Il existe deux types principaux de lampes: les lampes à filament (ou lampes à incandescence) et les lampes à décharge. Les constituants de base de ces deux types de lampes sont le verre, divers éléments en fil métallique, un gaz de remplissage et généralement un culot. Suivant les fabricants, ces éléments sont réalisés dans l’entreprise ou fournis par une entreprise extérieure. La plupart des fabricants de lampes produisent eux-mêmes les ampoules de verre, mais peuvent acheter d’autres composants auprès de fabricants spécialisés ou d’autres fabricants de lampes.

Selon le type de lampe, différentes variétés de verre sont employées. Les lampes à incandescence et les lampes fluorescentes utilisent généralement un verre sodo-calcique. Les lampes fonctionnant à une température supérieure utilisent un verre au borosilicate, tandis que les lampes à décharge à haute pression ont des tubes faits de quartz ou de céramique et une enveloppe extérieure en verre au borosilicate. Les extrémités des ampoules sont généralement scellées avec du verre au plomb (environ 20 à 30% de plomb).

Les fils servant de supports ou de connecteurs dans la construction des lampes sont réalisés en divers matériaux, comme l’acier, le nickel, le cuivre, le magnésium ou le fer, tandis que les filaments sont en tungstène ou en alliage tungstène-thorium. Il est indispensable que les fils supports soient adaptés aux caractéristiques de dilatation du verre à l’emplacement où ils traversent celui-ci pour conduire le courant électrique dans la lampe. On emploie fréquemment des fils composites pour cet usage.

Les culots sont généralement réalisés en laiton ou en alumi-nium, le laiton convenant mieux aux applications à l’extérieur.

Les lampes à incandescence sont le plus ancien type de lampe encore fabriqué de nos jours. Elles sont appelées ainsi parce qu’elles produisent leur lumière grâce à un filament métallique porté à une température suffisante pour qu’il devienne incandescent. Bien qu’il soit possible de fabriquer des lampes en employant pratiquement n’importe quel matériau comme filament (les premières lampes utilisaient du carbone), la plupart des lampes actuelles comportent un filament de tungstène.

Lampes au tungstène . La version domestique courante de ces lampes se compose d’une ampoule de verre renfermant un filament de tungstène. Le courant est amené au filament par deux fils qui supportent ce filament et qui traversent le pied de verre fixé à l’ampoule. Ces fils sont ensuite reliés au culot métallique, l’un étant soudé à l’œilleton central de celui-ci, et l’autre au filetage extérieur. Les fils supports ont une composition spéciale qui leur confère les mêmes caractéristiques de dilatation que le verre pour éviter les fuites lorsque la lampe chauffe en fonctionnement. L’ampoule est généralement en verre calcique et le pied en verre au plomb. Le dioxyde de soufre entre fréquemment dans la fabrication du pied; il sert de lubrifiant lors du montage à cadence rapide des lampes. Selon le type de lampe, l’ampoule peut être sous vide ou remplie d’un gaz inerte comme l’argon.

Les lampes de ce type ont des ampoules de verre transparent, dépoli ou recouvert de divers matériaux. Les ampoules dépolies et celles recouvertes d’un matériau blanc (souvent à base d’argile ou de silice amorphe) réduisent l’éblouissement par rapport aux ampoules transparentes. On trouve également différents revêtements décoratifs, comme des céramiques et des laques colorées à la surface extérieure de l’ampoule, ou des couleurs (jaune ou rose, par exemple) à la surface intérieure.

Bien que la forme classique à usage domestique soit la plus répandue, les ampoules des lampes à incandescence peuvent être réalisées en différentes formes (tube, globe ou à réflecteur) et en différentes tailles et puissances, depuis la lampe miniature jusqu’aux grosses lampes de scène ou de studio.

Lampes tungstène-halogène . Les lampes standards à filament de tungstène ont comme inconvénient que le tungstène s’évapore pendant l’utilisation et qu’il se condense sur la paroi de verre plus froide, ce qui assombrit celle-ci et réduit l’émission de lumière. Pour y remédier, on ajoute au gaz de remplissage un halogène comme le bromure d’hydrogène ou de méthyle. L’halogène réagit avec le tungstène et l’empêche de se condenser sur la paroi du verre. Lorsque la lampe se refroidit, le tungstène se redépose sur le filament. Etant donné que les conditions optimales de cette réaction exigent des pressions élevées, le gaz des lampes tungstène-halogène est généralement sous une pression de plusieurs atmosphères. L’halogène est normalement ajouté en tant que constituant du gaz de remplissage, en général à des concentrations de 2% ou moins.

