Guirlande d'ampoules qui fonctionne toujours avec une ampoule cassée

Comment une guirlande peut-elle encore briller alors que plusieurs ampoules ont sauté ? Aussi surprenant que cela puisse paraître pour un ensemble d'ampoules en série, la guirlande fonctionne encore alors que pourtant plusieurs ampoules ne brillent plus. Pas de réparation nécessaire... Comment le courant passe-t-il tout de même dans une ampoule qui a "grillé" ? C'est ce que nous comprenons en regardant de plus près l'intérieur d'une petite ampoule... Il n'y a donc rien à réparer : ça fonctionne. Mais comment fonctionne bien cette guirlande autoréparatrice ?

Ampoules en parallèle ou en série ?

Mystérieuse guirlande de Noël qui fonctionne toujours quand une ou même plusieurs ampoules ne font plus de lumière et dont on dirait volontiers qu'elles sont grillées. On pourrait dire qu'il s'agit d'une guirlande autoréparatrice ?

Guirlande d'ampoules en série : comment parvient-elle à briller toujours ?

Il s'agit ici d'une guirlande d'ampoule qui s'alimente en 230 Volts. La tension aux bornes de chaque ampoule est une fraction de 230 Volts. Pour 30 ampoules identiques en série, la tension est ainsi de 230/30 = 7,7 Volts environ. Observons maintenant de plus près les ampoules de cette guirlande, dont on dirait bien qu'elle est autoréparatrice.

L'astuce de la guirlande qui brille même avec une ampoule grillée

Observons de plus près les ampoules de cette guirlande. Elles sont bien montées en série et si on retire une ampoule de son support, la guirlande ne fonctionne plus. Mais alors, pourquoi les ampoules qui ne brillent plus semblent laisser passer le courant ? Voici la réponse :

Ampoules de la guirlande

Il y a un fil métallique qui semble court-circuiter le filament, mais si ce fil court-circuitait réellement le filament, le filament ne brillerait pas, et la guirlande ne serait qu'un ensemble de courts-circuits ? Alors comment cela fonctionne-t-il ?

En réalité, ce fil qui semble court-circuiter le filament est présent dans toutes les ampoules. En fonctionnement normal, ce fil ne court-circuite pas le filament. Une très fine couche isolante assure son isolation en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsqu'il y a moins de 10 Volts à ses bornes.

Imaginons maintenant qu'un ampoule de la guirlande brille. Son filament rompt, joue le rôle d'un interrupteur ouvert, et la totalité de la tension (230 Volts) se trouve alors aux bornes de cette ampoule grillée. Le fil qui semblait court-circuiter le filament est bobiné autour des deux parties métalliques entre lesquelles se trouve cette tension. Un claquage se produit alors et le fil fait un vrai court-circuit.

Ampoule bonne et ampoule grillée dans la guirlande

En testant une ampoule grillée, on constate qu'elle n'est pas un circuit ouvert (ce qui ferait que la guirlande cesserait de fonctionner dès qu'une seule ampoule grille). On peut alimenter une ampoule grillée avec une alimentation stabilisée, et en comparaison une ampoule qui fonctionne :

Ampoule bonne et ampoule grillée qui fait court-circuit

L'ampoule bonne (à droite) consomme 0,13 A sous une tension de 6,8 V alors que l'ampoule grillée absorbe plus de 2 A sous même pas 1 Volt ! L'ampoule grillée se comporte comme un court-circuit, c'est pourquoi elle assure la continuité et le fonctionnement des ampoules restantes.

Comment fonctionne le fil dans l'ampoule ?

L'astuce réside dans le comportement du fil qui est en parallèle avec le filament. Sous une tension de fonctionnement normal (moins de 10 Volts), le fil ne conduit pas le courant. Le courant passe par le filament qui brille : la guirlande fonctionne bien.

Lorsqu'une ampoule grille, les 230 Volts se trouvent aux bornes de ce fil et le claquage se produit. Le fil fait ainsi un court-circuit.

Lorsqu'on tente de faire passer un courant élevé (3 A et plus) dans l'ampoule grillée, le fil qui court-circuite produit un petit arc et l'ampoule forme un circuit ouvert, comme un fusible qui aurait sauté. On réinsère alors cette ampoule (en circuit ouvert) dans la guirlande et on applique une tension variable (avec un autotransformateur par exemple) aux bornes de la guirlande. A une tension donnée (entre 50 et 100 Volts environ), un très petit arc se produit dans l'ampoule en question et - ô miracle - la guirlande s'allume d'un coup ! On peut reproduire l'opération un grand nombre de fois.

La contrainte sur l'isolation électrique de ce petit fil est que :

• à moins de 10 Volts, il doit être isolant
• à 230 Volts, un claquage doit avoir lieu pour établir la conduction

En constatant que le claquage a lieu entre 50 et 100 Volts, on comprend l'immense astuce de cette guirlande lumineuse. On comprend aussi que cette astuce ne peut fonctionner que sur une guirlande 230 Volts. Sur l'image ci-dessous, le verre de l'ampoule a été cassé pour permettre un meilleur aperçu du fil en parallèle avec le filament.

Ampoule de guirlande grillée : on voit bien le fil astucieux et le filament cassé

Mot de la fin

Cette guirlande lumineuse fonctionne alors des ampoules, pourtant toutes en série, ne fonctionnent plus et présentent un filament cassé (rompu). Le courant électrique continue pourtant à passer, mais à travers le fil placé dans l'ampoule en parallèle avec le filament. Lors du claquage d'une ampoule, la totalité de la tension apparaît aux bornes de ce fil et un claquage se produit. Ce claquage établit la conduction dans l'ampoule grillée. On peut donc dire que la guirlande est auto réparatrice.

Ampoules autoréparatrices d'une guirlande 230 Volts