Lampe à décharge électrique : de la pression en éclairage public

Une lampe à décharge électrique pour l’éclairage public utilisent essentiellement deux éléments sous leur forme gazeuse : le mercure et le sodium.

Mercure ou sodium

• Le mercure émet une lumière bleu blanchâtre peu éclairante par elle-même.

• Le sodium émet une lumière jaune très vive. Elle est caractérisée par une efficacité lumineuse très élevée.

Ces sources lumineuses présentent l’inconvénient majeur d’empêcher une bonne restitution des couleurs car une très grande partie des rayonnements visibles est absente : difficile dans ces conditions de distinguer des nuances de bleu ou de rouge.

Lampes à décharge électrique à haute pression

Pour surmonter ce problème, une des solutions est d’augmenter la pression. En effet, cette opération revient à accroître la densité d’atomes dans le gaz et par ce biais les interactions entre atomes sont plus importantes. Le nombre de niveaux énergétiques sollicités, et donc le nombre de transitions entre ces niveaux, augmente. La lumière émise s’enrichit de photons d’énergies différentes et devient « plus blanche ».

Ces lampes à décharge électrique « haute pression » ont beaucoup été utilisées pour l’éclairage public à partir des années 1930. Les plus anciennes, les lampes à vapeur de mercure haute pression donnaient une lumière blanche plutôt froide. Depuis le 13 avril 2015, suite à une directive européenne concernant le bannissement des lampes énergivores, elles sont interdites à la vente en Europe.

Celles-ci ont été elles-mêmes concurrencées, à partir des années 1990, par les lampes aux halogénures métalliques, que l’on appelle aussi lampes aux iodures métalliques. Leur fonctionnement repose sur une décharge électrique à haute pression dans un mélange de vapeurs métalliques permettant d’obtenir une lumière blanche avec un meilleur rendu des couleurs.

Le schéma ci-dessous présente une lampe aux halogénures métalliques. L’émission de lumière est créée par la décharge dans un gaz à haute pression entre deux électrodes.

Le phénomène est contenu dans un « brûleur » en céramique translucide pouvant supporter de très hautes températures. L’ensemble est lui-même intégré dans une enveloppe externe. Souvent visible, un « getter » permet d’absorber les impuretés à l’intérieur de cette enveloppe.

Ballast et amorceur

De principes physiques très différents, lampes à incandescence et lampes à décharge se distinguent également par leur alimentation électrique, cet aspect jouant plutôt en faveur des premières. En effet, si les lampes à incandescence présentent l’avantage de pouvoir être branchées directement sur une prise de courant, ce n’est pas le cas pour les lampes à décharge qui nécessitent des dispositifs électriques particuliers appelés amorceurs afin de permettre le démarrage de la décharge. En outre, le courant électrique traversant le gaz doit être stabilisé sinon les électrons se multiplieraient à l’infini. L’effet boule de neige deviendrait avalanche et entraînerait la destruction de la lampe. Cette stabilisation du courant est assurée par des ballasts. Le terme est emprunté au vocabulaire de la navigation où les ballasts servent à stabiliser les voiliers ou les sous-marins.

La gestion électrique des lampes à décharge reste délicate : l’allumage ou le ré-allumage peut prendre plusieurs minutes et la gradation du flux lumineux n’est en général pas possible. Jusqu’à récemment, des recherches ont permis de surmonter en partie ces problèmes mais elles ont été stoppées avec l’avènement des LED. La lumière émise par ces composants électroniques peut naturellement et très efficacement être pilotée par des alimentations électroniques.

Renouvellement de l’éclairage public

Le renouvellement complet d’un parc d’éclairage public se comptant en plusieurs dizaines d’années, les différentes technologies de lampes co-existent au sein d’une même ville. Les municipalités sont amenées, parfois accompagnées par un concepteur lumière, à proposer un schéma directeur d’aménagement lumière afin de donner une cohérence de l’éclairage urbain par le choix des sources de lumière, des flux émis et des stratégies de maintenance.

Les luminaires à LED remplaceront les luminaires pour lampes à décharge électrique. Mais que les amoureux de la lumière jaune des lampes sodium haute pression se rassurent, le remplacement sera lent et cette lumière qui avait envahi nos villes à partir des années 80 ne pourra s’éteindre que dans une ou deux décennies.

Approfondir le sujet

• Éclairage à travers les âges
• Lampes à décharge électrique : avant l’incandescence
• Eclairage public, la révolution a bien eu lieu
• Eric Rouaux, Les sources de lumière pour l’éclairage, L’actualité chimique, n°308-309, mai-juin 2007, pages 95-100
• Site Internet du musée sur les technologies des sources de lumière en Angleterre
• Lampes à décharge électrique en éclairage public, analyse du fonctionnement, par iodure métallique, vidéos sur Youtube

Photo en tête de l’article : éclairage au sodium haute pression de nuit en ville – éclairage public lampadaire réverbère © Martin Launay – Ville de Saint-Nazaire