Les lampes tungstène-halogène peuvent également avoir des ampoules de quartz en lieu et place du verre. Les ampoules de quartz supportent des pressions plus élevées que les ampoules de verre. Elles peuvent cependant présenter un risque, dans la mesure où le quartz laisse passer des ultraviolets. Bien que le filament de tungstène produise relativement peu d’ultraviolets, une exposition prolongée à faible distance peut causer des rougeurs cutanées et une irritation des yeux. Une enveloppe de verre permet de réduire considérablement la quantité d’ultraviolets; elle assure également une bonne protection contre les débris de quartz très chauds si la lampe venait à se briser en cours de fonctionnement.

Dans la production des lampes, quel que soit leur type, les principaux risques sont ceux liés aux équipements automatisés, ainsi qu’à la manutention des ampoules et des lampes de verre et d’autres matériaux. Les causes d’accidents les plus fréquentes sont le contact avec des fragments de verre, qui peut occasionner des coupures, et avec des machines et installations en fonctionnement. Les problèmes liés à la manutention, comme les mouvements répétitifs ou les lésions dorsales, devraient aussi recevoir une attention particulière.

Des brasures au plomb sont fréquemment effectuées sur des lampes. Pour les lampes destinées aux applications à haute température, des brasures contenant du cadmium sont parfois employées. Dans les opérations d’assemblage automatisées, l’exposition à ces deux types de brasures est minime. Lorsque le brasage est effectué à la main (lors de réparations ou d’opérations semi-automatisées, par exemple), les expositions au plomb ou au cadmium devraient être contrôlées.

Les risques d’exposition aux substances dangereuses au cours de la fabrication des lampes ont diminué de façon régulière depuis le milieu du XXe siècle. Un procédé largement utilisé par le passé pour les lampes à incandescence consistait en une attaque par l’acide fluorhydrique ou par des solutions de bifluorures pour produire des lampes dépolies. Ce procédé a été largement remplacé par l’application d’un revêtement à l’argile, de faible toxicité. Bien qu’il n’ait pas été entièrement éliminé, l’acide fluorhydrique est beaucoup moins employé aujourd’hui. Cette évolution a réduit le risque de brûlures cutanées et d’irritation pulmonaire dues à l’acide. Les revêtements céramiques colorés appliqués sur la face extérieure de certaines lampes contenaient autrefois des pigments à base de métaux lourds comme le plomb, le cadmium ou le cobalt, ainsi qu’un élément vitrifiable au silicate de plomb. Plus récemment, un grand nombre de ces pigments ont été remplacés par des colorants moins toxiques. Si l’on continue à utiliser des métaux lourds, il est possible de recourir à une forme moins toxique (par exemple, le chrome trivalent au lieu du chrome hexavalent).

Les filaments de tungstène spiralés sont toujours fabriqués par enroulement autour d’un mandrin fait de molybdène ou d’acier. Une fois la spirale formée et frittée, les mandrins sont dissous dans de l’acide chlorhydrique (pour l’acier) ou dans un mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique (pour le molybdène). Compte tenu des risques d’exposition aux acides, ces opérations sont couramment effectuées sous hotte ou, plus récemment, dans des appareils étanches (en particulier pour le mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique).

Dans les lampes tungstène-halogène, l’adjonction des gaz de remplissage s’effectue dans des systèmes complètement fermés, avec peu de pertes et une faible exposition. Le bromure d’hydrogène présente des problèmes qui lui sont propres, en raison de sa nature corrosive. Il convient de prévoir une aspiration localisée ainsi que des tuyauteries anticorrosion pour le circuit de distribution de gaz. Un fil de tungstène thorié (contenant en général 1 à 2% de thorium) continue à être employé dans certains types de lampes, mais le thorium présente peu de risques sous cette forme.

Le dioxyde de soufre appelle des précautions spéciales. Une aspiration localisée est nécessaire dans tous les procédés où ce composé est utilisé. Des détecteurs de fuites peuvent s’avérer utiles dans les zones de stockage. Les bouteilles de 75 kg sont préférables aux grands récipients de 1 000 kg, des dégagements massifs pouvant avoir des conséquences catastrophiques.

Les flux de brasage et les résines employées dans les pâtes à culotter entraînent des risques d’irritation cutanée. Dans certaines pâtes, les résines naturelles sont remplacées par du paraformaldéhyde, ce qui crée un risque d’exposition lors de la prise des pâtes.

