Comme son nom l'indique, il s'agit d'un phénomène d'incandescence.
Un filament conducteur est porté à haute température (2850 à 3100K, selon le type de lampe) par le passage d'un courant électrique. Comme tout corps chauffé, le filament émet alors de la lumière.
Pour une lampe nue, la lumière produite dépend essentiellement de la température du filament. Plus elle sera élevée, plus la lumière sera blanche.
Une lampe à incandescence est donc constitué d'une ampoule en verre contenant un gaz de remplissage ou un vide poussé (si une ampoule était remplie d'air, le filament s'oxyderait). Le filament relié aux connections électriques est relié en tungstène, un matériau très réfractaire dont la température de fusion est de 3422°C.
Toutes les lampes comportent également un fusible dont la fonction est d'assurer la protection du réseau électrique lors du "claquage" de la lampe.
Ces lampes restent fréquemment utilisées, du fait de leur faible coût et de leur facilité d'utilisation. En plus, on peut fabriquer de telles lampes pour toutes les tensions, et pour une grande étendue de puissance.
Lors de son utilisation, le filament de tungstène se sublime, son diamètre diminue progressivement, il apparaît des zones plus minces que le reste. Dans ces zones, la résistance est plus importante ($R = \rho \frac{l}{S}$) et le phénomène de sublimation s'amplifie. Le filament s'amincit jusqu'à la rupture, qui a souvent lieu lors de l'allumage de la lampe.
Le tungstène, comme tous les métaux, a une résistance plus faible à froid qu'à chaud. La résistivité électrique du Tungstène croît très fortement avec la température : la résistance d'un filament est environ 15 fois plus forte à régime normal (T=2800K) qu'à température ambiante.
D'où, une surintensité électrique violente au démarrage dans le cas d'une alimentation à tension constante. Les zones les plus minces sont portées à des températures plus élevées, les zones fragilisées peuvent se rompre. Il en résulte des claquages des lampes à l'allumage, et un vieillissement plus rapide dans les cas d'arrêts-marches fréquents.
Plus la température de fonctionnement est élevée, plus l'évaporation (sublimation) du filament est importante, ce qui a pour conséquence :
Les principaux types de lampes à filaments de tungstène sont :
Fonctionnement à assez basse température (2470 K), durée de vie moyenne d'environ 1000 heures, principalement par l'évaporation du Tungstène et son dépôt sur la paroi du verre.
L'inconvénient des lampes à tungstène sous vide est la faiblesse de leur température de couleur, d'où leur aspect jaunâtre et leur pauvreté dans le bleu et le violet par rapport au rouge.
La présence d'un gaz inerte dans l'ampoule permet de réduire la vitesse d'évaporation du tungstène, tout en augmentant les pertes thermiques par convection.
Il a été montré qu'il se forme autour du filament une gaine gazeuse très chaude dans laquelle se produit la plus grande partie des pertes calorifiques. Son épaisseur est de l'ordre d'un millimètre.
Pour réduire au minimum le rapport entre les pertes calorifiques et la puissance de la lampe, il faut une grande longueur de filament et une gaine gazeuse la plus courte possible. Pour cela, on utilise des filaments spiralés.
Les gaz inertes les plus souvent utilisés sont :
Pour une même durée de vie (1000h), la réduction de l'évaporation du tungstène permet d'augmenter la température de fonctionnement de 300K environ, donc d'augmenter son rendement lumineux.
La durée de vie des lampes à vide ou à atmosphère est déterminée à la fois par l'évaporation du tungstène, mais aussi par la rupture du filament.
Le tréfilage du tungstène (opération qui consiste à obtenir un filament de diamètre voulu par passage successifs dans des trous de diamètre de plus en plus petits) est difficile à cause de la dureté même du métal.
Il résulte très souvent de petites irrégularités dans le diamètre qui provoquent, lorsque la lampe fonctionne, une surchauffe locale aux endroits où la section droite est la plus faible. Cette surchauffe provoque une vitesse d'évaporation supérieure du tungstène aux endroits les plus minces du filament, ce qui abrège la vie normale d'une lampe.
L'introduction d'un halogène (chlore, brome, iode) dans l'ampoule a pour but de lutter contre ce phénomène. En effet, grâce à l'halogène, le tungstène évaporé se redépose sur les points les plus fins du filament.
La durée de vie de la lampe n'est donc plus limitée par l'évaporation du filament, mais par les faiblesses mécaniques provenant de la cristallisation du filament.
Le gaz le plus fréquemment utilisé est le diiode, et il faut :
Pour conclure, le cycle des halogènes permet :
Dans le cas de la lampe à vide, il y a le rayonnement, et de la conduction au niveau des fils conducteurs.
Dans le cas de la lampe à atmosphère et à halogène, il y a en plus la convection.
D'après la loi des gaz parfaits, $PV = nRT$. Donc, pendant le fonctionnement de la lampe, la pression intérieure augmente, du fait de l'élévation de température.
Pour éviter que l'ampoule n'explose :