Verre strié et verre prismatique : comment une lampe cache sa source

Le verre strié d'une lampe allumée ne montre jamais l'ampoule. On voit des bandes claires, des filets de lumière qui suivent chaque côte, parfois un reflet qui glisse quand on tourne autour du dôme. Ce motif a une origine précise. Le 30 septembre 1893, à Paris, André Blondel et Spiridion Psaroudaki déposent un brevet pour un globe couvert de prismes, qui devait cacher une source de lumière sans en gaspiller¹1Blondel et Psaroudaki, brevet US 563 836, 1896.. Leur invention prendra le nom d'Holophane. Comprendre ce qu'ils ont fait, c'est comprendre ce qu'un verre à côtes apporte à une lampe.

Le problème de 1890 : une lumière trop vive pour l'œil

À la fin du XIX^e siècle, l'éclairage change d'échelle. Les lampes à arc, les filaments électriques et les manchons à gaz donnent beaucoup plus de lumière que la flamme d'une bougie, mais concentrée sur une toute petite surface. L'ingénieur américain Louis Bell, en 1902, en fait le premier défaut des sources puissantes : un éclat propre trop fort, qui appelle la diffusion²2L. Bell, The Art of Illumination, 1902..

On parle aujourd'hui d'éblouissement. La Commission internationale de l'éclairage le définit comme un état de la vision où l'on ressent de la gêne, ou une perte de la capacité à voir les détails, à cause d'une répartition des luminances inadaptée ou de contrastes extrêmes³3CIE, vocabulaire international de l'éclairage, terme 17-22-098.. Le mot clé est la luminance : la lumière qu'une surface envoie vers l'œil, rapportée à sa taille apparente. Un filament nu concentre toute sa lumière sur quelques millimètres ; un globe qui l'entoure la répartit sur toute sa paroi.

Le remède existait : entourer la source d'un verre trouble. Il se payait. Bell rassemble les mesures de plusieurs expérimentateurs, surtout sur des lampes à arc : un globe clair absorbe environ 10 % de la lumière, un verre dépoli 25 à 30 %, un verre opale de 25 à 60 % selon sa densité². Reste une question d'ingénieur : peut-on adoucir une source sans perdre un quart de sa lumière ?

Dépoli, opalin, prismatique : trois façons de traiter la lumière

En 1910, à l'université Johns Hopkins, Van Rensselaer Lansingh consacre une conférence aux verres diffusants⁴4V. R. Lansingh, Shades, Reflectors and Diffusing Media, 1911.. Il travaillait pour Holophane⁹9Acuity Brands, histoire d'Holophane. : ses chiffres se lisent avec prudence, ses descriptions restent très claires.

Le verre dépoli est un verre clair dont on a rendu la surface rugueuse, par sablage ou à l'acide. Au microscope, Lansingh voit sur le verre sablé des écailles aux arêtes vives, qui dévient peu la lumière et en renvoient une partie vers l'intérieur ; le verre attaqué à l'acide montre des creux arrondis et perd un peu moins⁴. Norman Macbeth, dans le même cycle, lui reproche aussi une teinte verdâtre⁵5N. Macbeth, Principles and Design of Interior Illumination, 1911..

Le verre opalin diffuse dans sa masse. Lansingh le décrit comme un verre clair où sont noyées d'infimes particules opaques, orientées dans tous les sens : chacune renvoie la lumière ailleurs, et si elles sont assez denses, chaque point du globe devient une petite source secondaire⁴. La diffusion est presque parfaite, la perte très variable. Son histoire a déjà sa place dans notre article sur la lampe opaline.

Le verre prismatique procède autrement. Il reste clair et ne contient rien qui arrête la lumière : ce sont des prismes moulés dans sa surface qui la dévient. Il ne disperse pas au hasard, il redirige.

Réfraction et réflexion totale : ce que fait un prisme

Deux lois suffisent. La première est la réfraction : un rayon qui passe de l'air au verre, ou l'inverse, change de direction. Un prisme a des faces non parallèles : le rayon qui le traverse en ressort dévié.

La seconde est la réflexion totale. Quand la lumière, à l'intérieur du verre, arrive sur la surface de sortie avec un angle trop rasant, elle ne sort plus du tout : elle est renvoyée en entier, comme par un miroir. L'angle limite se calcule simplement, son sinus vaut le rapport des deux indices de réfraction⁶6HyperPhysics, Total Internal Reflection.. Pour un verre courant d'indice 1,5, cela donne environ 42°.

