Invention de l’ampoule électrique

Le principe de l’ampoule électrique consiste à porter un filament conducteur à une température assez élevée pour qu’il devienne lumineux.

  Lampe De Changy

En 1858, monsieur De CHANGY, ingénieur français travaillant en Belgique, construit la première lampe à incandescence avec une baguette de charbon de cornue enfermée dans un œuf de verre. Par la suite, il remplace le charbon par un fil de platine auquel il fait subir une sorte de cémentation par chauffage avec de la poussière de charbon avant de le faire passer à la filière.

A la fin des années 1870, l’anglais Joseph SWAN (1828-1914) met au point une ampoule électrique à incandescence avec filament de coton sans prendre la précaution de déposer un brevet, ce qu’il ne fait qu’en 1880, en Grande-Bretagne uniquement (n°4933). Il est aussi l’inventeur du culot à baïonnette.

  3 lampes présentées à l’exposition internationale d’Electricité de Paris en 1881.

Les premières expériences montrent que le fil de platine fond assez souvent. Thomas EDISON (voir PORTRAITS),  remplace le fil métallique par des fibres de bambou japonais, après avoir testé 6 000 substances végétales qu’il fait chercher dans le monde entier, avec un budget de 40 000 dollars. Ce filament, carbonisé à haute température, est fixé aux extrémités de deux fils de platine soudés dans le verre et formant électrodes. Le tout est enfermé dans une ampoule où l’on fait le vide avec une pompe à mercure. Par la suite le bambou fut remplacé par une pâte de cellulose qu’une filière transformait en filament du diamètre voulu avant de le carboniser en vase clos.

Le comte Théodore Du MONCEL, membre de l’Institut, écrit en 1880 « La réputation que monsieur EDISON  s’est acquise par l’invention du phonographe, a été la cause d’importants désastres financiers, lorsqu’il annonça, il y a quelques mois, qu’il avait résolu définitivement le problème si longtemps cherché de la lumière électrique… Les actions des compagnies de gaz tombèrent dans une proportion énorme… La vérité est que l’invention de monsieur EDISON n’était au début que très peu de chose, elle pourra peut-être acquérir un jour de l’importance ».

  Lampes Edison 

En 1878, EDISON fonde l’Edison Electric Light Co. à New York. L’année suivante, il dépose le brevet de la première lampe électrique à incandescence (avec filaments de carbone) qui reste allumée 45 heures. En 1882, en Angleterre, Thomas EDISON fusionne avec Joseph SWAN pour fonder la société “Edison & Swan United Co” aussi appelée “Ediswan”.

     

Utilisée pour la projection, l’ampoule électrique à incandescence ne rencontre guère de succès malgré une grande facilité d’utilisation en toute sécurité. D’une part à cause de la rareté du réseau électrique à la fin du XIXe siècle ; d’autre part à cause de son faible pouvoir éclairant qui en réserve l’usage au particulier. Le catalogue Radiguet & Massiot propose « à toute personne possédant le courant électrique, un éclairage par lampe à incandescence modèle ordinaire de 16 bougies ou lampes dites “Focus” de 50 à 100 bougies… Ce mode d’éclairage est recommandé toutes les fois qu’on se contentera d’une image de 1m25 à 1m50 au plus ; sorte de lanterne magique pour amuser les enfants et confier au besoin l’instrument à leurs mains inhabiles ».

Lampe à incandescence adaptée sur un ancien brûleur à gaz.

En 1895, le physicien allemand Walther Hermann NERNST dépose le brevet d’une lampe électrique fonctionnant à l’air libre.

Voir : Ampoules à incandescence NERNST

En 1898, Carl AUER VON WELSBACH parvient à remplacer le filament de carbone des lampes électriques par un filament métallique beaucoup plus lumineux et durable. En 1906, il met au point le filament osmium-tungstène.

Pour en savoir plus : http://www.geopedia.fr/eclairage-electrique.htm

Ampoules à incandescence NERNST

Paire de timbres suédois de 1980, représentant les physiciens GUILLAUME et NERNST, prix Nobel de physique en 1920.

A la fin du XIXe siècle, alors que l’éclairage électrique n’en est qu’à ses balbutiements, un physicien allemand âgé de 34 ans, Walther Hermann NERNST (voir PORTRAITS) dépose en 1895 un brevet très innovateur à propos des lampes d‘éclairage.