Toutes les lampes sont réalisées avec un procédé employant un getter; il s’agit d’une substance introduite dans la lampe avant le montage du filament afin de parfaire le vide ou la pureté du gaz qu’elle renferme par une action physicochimique. Le getter élimine l’humidité et l’oxygène résiduels présents dans la lampe après le scellement de celle-ci. Les composés constituant les getters sont généralement du nitrure de phosphore ou des mélanges d’aluminium et de zirconium en poudre. Le nitrure de phosphore est relativement inoffensif, mais la manipulation des poudres d’aluminium et de zirconium présente un risque d’inflammabilité. Les getters sont appliqués par voie humide dans un solvant organique; toutefois, si la substance vient à se répandre, la poudre métallique sèche peut s’enflammer par frottement. Les feux de métaux doivent être éteints au moyen d’extincteurs de classe D et ne peuvent être combattus par l’eau, la mousse ou d’autres produits courants. Un troisième type de getter emploie une phosphine ou un silane; ces substances peuvent être soit mélangées au gaz de remplissage en faibles concentrations, soit ajoutées en fortes concentrations, puis vaporisées instantanément dans la lampe avant le remplissage avec le gaz final. Elles sont toutes deux extrêmement toxiques; lorsqu’elles sont utilisées en fortes concentrations, il est nécessaire de prévoir des systèmes entièrement clos équipés de détecteurs de fuites et d’alarmes.

La lumière est produite dans ces lampes par une décharge électrique dans un gaz. Qu’elles soient du type à basse ou à haute pression, ces lampes ont un meilleur rendement énergétique que les lampes à incandescence. Les lampes fluorescentes sont utilisées depuis de nombreuses années dans les immeubles commerciaux et leur usage se répand dans les habitations. Des modèles compacts destinés spécialement à remplacer les lampes à incandescence ont été mis au point.

Les lampes à décharge à haute pression sont utilisées depuis longtemps pour l’éclairage des rues et des surfaces étendues (stades, gares de triage, etc.). Des modèles à faible consommation font l’objet de recherche.

Les lampes fluorescentes sont des lampes à décharge qui doivent leur nom à la poudre fluorescente appliquée à l’intérieur d’un tube de verre. Cette poudre absorbe le rayonnement ultraviolet produit par la vapeur de mercure contenue dans la lampe et le convertit pour émettre une lumière visible.

Les verres employés dans ce type de lampes sont semblables à ceux des lampes à incandescence, à savoir un verre calcique pour le tube et un verre au plomb pour les pieds (pincements) situés à chaque extrémité. On peut utiliser deux familles différentes de luminophores pour constituer la couche intérieure des tubes. Les halophosphates, à base de chloro-fluoro-phosphate de calcium ou de strontium, sont les plus anciens; ils ont connu un large essor au début des années cinquante lorsqu’ils ont supplanté les luminophores à base de silicate de béryllium. La seconde famille regroupe les luminophores produits à partir de terres rares, comme l’yttrium ou le lanthane. Ces luminophores à base de terres rares ont un spectre d’émission étroit; on les utilise sous forme de combinaisons comprenant en général un luminophore rouge, un bleu et un vert.

Les luminophores sont mélangés à l’aide d’un liant en suspension dans un mélange organique ou dans un mélange d’eau et d’ammoniac et appliqués à l’intérieur du tube de verre. Les suspensions organiques mettent en œuvre de l’acétate de butyle, un mélange d’acétate de butyle et de naphte ou du xylène. Les réglementations sur l’environnement ont conduit à remplacer les suspensions organiques par des suspensions aqueuses. Lorsque la couche de matière fluorescente a été appliquée à l’intérieur des tubes, ceux-ci subissent un séchage, puis un chauffage à haute température dans un four de frittage pour éliminer le liant.

On scelle un pincement à chaque extrémité des tubes, puis on introduit le mercure. Divers procédés sont employés à cette fin. Bien que l’opération soit encore effectuée manuellement dans certains cas, elle est le plus souvent réalisée par des machines sur des tubes placés en position verticale ou horizontale. Sur les machines verticales, on ferme l’embase à une extrémité du tube, puis on verse quelques gouttes de mercure à l’extrémité supérieure du tube, on remplit la lampe avec de l’argon à basse pression et on scelle l’embase supérieure, ce qui ferme la lampe hermétiquement. Sur les machines horizontales, le mercure est introduit par un côté pendant que le vide est fait depuis l’autre; l’argon est introduit à la pression voulue et on scelle les deux extrémités du tube. Une fois le tube scellé, on pose les culots et on raccorde les fils conducteurs, par brasage ou par soudage, aux contacts électriques.

