandis que la majeure partie du rayonnement se situe dans la région du visible au proche infrarouge, entre 500 et 3 000 nm.

3. Avantages des lampes halogènes

Par rapport aux lampes à incandescence ordinaires, la distance entre le filament et le verre encapsulé peut être réduite dans les lampes halogènes. La température du filament peut également être plus élevée, ce qui présente divers avantages.

• Leur petite taille réduit considérablement les coûts de transport.
• Aucun phénomène de noircissement ne se produit, de sorte qu’il n’y a pratiquement pas de réduction de la luminosité jusqu’à la fin de la durée de vie de la lampe.
• Lorsqu’elles sont utilisées à la même température de filament, leur durée de vie peut être plus que doublée.
• La luminosité peut être augmentée de 30 % pour la même durée de vie.
• L’utilisation de verre de quartz permet d’atteindre des températures de surface d’environ 900 °C (double).
• Le verre de quartz présente une résistance élevée aux chocs thermiques et ne se brise pas, même lorsqu’il est chauffé à 900 °C et placé dans de l’eau froide.

4. Avantages des lampes halogènes

• Chaleur essentiellement rayonnante
  Convient pour un chauffage rapide, car 90 % de la puissance consommée est de la lumière rayonnante, qui transfère l’énergie directement à l’objet à chauffer.
• Faible perte de chaleur
  La lumière rayonnante atteint l’objet à chauffer sans être affectée par les courants d’air ou la température de l’air, et la source de rayonnement (filament) est située à l’intérieur du tube de verre, de sorte qu’elle n’est pratiquement pas affectée par son environnement.
• Démarrage rapide
  Le rayonnement thermique atteint 90 % de la valeur nominale dans la seconde qui suit la mise sous tension.
• Densité énergétique élevée
  Les lampes halogènes de petite taille peuvent maintenir une densité de chauffe de plus de 100 w/cm2, de sorte que l’objet peut être chauffé à plus de 1500°C.
• Résistance élevée aux chocs thermiques
  Elles ne sont pas endommagées par l’eau pendant l’utilisation.
• Chauffage des métaux
  Les longueurs d’onde de la lumière visible à proche infrarouge sont facilement absorbées par les métaux, ce qui les rend aptes à chauffer les métaux.
• Chauffage sans contact
  Ne contamine pas l’objet chauffé ni le milieu environnant. Peut également être utilisé pour chauffer des échantillons dans une pièce séparée, par exemple à travers une fenêtre en verre.
• Contrôle optique
  Le chauffage ponctuel peut être effectué précisément à un endroit ciblé à l’aide d’un réflecteur ou d’un dispositif similaire.