L'intérêt est le rendement. Un miroir métallique garde une part de ce qu'il reçoit ; la réflexion totale, elle, renvoie toute la lumière à l'endroit où elle se produit⁶. Restent les pertes ordinaires du verre clair : chaque surface renvoie environ 4 % de la lumière sous incidence droite⁷7C. H. Sharp, The Measurement of Light, 1911..

Les phares utilisaient déjà ces lois : la lentille à échelons de Fresnel a été essayée à Cordouan en 1823⁸8Ministère de la Mer, bicentenaire de la lentille de Fresnel.. Mais un phare concentre la lumière, un globe d'intérieur doit l'étaler. Bell explique que dévier fortement un rayon par réfraction seule en perd une partie par réflexion totale ; les prismes d'Holophane combinent donc les deux effets. Les rayons qu'il faut peu dévier sont simplement réfractés, ceux qu'il faut beaucoup dévier sont renvoyés par réflexion totale²2L. Bell, The Art of Illumination, 1902..

1893 : le brevet du verre prismatique de Blondel et Psaroudaki

André Blondel, né à Chaumont en 1863 et mort à Paris en 1938, n'est pas verrier. Ingénieur des Ponts et Chaussées, il sert au service des phares de 1890 à 1927¹⁰10ETHW, notice André Blondel.. On lui doit l'oscillographe, en 1893, et un système d'unités de photométrie : en 1894, il propose le lumen, fondé sur le mètre et sur l'étalon de lumière de Violle¹¹11Université hébraïque de Jérusalem, notice André-Eugène Blondel, 2003.. Son rapport au congrès de Genève de 1896 fixe une nomenclature qui entre en partie dans l'usage¹²12E. B. Rosa, Photometric Units and Standards, 1911.. Il entre à l'Académie des sciences en 1913¹¹.

De Spiridion Psaroudaki, on sait peu de chose. Le brevet américain le présente comme sujet ottoman, « citoyen de Turquie », installé à Paris, comme Blondel¹1Blondel et Psaroudaki, brevet US 563 836, 1896.. Ce brevet, accordé le 14 juillet 1896, rappelle les dépôts antérieurs : en France le 30 septembre 1893, en Angleterre le 12 octobre 1893, puis en Autriche-Hongrie et en Belgique¹.

À l'extérieur, des prismes horizontaux en anneaux, dont le profil associe une face réfléchissante et deux faces réfringentes. Vers le haut du globe, des prismes renvoient la lumière vers l'intérieur par réflexion totale. À l'intérieur, des cannelures verticales étalent la lumière à l'horizontale, pour que le globe paraisse lumineux sur toute sa surface. Le but est écrit en toutes lettres : répartir et diffuser la lumière, et éviter les pertes par absorption¹.

C'est le croisement des deux réseaux qui compte. Les prismes extérieurs envoient la lumière là où on la veut ; les cannelures intérieures, à angle droit, brouillent l'image du filament. Bell note que le globe prend un aspect un peu quadrillé, mais que sa surface paraît éclairée de façon assez uniforme². Le nom choisi le dit : Holophane vient du grec holos, entier, et phainein, paraître, pour un globe qui semble lumineux tout entier⁹9Acuity Brands, histoire d'Holophane..

De Paris à Newark : l'histoire d'Holophane

L'invention est française, son industrie sera anglo-américaine. Le New-Yorkais Otis A. Mygatt rachète les droits et fonde à Londres une société Holophane, en 1895 selon une histoire publiée pour le centenaire¹³13G. Johnson, Holophane centennial, EW, 2003., en 1896 selon le propriétaire actuel de la marque⁹. À partir de 1896, la verrerie George Davidson produit en Angleterre la verrerie prismatique de la société¹⁴14Grace's Guide, notice Holophane.. En 1898, Mygatt crée l'entreprise américaine à New York⁹¹³.

Reste à fabriquer. Un associé de Mygatt, August Heisey, lui ouvre sa verrerie de Newark, dans l'Ohio, où la production tourne au plus tard en 1902¹⁵15Gale, Holophane Corporation, notice d'entreprise.. Newark restera le centre d'Holophane : le siège y est encore au XXI^e siècle¹³, et la marque appartient depuis 1999 au groupe aujourd'hui nommé Acuity Brands⁹.

