Science domestique : La mort du filament
Pourquoi les filaments des ampoules ont-ils tendance à claquer quand on allume l’ampoule, et non à la fin d’une longue soirée, quand l’ampoule est brûlante ?
Quand on allume une ampoule, elle subit un triple choc.
La résistance du métal du filament augmente avec sa température. Quand la lampe est éteinte, sa résistance est dix fois plus faible que quand elle est allumée. Elle prend donc, à l’allumage, un courant très fort et encaisse une montée en température rapide.
Si la moindre portion du filament est plus mince qu’ailleurs, cette portion va chauffer davantage. Là encore, le stress thermique sera intense.
Enfin, le filament est enroulé en spirale, ce qui le fait agir comme un électroaimant. Sous l’effet des forces magnétiques qu’il génère, le filament se déforme légèrement, ce qui donne un stress mécanique.
Voilà pourquoi c’est plutôt à l’allumage que les ampoules claquent.
Plus l’intensité dans le filament de tungstène est grande, plus le métal chauffe. Quand on allume l’ampoule, le filament passe très vite de la température ambiante à celle du métal chauffé au rouge. Quand on éteint l’ampoule, la variation de température est plus lente que quand on l’allume. Le filament a donc moins de chances de casser à ce moment-là.
Dans une lampe à incandescence, la lumière est produite par le filament, qui est porté à 2500 °C. À cette température, le tungstène s’évapore et des atomes s’échappent de la surface du filament, ce qui cause un léger noircissement de l’ampoule, et un amincissement progressif du filament.
Un point de faiblesse peut apparaître sur le filament pour plusieurs raisons. D’abord, si certaines boucles du filament sont plus proches que d’autres, leur température sera plus élevée. Ensuite, si des boucles sont un peu plus fines, leur résistance sera plus faible, le courant y sera plus fort et la température plus élevée. Comme leur surface est aussi plus faible, la dissipation de la chaleur y sera moins efficace.
Quand le filament fond, un arc électrique ou une étincelle peuvent se produire entre les extrémités voisines du filament. ( ci arc peut se propager aux plots de l’ampoule. Comme il a une très faible résistance, il entraîne un fort afflux de courant, ce qui peut faire disjoncter votre installation électrique.