Les lampes halogènes

Constitution
Une lampe halogène est tout simplement une lampe à incandescence remplie d'un gaz diatomique appartenant à la famille des halogènes ou à un de leur dérivés. Différents gaz sont donc employés, parmi ceux-ci, on trouve,

Le diode de formule chimique I2.
Le bromure de méthyle de formule chimique CH3Br.
Le dibromure de méthylène de formule chimique CH2Br2.

En dehors des gaz de remplissage, la lampe halogène est adaptée aux nouvelles conditions de fonctionnement, en particulier, l'ampoule est réalisée dans un matériau plus résistant aux hautes températures. Il peut s'agir de quartz ( silice pure de formule chimique SiO2 )ou de verres spéciaux comme le Vycor ( verre composé à 96% de silice ).
On entend souvent dire qu'il faut éviter de toucher une lampe halogène avec les doigts ( dans le cas où elle est éteinte bien entendu...). Il y a deux bonnes raisons à cela,

Les matières organiques comme les graisses présentes à la suface de la peau réagissent à chaud et produisent entre autres du graphite ( carbone ) qui ternit la lampe et diminue son efficacité lumineuse.
Les matières minérales alcalines comme le sel présent sur l'épiderme ( chlorure de sodium NaCl ) ont la propriété de réagir à haute température avec le quartz en le fragilisant. cela peut conduire à une rupture de l'ampoule, qui peut être quelquefois très spectaculaire voir dangereuse.

Fonctionnement
Une lampe halogène fonctionne de la même manière qu'une lampe à incandescence classique, en outre un mécanisme supplémentaire, le "cycle halogène" intervient de manière à améliorer les performances.

Les lampes halogènes et les ultraviolets

Les lampes halogènes fonctionnent à des températures plus élevées que les lampes classiques, si cela améliore leur efficacité et produit une lumière plus proche de celle du soleil, la production de rayonnement ultraviolet est elle aussi en hausse.
Le shéma ci-dessus représente l'intensité lumineuse relative pour deux lampes identiques fonctionnant à des températures différentes.
On remarque qu'à 3200° Kelvin ( 2927°C ) la production d'ultraviolet est relativement importante.
Or les ampoules en quartz des lampes halogènes n'absorbent pas les Ultraviolets (UV ), pour cette raison, on place généralement devant la lampe une fenêtre en matière plastique transparente ou en verre dont la fonction est d'absorber ces radiations nocives.

Le cycle halogène est à l'origine des performances des lampes halogènes, il permet une durée de vie plus longue, une température de fonctionnement plus longue donc une lumière plus blanche et une efficacité supérieure tout en évitant le ternissement du verre de l'ampoule. Le principe du cycle halogène est connu depuis près d'un siècle, cependant, il n'a réellement été mis en pratique dans la technologie des lampes qu'à la fin des années 1950.
Les ampoules sont remplies en partie d'un gaz halogène. les halogènes constituent une famille d'éléments chimiques comprenant le fluor, le chlore, le brome, l'iode et l'astate. Typiquement, ce type de lampe utilise du diiode ( gaz de formule chimique I2 ) ou un dérivé bromé ( bromure de méthyle ).
Le cycle halogène a pour but de limiter la "sublimation" du tungstène constituant le filament et son dépôt sur le verre de l'ampoule. Le cycle peut se décomposer en trois étapes.

Etape 1
Les molécules de dihalogène sont présentes à l'intérieur de l'ampoule et côtoient des atomes de tungstène provenant du filament.
Etape 2
A bonne distance du filamanent, là ou la température est la plus faible, un atome de tungstène peut se combiner à plusieurs molécules de dihalogène de manière à former une molécule de plus grande taille.
Etape 3
Lorsque cette molécule est soumise à une température élevée, à proximité du filament, elle se décompose en molécules de diahalogène et en un atome de tugnstène qui va se redéposer sur le filament.Les molécules de dihalogène peuvent à nouveau rencontrer un atome de tungstène de manière à recommencer un nouveau cycle.

Chimiquement, le cycle halogène peut se traduire par l'équation bilan suivante,

Où W est un atome de tungstène, X un atome d'halogène.

De manière à favoriser le cycle halogène, il est préférable que le verre de l'ampoule soit très chaud ( environ 250-350°C ), il est donc indispensable d'utiliser des matériaux particuliers comme le quartz ou Vycor de manière à résister à ces températures.

Au vu de ces quelques données, il semble donc qu'un filament puisse durer indéfiniment, en réalité plusieurs phénomènes interviennent, limitant la durée de vie du filament,

Dépôt du tungstène

Le tugnstène a une fâcheuse tendance à se redéposer en un point différent de celui d'où il vient.
Il apparaît donc une série de points fragiles sur le filament, ces points sont autant de zones de rupture potentielles. Plus ces zones sont fragilisées, plus leur résistance électrique est importante, plus elles sont chaudes et moins elles sont aptes à recevoir le dépôt de tugnstène. La fragilisation est donc accélérée en fin de vie du filament.
Attaque des parties froides
Le filament possède des zones froides, notamment au niveau des connections électriques. Les molécules de dihalogène ont tendance à réagir avec le tungstène en ces endroits, favorisant leur fragilisation. Aucune solution à ce problème n'a été trouvée à ce jour.