Fonctionnement d’une ampoule ancienne NERNST

Posté par Patrice Guerin le 18 avril 2014

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En 1897, le physicien allemand Walter Hermann NERNST (voir PORTRAITS) dépose le brevet d’une ampoule électrique qui concurrence directement celle mise au point par Thomas EDISON (voir PORTRAITS) quelques années auparavant « comparée aux lampes à incandescence ordinaires, la lampe NERNST réalise une économie de courant de 50% ». En France, cette lampe est commercialisée par la Société française d’Electricité.

Voir : Ampoules à incandescence NERNST

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L’ampoule NERNST se compose des éléments suivants.

1 – Un culot creux en porcelaine avec deux plots, l’un positif, l’autre négatif et des broches latérales de fixation. Il existe aussi un culot à vis.

2 – Un électro-aimant permettant de couper le circuit de préchauffage lorsque le ou les filaments deviennent incandescents.

3 – Une série de résistances en fer contenue dans une ampoule en verre équipée de contacts latéraux, afin de stabiliser l’alimentation.

4 – Un “brûleur” en porcelaine supportant une résistance de préchauffage en platine et un ou plusieurs filaments en céramique constitués par un mélange d’oxydes réfractaires (terres rares principalement).

5 – Une ampoule en verre transparent, dépoli ou opaline, montée sur un support métallique ajouré, destinée à protéger le brûleur pour les usages domestiques.

La particularité de la lampe à incandescence NERNST est qu’elle fonctionne à l’air libre. Elle peut être utilisée sur tous les courants « entre 90 et 260 volts », mais il convient de préciser s’il s’agit de courant continu ou alternatif.

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Son élément principal est le “brûleur” « qui constitue la lampe proprement dite, fonctionne et se remplace comme une lampe à incandescence ordinaire, sans qu’il soit nécessaire de changer les autres parties de la lampe ». Il est composé d’un petit tube creux de 1mm de diamètre et de 10 à 12mm de longueur pour le modèle B et de 2mm de diamètre et de 30 à 40mm de long pour le modèle A. « Les petites lampes (mod. B) s’adaptent sur les douilles des lampes à incandescence ordinaires à baïonnette ou à vis. Les grandes lampes (mod. A) se montent comme des lampes à arc. »

Nernst 46Brûleur d’une lampe NERNST avec un seul filament

Le filament de la lampe NERNST, situé sur la partie avant du brûleur, est composé :
-       soit de 80% d’oxyde de Zirconium, 10% d’oxyde d’Erbium et 10% d’oxyde d’Yttrium ;
-       soit 70% d’oxyde de Thorium, 10% d’oxyde de Zirconium et 20% d’oxyde d’Yttrium ;
-       soit 80% d’oxyde de Thorium, 0,5% d’oxyde de Cerium et 19,5% d’oxyde d’Yttrium.

A froid ce filament n’est pas conducteur, il est donc nécessaire de le chauffer entre 300°C et 600°C durant 30 à 60 secondes, à l’aide de la résistance en serpentin placé dessous, pour le rendre conducteur puis rapidement incandescent. « Le filament NERNST est assez fragile. Toute tension mécanique doit être évitée, tant au niveau du support en mica que des liaisons électriques. Les chocs thermiques sont aussi nuisibles. Sa durée de vie est généralement de quelques centaines d’heures, puis il finit par se courber et se rompre. »

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Lorsque l’on branche l’ampoule sur le réseau électrique, le courant passe d’abord dans une spirale en platine (A), recouverte d’un enduit spécial, afin d’échauffer le filament (F) composé d’un alliage de terre rares. Au bout d’une minute environ, ce filament devient incandescent. L’électro-aimant (E) placé dans le circuit, coupe alors la résistance qui n’est plus utile. Pour stabiliser le fonctionnement, des résistances en fer (R) contenues dans une ampoule étanche remplie d’oxygène, permettent de compenser l’échauffement du filament et donc sa conductibilité.

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Cette lampe à incandescence a été principalement utilisée durant une quinzaine d’années, entre 1900 et 1914. « La lampe NERNST, traversée par un courant d’un demi ampère sous 110 volts a un pouvoir éclairant de 32 bougies seulement, mais placée dans un appareil de projection, elle donne des résultats merveilleux comme puissance et comme fixité lumineuse. Deux autres lampes NERNST, dites intensives, donnent l’une 70 bougies avec un ampère et l’autre 150 bougies avec deux ampères, sous 110 volts également. Elles peuvent être disposées aussi dans les appareils ordinaires de projections… Cependant, si la lanterne est de petites dimensions, il est difficile d’y agencer la lampe NERNST pour l’éclairage domestique ; c’est pourquoi nous conseillons plus spécialement l’emploi du dispositif désigné sous le nom de “lampe borne”. » Source : “Les Projections Lumineuses” par René Leblanc – Editions Edouard Cornély et Cie Paris 1904

Voir : Les lampes bornes NERNST pour la projection

 

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