  Exposition Universelle de 1900 – Source : nernst.de

Lors de l’Exposition Universelle de 1900, qui s’est tenue à Paris, le pavillon A.E.G. était illuminé par 800 lampes NERNST qui « … eurent un gros succès de curiosité près des visiteurs de l’Exposition. Pour allumer la lampe on mettait d’abord le courant puis on chauffait le bâton de magnésie avec une allumette… C’était cependant un non-sens que d’allumer ainsi une lampe électrique ! » Par la suite NERNST met au point un système de préchauffage pour allumer la lampe automatiquement.

  Catalogue Leybold’s Nachfolger – Cologne 1900/1905

Ce nouveau type d’éclairage remplace avantageusement l’ampoule électrique mise au point par EDISON une vingtaine d’années auparavant.

Voir : Invention de l’ampoule électrique

« La différence essentielle entre une lampe EDISON et une lampe NERNST, outre qu’elle est deux fois plus efficace, c’est que le filament de l’une, en charbon, est enfermé dans une ampoule de verre où l’on a fait un vide presque parfait, tandis que l’autre, incombustible, reste exposé à l’air. » Source : Les Projections Lumineuses par René LEBLANC aux Editions Edouard CORNELY à Paris 1904.

Voir : APRES L’ECOLE : revue éditée par la librairie E. CORNELY

Source GV

Le filament de la lampe NERNST, situé sur la partie avant de l’appareil, 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.

Ce filament, incombustible à l’air libre, devient conducteur vers 600°, d’où la nécessité d’équiper le brûleur d’un filament de préchauffage, généralement en platine, qui rend le filament d’éclairage conducteur et d’une vive luminosité au bout d’une minute environ. « Le fonctionnement d’une telle lampe serait instable, car un petit accroissement de courant, augmentant la température du filament, accroîtrait sa conductibilité, d’où nouvel accroissement de courant, et ainsi de suite, jusqu’à destruction de la lampe. » C’est pourquoi toutes les lampes NERNST possèdent deux résistances en fer contenu dans une ou plusieurs petites ampoules pleines d’hydrogène que l’on prend par erreur pour les ampoules d’éclairage (situées à l’arrière de l’appareil sur la vue ci-dessus).

D’après le professeur WEDDING « la durée moyenne d’une lampe NERNST est de 700 heures, mais il faut reconnaître qu’au bout de 300 heures, elle commence à baisser considérablement… Cette durée est très inégale, certaines lampes ne fonctionnant que quelques heures… Les soudures du filament semblent être le point faible. » Ces lampes « ont le grand avantage de se brancher sur la canalisation électrique qui existe dans l’appartement » en 110 ou 220 volts (à préciser à la commande) et ne nécessitent pas de refroidissement car elles ont une puissance de 40 à 60 W.

  Source : nernst.de

En Europe, les lampes sont produites par l’Allemand Elektricitaets-Elektricitaets-Gesellschaft (A.E.G.) situé à Berlin. Aux Etats-Unis, NERNST vend son brevet à George WESTINGHOUSE qui fonde en 1901 la Nernst Lamp Company“ située à Pittsburgh.

      

Il existe plusieurs modèles de lampes NERNST. Les brûleurs de type “borne intensive” à gauche et les lampes de type “ampoule” à droite, qui ressemblent plus à une ampoule électrique classique avec un globe de verre permettant de diffuser la lumière (donc impropre à la projection) et une douille de fixation. Cependant certains prétendent que l’ampoule « placée dans un appareil à projection, donne des résultats merveilleux comme puissance et comme fixité lumineuse » peut-être si le verre n’est pas dépoli.

     

Vers 1910 on voit apparaître dans certains magazines français des publicités pour la lampe NERNST provenant de la Société Française d’Electricité A.E.G. ou d’autres fabricants français qui reprennent cette invention et développent leur propre système d’éclairage, parmi eux ELGE (Léon GAUMONT), Radiguet & Massiot, Mazo, La Bonne Presse, etc.

           

Il existait de nombreuses bornes NERNST allant de 1 à 4 ampères avec un pouvoir éclairant de 150 à 1400 bougies.

  Fonctionnement de la lampe borne tel qu’il est décrit dans le catalogue de la Bonne Presse de 1908.

     

Les lampes NERNST rencontrèrent un certain succès, jusqu‘à l’avènement de la première Guerre Mondiale. Ensuite le filament en tungstène se montra plus efficace et plus stable.