Il existe encore deux autres procédés d’introduction de la vapeur de mercure dans la lampe. Dans l’un, on emploie une bande imprégnée de mercure qui libère le mercure au premier allumage de la lampe. L’autre procédé utilise du mercure liquide retenu dans une capsule de verre fixée au pied. Une fois la lampe étanche et sous vide, on brise la capsule pour libérer le mercure.

Les lampes fluorescentes compactes sont des versions réduites de la lampe fluorescente classique; elles intègrent parfois un régulateur électronique. Elles contiennent généralement un mélange de luminophores à base de terres rares. Certaines comportent un starter à incandescence contenant de faibles quantités de substances radioactives qui favorisent l’allumage. Il s’agit du krypton 85, de l’hydrogène 3, du prométhium 147 ou du thorium naturel, qui fournissent ce que l’on appelle un courant d’obscurité pour accélérer l’allumage. Un allumage accéléré est préférable pour l’utilisateur, qui souhaite que la lampe s’allume immédiatement sans clignoter.

✓ Les risques et les précautions qu’ils appellent
Les procédés de fabrication des lampes fluorescentes ont considérablement évolué depuis le début. On a tout d’abord eu recours à des luminophores contenant du béryllium; ceux-ci ont été abandonnés en 1949, ce qui a éliminé un risque important pour les voies respiratoires aux stades de la production et de l’utilisation. Dans de nombreuses opérations, les suspensions aqueuses de luminophores ont remplacé les suspensions organiques, ce qui a réduit à la fois les risques d’exposition du personnel et les rejets de composés organiques volatils dans l’environnement. Les suspensions aqueuses donnent lieu cependant à des expositions minimes à l’ammoniac, notamment lors de leur préparation.

Le mercure reste la substance la plus dangereuse. Bien que les expositions soient relativement faibles, sauf autour des machines à vide, il existe une possibilité d’exposition importante pour le personnel qui séjourne près de ces machines ou qui assure leur maintenance et leur nettoyage. Il s’impose de porter des équipements de protection individuelle, comme des combinaisons et des gants, pour prévenir ou limiter l’exposition et, si nécessaire, des protections respiratoires, en particulier pour la maintenance et le nettoyage. Un programme de suivi biologique, avec recherche du mercure dans les urines, devrait être mis en place dans les usines de fabrication de lampes fluorescentes.

Les deux systèmes de luminophores produits actuellement utilisent des matériaux dont la toxicité est considérée comme assez faible. Bien que différents organismes publics aient défini des limites d’exposition pour certains additifs des luminophores de base (baryum, plomb et manganèse), ces composants sont généralement présents en quantités relativement faibles dans les formules employées.

Des résines phénol-formaldéhyde sont utilisées comme isolants électriques dans les culots des lampes. Les adhésifs contiennent en général des résines naturelles ou de synthèse qui peuvent com-porter des irritants cutanés comme l’hexaméthylènetétramine. L’automatisation des équipements de malaxage et de manutention permet de limiter le risque de contact cutané avec ces substances et donc les risques d’irritation.

Il existe deux types similaires de lampes à décharge en milieu de vapeur de mercure à haute pression: celles qui utilisent le mercure seul, et celles où il est mélangé à différents halogénures métalliques. Leur conception est identique: elles emploient toutes un tube de quartz contenant le mercure ou le mélange mercure/halogénure. Ce tube est contenu dans une enveloppe extérieure résistante en verre au borosilicate, à laquelle on ajoute un culot métallique pour assurer les contacts électriques. L’enveloppe peut être transparente ou revêtue d’un matériau diffusant ou d’un luminophore pour modifier la couleur de la lumière.

Dans les lampes à vapeur de mercure, le tube de quartz ne contient que du mercure et de l’argon. La vapeur de mercure portée à haute pression (environ 105Nm-2) produit une lumière à forte composante bleue et ultraviolette. Le tube est totalement transparent aux ultraviolets; si l’enveloppe extérieure est retirée ou se brise, il constitue une puissante source d’ultraviolets, capable de provoquer des brûlures de la peau et des yeux. Bien qu’une lampe de ce type puisse continuer de fonctionner sans son enveloppe, les fabricants proposent également certains modèles à fusible, qui s’éteignent si l’enveloppe extérieure est brisée. En utilisation normale, le verre au borosilicate de l’enveloppe extérieure absorbe une grande partie des ultraviolets, de sorte qu’une lampe intacte ne présente aucun danger.

En raison de la forte teneur en lumière bleue du spectre des lampes à vapeur de mercure, la face interne de l’enveloppe extérieure est souvent revêtue d’un luminophore comme le vanadate-phosphate d’yttrium ou un autre luminophore renforçant les rouges.

