Une lampe à incandescence, ou ampoule à incandescence par métonymie, est une lampe électrique qui éclaire en portant à incandescence par effet Joule un filament de tungstène, le métal qui a le plus haut point de fusion (3 422 °C).
Expérimentée au milieu du XIXe siècle, la lampe à incandescence, perfectionnée au cours du XXe siècle, est devenue au cours de ce siècle la principale source d'éclairage. Au XXIe siècle, elle est progressivement remplacée en raison de sa mauvaise efficacité lumineuse.
Le filament de carbone sous vide des débuts a disparu après la mise au point du filament de tungstène sous gaz noble. Ce procédé, dit « classique », s'est maintenu après l'invention de la « lampe à incandescence halogène », plus chère, dont le gaz régénère le filament lorsqu'il se sublime sous l'effet d'une température élevée.
Les lampes classiques durent d'autant plus longtemps qu'elles éclairent moins bien. Les industriels fabricants se sont entendus pour produire des lampes d'une durée moyenne de fonctionnement de 1 000 heures. Cet accord entre les membres du cartel Phœbus a suscité des soupçons d'une entente illicite, destinée à conforter les profits de l'industrie plutôt qu'à permettre la comparaison entre les produits.
Les premières expériences d'éclairage électrique par incandescence datent du milieu du XIXe siècle.
En 1835, James Bowman Lindsay présente à Dundee une lampe électrique à lumière constante, probablement à incandescence, qui lui permet de « lire un livre à une distance d'un pied et demi » (50 cm). En 1858 et 1859 les Français Charles de Changy et Théodose du Moncel essaient aussi des systèmes d'éclairage électrique à incandescence.
En 1860, le britannique Joseph Swan démontre que, sous vide d'air, l'incandescence peut durer des heures sans détruire le filament. La mise au point de pompes à vide efficaces à partir de 1875 lui permet de présenter en 1879 une lampe à incandescence fonctionnelle, avec un filament de carbone sous vide. La même année Thomas Edison conçoit et met sur le marché une ampoule dont le filament est une fibre de coton carbonisée. Il met au point un procédé de fabrication industrielle des ampoules. Un tribunal britannique reconnaît l'antériorité de Joseph Swan pour le filament, mais celui-ci ne propose pas de procédé de fabrication industrielle, aussi le jugement oblige les deux hommes à s'associer pour fabriquer leurs ampoules. Ils diffusent rapidement leur lampe, qui a des avantages évidents sur l'éclairage au gaz qu'elle remplace, mais le filament de carbone, en se sublimant puis en se condensant sur le verre de la lampe, opacifie assez rapidement le verre. Dans les années 1880, les fabricants d'éclairage électrique se livrent à une compétition acharnée. En 1884, Edison recrute Lewis H. Latimer, un ingénieur afro-américain autodidacte, pour déposer et défendre ses brevets et assurer la promotion de son système.
En 1894, l’Italien Arturo Malignani brevète un procédé efficace pour éliminer l'air des ampoules, exploité d'abord en Italie, avant que la compagnie Edison l'achète et le diffuse dans le monde entier. La même méthode sera utilisée, quinze ans plus tard, en remplaçant le vide par un gaz noble.
En 1897, la lampe de Nernst remplace le filament de carbone par un filament de céramique, plus efficace. Ce matériau ne se sublime pas, éliminant la nécessité du vide ; mais la lampe ne s'allume qu'après un préchauffage de 10 à 20 secondes.
En 1904, la firme hongroise Tungsram met au point une lampe à filament de tungstène, métal ayant le point de fusion le plus élevé, à 3 422 °C). Repris en Allemagne par Auer, puis par tous les fabricants, le métal élimine rapidement le carbone, grâce à sa lumière plus vive et à sa longévité accrue.
En 1913, l'ampoule n'est plus sous vide d'air, mais sous gaz noble, argon puis krypton.
En 1925, Marvin Pipkin invente pour General Electric l'ampoule givrée, ce qui rend la diffusion de la lumière meilleure et l'ampoule bien plus solide.
En 1959, General Electric diffuse la lampe à incandescence sous iode. L'iode, un gaz halogène, et l'enveloppe de verre de quartz permettent de réduire la sublimation du tungstène du filament, permettant de le chauffer plus, améliorant le rendement lumineux et élevant la température de couleur. Les lampes sous gaz halogène, diffusées massivement d'abord pour les automobiles (phare à iode), ont de nombreux usages professionnels.
Au XXIe siècle, l'Union européenne et d'autres pays disposent le retrait de la circulation des lampes à incandescence en raison de leur mauvaise efficacité lumineuse face aux autres procédés d'éclairage, tube fluorescent, lampe fluorescente, lampe à diode électroluminescente.
En présence de dioxygène, le filament porté à haute température brûle instantanément, c'est la raison pour laquelle ce type de lampe a été muni d’une enveloppe de verre, l’ampoule qui a donné son nom populaire au dispositif et qui permet d'isoler un milieu sans oxygène.
L’ampoule est emplie d'un gaz noble caractéristique du type d’ampoule, le plus souvent de l’argon ou du krypton, ou, dans certains cas, d'un gaz halogène. Autrefois, c'est le vide qui isolait le filament dans son ampoule.
Inéluctablement le filament surchauffé se vaporise et perd de la matière par sublimation, ensuite cette vapeur de métal se condense sur l’enveloppe plus froide. L’ampoule devient de plus en plus opaque et le filament devient plus fragile. Le filament finit par se rompre au bout de plusieurs centaines d’heures : 1 000 heures pour une lampe à usage domestique, jusqu’à 10 fois moins ou 8 fois plus pour certaines lampes à usage spécial.
La présence d'un gaz noble à l'intérieur de l'ampoule présente plusieurs avantages : certains atomes de tungstène devenus gazeux peuvent se déposer à nouveau sur le filament après un choc avec un atome de gaz noble, allongeant ainsi sa durée de vie. Le filament peut aussi être chauffé davantage. Enfin, cela limite le dépôt de tungstène sur la paroi de l'ampoule.