Pour en savoir plus : http://www.nernst.de/

Les lampes à arc électrique L. KORSTEN

Le réseau électrique se développant, de nombreux amateurs trouvent cette énergie bien plus pratique que le pétrole, le gaz ou la lumière oxhydrique pour alimenter leur lanterne de projection. Encore faut-il disposer d’un appareil d’éclairage suffisamment puissant et simple à utiliser pour obtenir une image satisfaisante sur l’écran.

En 1904 Lucien KORSTEN (voir PORTRAITS) construit un modèle simplifié de lampe à arc et rhéostat destiné à être utilisé dans des petites lanternes de projection.

   

L’arc électrique “Lukor” s’utilise facilement et ne nécessite aucun entretien. Il est très économique et son débit ne dépasse pas 3 ampères pour une intensité lumineuse de 200 bougies. Le rhéostat régulateur qui l’accompagne se branche directement sur le réseau électrique. Il est muni d’un curseur « que l’on déplace sur son guide jusqu’à ce que l’on obtienne un arc électrique satisfaisant entre les pointes des charbons. Toutes les cinq minutes environ il est nécessaire d’ajuster le réglage des charbons sans modifier la position du curseur sur le rhéostat qui est faite une fois pour toute ». Il existe différents modèles de rhéostats pour courant de 110, 120 et 220 volts et pour des lampes allant jusqu’à 15 ampères.

 

En 1905, le journal “La Science Illustrée”, dirigé par Louis FIGUIER, publie dans ses nouveautés un modèle d’arc électrique construit par L. KORSTEN. « Ses différentes commandes ont été groupées à l’arrière et complètement isolées du circuit électrique ». Le bouton du bas sert au déplacement de la colonne, celui du milieu permet le réglage vertical, quant à celui du haut, il règle l’écartement des charbons qui peuvent aller de 7 à 20 mm. L’ensemble est monté sur un lourd pied en fonte.

En 1908, L. KORSTEN dépose un brevet pour « une lampe à air électrique à ciseaux se réglant automatiquement au moyen d’un contrepoids à levier variable combiné avec un frein excentrique à coincement ». Le contrepoids tend à rapprocher les charbons tandis qu’un électro-aimant, dont l’action est opposée, les écarte aussitôt que le courant passe. Cette lampe à arc « automatique et indéréglable » peut fonctionner avec différentes intensités de courant alternatif ou continu.

En 1911 la revue “La Nature” présente une nouvelle lampe électrique pour projection fabriquée par M. KORSTEN. Celle-ci est très puissance (2000 watts) et a la particularité d’avoir des charbons perpendiculaires l’un à l’autre, ce qui optimise le point lumineux. Un système de crémaillère permet de déplacer toute la lampe en hauteur ou latéralement.

Un système de débrayage très ingénieux permet de régler avec un seul bouton la position relative des deux charbons. Dans la position d’embrayage on peut les rapprocher ou les éloigner l’un de l’autre de manière égale ; en position de débrayage, on agit uniquement sur le charbon inférieur en le faisant monter ou descendre. Ce système permet un centrage facile et parfait du point lumineux.

Voir : Les projecteurs L. KORSTEN

Bougies de suif ou stéarique

« Durant des siècles, la noblesse et le clergé s’éclairaient avec des cierges en cire d’abeille, laissant au peuple l’éclairage au suif. »

Le suif provient de la graisse d’animaux, principalement le mouton et le bœuf. Cette graisse est fondue dans des chaudières puis soutirée et filtrée dans des paniers en osier dans lesquels on laisse la matière refroidir.

Pour fabriquer les chandelles, le suif est fondu dans des moules en étain dont l’axe est muni d’une mèche en coton. Celle ci est composée de deux fils de coton et d’un fil de chanvre torsadés.

En brûlant, la chandelle en suif répand une mauvaise odeur et de la fumée, de plus le suif coule très facilement et tache les objets qu’il touche. La mèche ne se consume pas entièrement, elle charbonne, ce qui diminue l’éclat de la flamme, il faut donc la couper régulièrement avec des mouchettes.

Bougie “La Française”*

La bougie, inventée par Eugène CHEVREUL (1786-1889) en 1825, est fabriquée avec une matière blanche, appelée stéarine, que l’on extrait des matières grasses, principalement du suif. Une opération chimique permet de débarrasser le suif du composé liquide qu’il renferme, l’acide oléique, auquel celui-ci doit tous ses inconvénients : extrême fusibilité, mollesse et mauvaise odeur.