Les lampes à halogénures métalliques contiennent elles aussi du mercure et de l’argon, mais également des halogénures métalliques (en général un mélange de sodium et de scandium, éventuellement associés à d’autres substances). L’addition d’halogénures renforce les rouges émis par la lampe et donne ainsi un spectre lumineux plus équilibré.

✓ Les risques et les précautions qu’ils appellent
Outre le mercure, les substances potentiellement dangereuses entrant dans la fabrication des lampes à vapeur de mercure à haute pression sont les matériaux de revêtement intérieur des enveloppes et les additifs halogènes des lampes à halogénures métalliques. L’un des matériaux de revêtement est un simple diffuseur, identique à celui employé dans les lampes à incandescence. Un autre est un luminophore de correction colorimétrique, le vanadate d’yttrium ou le vanadate-phosphate d’yttrium. Le vanadate est semblable au pentoxyde de vanadium, mais il est considéré comme moins toxique. Les expositions aux halogénures sont normalement peu importantes, étant donné que ces composés réagissent à l’humidité de l’air et doivent donc être conservés à l’état sec et sous atmosphère inerte pendant leur manipulation et leur mise en œuvre. De même, le sodium, qui est un métal extrêmement réactif, doit être conservé sous atmosphère inerte pour éviter l’oxydation.

Les lampes au sodium produites actuellement sont de deux types. Les lampes à basse pression, qui ont pour seule source lumineuse le sodium, donnent une lumière très jaune. Les lampes au sodium à haute pression emploient à la fois le sodium et le mercure pour produire une lumière plus blanche.

Les lampes au sodium à basse pression comportent un tube de verre qui contient le sodium métallique et qui est enfermé lui-même dans un second tube de verre. Les lampes au sodium à haute pression contiennent un mélange de mercure et de sodium enfermé dans un tube en alumine céramique de haute pureté. Sauf en ce qui concerne la composition du tube à arc, les lampes au sodium sont construites sensiblement de la même manière que les lampes à vapeur de mercure et les lampes à halogénures métalliques.

✓ Les risques et les précautions qu’ils appellent
Les risques propres à la fabrication des lampes au sodium à basse ou à haute pression sont peu nombreux. Dans ces deux types de lampes, le sodium doit rester sec. En effet, le sodium métallique pur réagit violemment avec l’eau, en produisant de l’hydrogène et en dégageant une chaleur suffisante pour provoquer une inflammation. Le sodium métallique exposé à l’air réagit avec l’humidité atmosphérique et une couche d’oxyde se forme à sa surface. Pour éviter ce phénomène, on manipule généralement le sodium dans une boîte à gants, sous une atmosphère sèche d’azote ou d’argon. Dans la fabrication des lampes au sodium à haute pression, il est nécessaire de prendre, pour la manutention du mercure, des précautions supplémentaires semblables à celles qui sont appliquées dans la fabrication des lampes à vapeur de mercure à haute pression.

La mise en décharge et le recyclage des lampes contenant du mercure ont fait l’objet, ces dernières années, d’une grande attention dans de nombreuses régions du monde. On dispose actuellement d’une technologie de récupération du mercure des lampes fluorescentes et à décharge à haute pression, mais il s’agit, dans le meilleur des cas, d’une opération à rentabilité nulle. A l’heure actuelle, le recyclage des matériaux des lampes s’apparente davantage à une récupération, car ces substances sont rarement retraitées pour fabriquer d’autres lampes. En général, les parties métalliques sont récupérées par les ferrailleurs. Le verre récupéré peut servir à fabriquer de la fibre de verre ou des blocs de verre ou être employé comme agrégat dans les revêtements routiers de béton ou d’asphalte. En fonction de l’implantation et de la disponibilité des installations de recyclage et d’élimination des déchets spéciaux ou dangereux, le recyclage peut s’avérer la solution la moins coûteuse.

Les ballasts utilisés avec les lampes à décharge pour assurer la stabilisation de la décharge comportaient autrefois des condensateurs dont le diélectrique était constitué de biphényles polychlorés. Bien que la production de ballasts de ce type ait été abandonnée, beaucoup d’anciens modèles sont encore en service, étant donné leur longue durée de vie. Dans certains pays, l’élimination des régulateurs contenant des biphényles polychlorés est réglementée et soumise aux règles applicables à l’élimination des déchets spéciaux et dangereux.

La fabrication du verre (en particulier le verre au borosilicate) peut être une source non négligeable d’émissions d’oxydes d’azote (Nox) dans l’atmosphère. L’oxygène pur a été substitué à l’air sur certains brûleurs à gaz récents en vue de réduire les émissions de NOx.