Les ampoules à incandescence ne sont pas les ampoules les plus économes en énergie, mais ce sont les originales, et pendant la majeure partie du 20e siècle, elles étaient les seules disponibles dans le commerce. Les ampoules à incandescence produisent de la lumière par chauffage résistif d'un filament enfermé dans un récipient en verre sans oxygène. Avant que Thomas Edison ne produise la première ampoule commercialement viable, d'autres personnes travaillaient sur la conception depuis plus de 40 ans et le développement s'est poursuivi tout au long du début du 20e siècle.
La première ampoule
Bien que le nom de Thomas Edison soit devenu presque synonyme de l'invention de l'ampoule, il n'a pas été le premier à en développer une. Le chimiste et inventeur britannique Humphry Davy a été la première personne à connecter des fils à une batterie et à faire briller un filament. En 1841, Frederick de Moleyns fabriqua la première ampoule en insérant un filament de platine dans un tube de verre sous vide et en faisant passer de l'électricité à travers le filament. Edison et l'Anglais Joseph Swan produisaient simultanément des ampoules qui duraient plus de quelques minutes. L'ampoule d'Edison a eu plus de succès car il a créé un vide complet à l'intérieur de l'ampoule et il a utilisé un meilleur filament.
Le filament est la chose
Edison a essayé de nombreux matériaux avant de se décider à utiliser un brin de bambou carbonisé pour un filament. Il a collé le brin aux bornes électriques avec de la pâte de carbone. Swan, quant à lui, fabriquait ses filaments à partir de carton bristol, qui est du papier carbonisé. Cela n'a duré que quelques heures, tandis que les filaments d'Edison ont duré 600 heures ou plus. Les filaments métalliques ont été introduits en 1902, et le tantale était le matériau de choix jusqu'à ce que William D. Coolidge a découvert comment fabriquer du tungstène ductile en 1908. Les fils de tungstène enroulés ont rendu les ampoules plus lumineuses que jamais, et ils continuent d'être la norme pour les filaments d'ampoules à incandescence.
À l'intérieur du récipient en verre
Le filament brûle dans un environnement riche en oxygène, il est donc important d'éliminer ce gaz de l'intérieur de l'ampoule. De Moleyns et Swan ont réussi à créer des vides partiels, mais Edison a créé un véritable vide en chauffant l'ampoule avant de pomper l'air. Le maintien d'un vide dans l'ampoule la rend cependant fragile. Cinq ans avant qu'Edison ne fabrique sa première ampoule longue durée, les Canadiens Henry Woodward et Matthew Evans avaient breveté des ampoules remplies d'azote. Irving Langmuir, un ingénieur travaillant pour General Electric, a introduit l'idée de remplir les ampoules avec un mélange d'argon et d'azote en 1908. Ces gaz égalisent la pression de vapeur à l'intérieur et à l'extérieur de l'ampoule, et l'argon empêche le filament de tungstène de s'user. Les ampoules modernes contiennent principalement de l'argon.
Autres caractéristiques importantes
La première ampoule fabriquée par Edison avait une paire de bornes à la base, mais il a ensuite développé la vis Edison, qui est la base à vis familière des ampoules modernes. Le frère de Joseph Swan, Alfred, a introduit le matériau d'isolation en verre qui recouvre l'intérieur de cette base à vis en 1887. Outre l'introduction de l'idée de remplir les ampoules de gaz inertes, Langmuir a également développé le serpentin filament, et Toshiba Corporation a amélioré sa conception en introduisant le filament double enroulé dans 1921. En enduisant le verre à l'intérieur de l'ampoule de poudre de silice blanche pour diffuser la lumière, Marvin Pipkin a créé l'ampoule à incandescence « soft light » en 1947.