Monsieur CAMBACERES (1753-1824) en améliore la combustion en fabriquant une mèche nattée de trois fils de coton à la place des mèches d’étoupe ou de chanvre tressée et monsieur de MILLY imagine d’imprégner celle-ci d’acide borique, ce qui rend inutile l’opération du mouchage. C’est à ce dernier que l’on doit la production manufacturière – industrielle dirait-on aujourd’hui – de la bougie stéarique, qu’il débute en 1831 avant de la propager dans toute l’Europe.

La fabrication se fait dans des moules munis chacun d’une mèche, qui sont placés sous une cuve dans laquelle on chauffe la stéarine. Après refroidissement on démoule les bougies qui sont jaunâtres puis elles sont blanchies par simple exposition à l’air.

L’avantage de cette bougie, c’est qu’elle n’a pas d’odeur et ne fume pas. Sa mèche se consume entièrement ce qui permet d’avoir une flamme plus lumineuse.

Voir : La bougie dans les lanternes magiques

 

*  La société DENIS, située à Cugand (85), fabrique la bougie “La Française” depuis 1902. En 1989, le groupe Devineau rachète la société DENIS S.A. et choisi la marque historique “Bougies la Française” comme raison sociale.

La bougie dans les lanternes magiques

Les chandelles utilisant des matières naturelles (suif d’animal ou cire d’abeilles) furent progressivement remplacées par des bougies stéariques inventées en 1825 par Eugène CHEVREUL (1786-1889).

Voir : Bougies de suif ou stéarique

Fantôme dans un nuage de fumée de Johann Georg KRÜNITZ (1728-1796) « Oekonomisch Technologische Encyklopädie” 1794

Le nom bien connu de “Bougie de l’Etoile”, par lequel on désigna longtemps toutes les bougies stéariques, provenait de l’emplacement de la première usine de monsieur de MILLY, près de la barrière de l’Etoile, à Paris.

Les bougies stéariques donnaient une lumière plus belle que celle des chandelles, sans répandre de mauvaises odeurs en brûlant. Elles furent utilisées dans les premières lanternes magiques mais elles procuraient une lumière blafarde et irrégulière qui donnait aux images une impression irréelle accentuée par le léger tremblement de la flamme. Diverses astuces permettaient d’en améliorer la combustion.

Introduction à l’éclairage dans les projections lumineuses

Ce qui retarda longtemps les progrès de la projection lumineuse, ce fut la difficulté de produire une source lumineuse à la fois très vive et de petit volume. Le père KIRCHER, par exemple, se servait de la primitive lampe à huile composée d’une mèche en coton trempant dans un godet plein d’huile (voir : Athanasius KIRCHER et la lanterne magique). Il avait cherché à en augmenter son pouvoir lumineux en mettant un réflecteur à l’arrière et un condensateur à l’avant mais le pouvoir éclairant restait relativement faible.

« L’éclairage est la question fondamentale de l’art des projections. Avoir une lumière vive, intense, du plus petit volume possible, ne donnant pas lieu à un trop fort dégagement de chaleur, facilement maniable ; voilà les conditions exigées et que la pratique réunit difficilement ». H. FOURTIER – Editions Laverne 1889.

Cette évolution peut se répartir en cinq grandes familles : L’éclairage naturel donné par la clarté plus ou moins forte du SOLEIL ; L’éclairage par combustion de matières SOLIDES : résine, suif, cire, magnésium, etc ; l’éclairage par combustion de LIQUIDES : huiles végétales et minérales, alcool, essence, etc ; l’éclairage par combustion de GAZ, éther, oxygène, acétylène, seul ou composé ; et enfin l’éclairage ELECTRIQUE, arc électrique ou ampoule à incandescence ou à décharge.

Voir : Invention de l’ampoule électrique  – Ampoules à incandescence NERNST

Vers 1900, le catalogue Radiguet & Massiot, projections Molteni, édite un catalogue de 62 pages uniquement consacré aux différents systèmes d ‘éclairage existant à l’époque.

« Entre la lumière de l’arc électrique et celle de la bougie, il y a une place pour une infinité de degrés » G.-M. COISSAC, rédacteur en chef du “Fascinateur” et directeur du service des projections de la Maison de la Bonne Presse au début du XXe siècle. « Néanmoins, les lumières faibles, comme celles de la bougie et de la lampe à huile, sont tout à fait insuffisantes pour les projections, et l’on n’emploie plus aujourd’hui de lumière artificielle inférieure comme intensité à celle du pétrole ».

Lampes à arc électrique Pathé

Dans les années 1920, “Pathé Consortium Cinéma”, fabrique et commercialise des appareils de projection cinématographique et tous les accessoires qui vont avec, dont ces lampes à arc électrique de forte puissance.

Voir : Charles PATHE et les lanternes de projection

Modèle standard

Ces lampes étaient équipées de nombreuses vis de rappel situées sur l’arrière des appareils afin de régler l’emplacement de l’arc électrique et l’écartement des charbons au fur et à mesure de leur usure.

Modèle standard à ciseaux grand modèle (90 ampères) et petit modèle (45 ampères)

Modèle “anglais” avec charbons verticaux

Lampe à alcool SOL de l’ingénieur DILLEMANN

Lampe Sol A

Le 9 juillet 1902, l’ingénieur Paul Albert DILLEMANN (voir PORTRAITS) dépose un brevet (n°323.872) pour « une lampe à incandescence à l’alcool pour projections ». Elle est composée d’un brûleur Bunsen avec bac vaporisateur alimenté par gravité avec de l’alcool dénaturé provenant d’un réservoir placé en hauteur et à une distance suffisamment éloignée du brûleur pour éviter tout danger, car le réservoir reste froid en permanence.

Cette lampe à incandescence par l’alcool offre « le plus fort pouvoir éclairant » du moment. Elle consomme 33 grammes environ par heure pour une intensité lumineuse de 100 bougies. L’appareil obtient diverses récompenses dont une médaille d’argent à Conegliano-Venise en 1902 et une médaille d’or à Reims en 1903. Il est entièrement construit en cuivre jaune, nickelé pour certaines pièces, le vaporisateur est en cuivre rouge serti et le socle est en fonte moulée avec l’empreinte du brevet Dillemann.

Le fonctionnement de la lampe Sol est très simple, il suffit d’ouvrir le robinet S pour que l’alcool contenu dans le réservoir surélevé R s’écoule par le tube en caoutchouc C dans le compartiment métallique E où il est transformé en vapeur par la chaleur d’une veilleuse V. Un tube rigide F amène ensuite le gaz dans le brûleur B surmonté d’un manchon Auer M.

En élevant le réservoir R le long de la tige rigide T, l’alcool arrive au brûleur avec « une vaporisation plus active », ce qui permet d’accroitre l’intensité lumineuse. Par contre si l’on n’attends pas, pour élever le récipient, que les vapeurs d’alcool se forment en E, un jet d’alcool pourrait jaillir du brûleur Bunsen et s’enflammer au contact de la veilleuse.

  Document GV        

Le 20 avril 1903, DILLEMANN dépose un nouveau brevet (n°331.350) pour une « Lampe à incandescence ». Celle-ci permet, avec une pression relativement faible, d’obtenir une intensité lumineuse très grande et constante pendant toute la durée de l’éclairage. Le compartiment E disparaît au profit d’un tube rigide “vaporisateur” qui passe au dessus du manchon pour faciliter l’évaporation et simplifier le fonctionnement. La veilleuse V disparaît aussi, elle est remplacée par un accessoire mobile qui se fixe sur le brûleur pour démarrer la vaporisation et la combustion.

Ce procédé peut être appliqué à des lampes utilisées pour la projection (Sol) ou pour l’éclairage domestique (Lux-Sol).

    

Cette lampe Sol B est parfaitement adaptée aux lanternes courantes, ainsi qu’à la nouvelle lanterne de projection brevetée par DILLEMANN en 1906.

Voir : Lanterne “Tournesol” de l’ingénieur DILLEMANN

  Au recto : lampe Sol B et lanterne TaxiSol – Au verso : écran et lampe domestique Lux-Sol

Les appareils fabriqués par DILLEMANN sont distribués par E. BRINKMAN, situé tout d’abord au 132 faubourg saint Denis puis au 40 rue Louis Blanc à Paris Xe.

Eclairages DUBOSCQ PELLIN

Ci-dessus, régulateur à arc électrique Foucault-Duboscq. Sur la gravure on voit qu’il est alimenté par une série de piles électriques, car il n’existait pas de réseau de distribution à l’époque.

Ci-dessus chalumeau oxhydrique Duboscq-Pellin. Les deux tubes en Y renversé permettent l’arrivée d’oxygène et d’hydrogène nécessaire à l’alimentation du chalumeau.

Ces deux systèmes d’éclairage, placés dans la lanterne de projection, donnaient une lumière très vive permettant la projection de petits documents sur une grande surface.

Voir : Le siège de Paris en 1870