Les premiers globes coiffent les sources de l'époque : lampes à filament de carbone, lampes à acétylène et à huile, becs à gaz¹³. Bell mesure leur rendement : propres, ils absorbent en moyenne environ 12 % de la lumière, presque aussi peu qu'un globe clair qui ne diffuse rien².

La société pousse aussi une idée : l'éclairage se calcule. Holophane vend un éclairage « scientifique »⁹. En 1906, Mygatt réunit dans ses bureaux de New York des responsables de l'éclairage américain, et de cette réunion naît la Société des ingénieurs de l'éclairage, l'IES¹⁵. Le principe s'étend aux réflecteurs. En 1905, Mygatt brevète un réflecteur prismatique dont l'intérieur porte de fines côtes : il note que les modèles à paroi intérieure lisse donnaient un éclat dur, pénible à regarder sous certains angles¹⁶16O. A. Mygatt, brevet US 804 334, 1905..

Verre strié décoratif : ce qu'il fait vraiment

Un verre strié de lampe ressemble à un verre prismatique sans en être un, et les ingénieurs de l'époque le disaient déjà. Lansingh distingue deux cas. Des prismes peuvent être de simples arêtes taillées dans le verre : la diffusion est alors striée, et l'on distingue nettement une double image du filament. Ou bien ils sont calculés pour diffuser et diriger la lumière⁴4V. R. Lansingh, Shades, Reflectors and Diffusing Media, 1911.. Il insiste : il ne suffit pas de strier le verre, chaque prisme doit être dessiné pour une source placée à un endroit précis⁴.

Les chiffres vont dans le même sens. Sur des globes fermés bien dessinés, Lansingh relève une absorption moyenne de 12,4 %. Sur des globes de même forme aux prismes non calculés, elle monte jusqu'à 32 % : un rayon qui frappe une face mal orientée repart vers l'intérieur⁴. Bell cite un globe clair à simples rainures longitudinales qui absorbait 20,7 %, contre 24,4 % pour un dépoli de même taille²2L. Bell, The Art of Illumination, 1902.. De simples côtes diffusent donc aussi bien qu'un dépoli, en absorbant même un peu moins, avec un tout autre aspect.

Que fait alors un verre strié ordinaire ? Trois choses, qu'on peut constater chez soi.

• Il brouille l'image de la source. Chaque côte dévie la lumière comme une petite lentille allongée : l'ampoule devient une bande étirée.
• Il étale la luminance en bandes. La lumière ne sort plus d'un point mais d'une série de filets, chacun moins brillant que l'ampoule nue. C'est ce qui adoucit l'éblouissement, sans le supprimer si le verre est clair.
• Il crée des reflets. Allumé ou éteint, un verre côtelé accroche la lumière de la pièce sur ses arêtes.

Une expérience du début du siècle montre que la finesse des côtes compte. En 1902, une station d'essais de Boston photographie la lumière d'un bec à gaz à travers plusieurs vitrages. Le verre clair ne diffuse rien, le verre brut un peu, les verres prismatiques fantaisie de façon très irrégulière. Le verre à côtes arrondies, à 21 côtes par pouce, soit une tous les 1,2 mm environ, diffuse presque parfaitement¹⁷17L. B. Marks, Principles and Design of Interior Illumination, 1911.. Il s'agissait de vitres, pas d'abat-jour, mais l'idée se transpose : des côtes fines et régulières lissent la lumière, des côtes larges dessinent des bandes.

Le profil des côtes, leur pas et la teinte du verre font la signature de chaque lampe. Des côtes fines et régulières lissent la lumière ; un verre opalin y ajoute la diffusion dans la masse, et la source disparaît tout à fait.

Carrara et Oslo : deux verres côtelés, deux effets

Carrara associe un pied en marbre naturel poli, noir ou blanc veiné, à un dôme champignon en verre strié. Allumé, le verre diffuse une lumière douce et régulière : les stries brouillent la vue de l'ampoule et répartissent sa clarté sur tout le dôme. Le noir ou le blanc du marbre, en dessous, sert de contrepoint à ce dôme lumineux.

Oslo combine les deux principes. Son large dôme de 28 cm est en verre opalin, finement côtelé. La diffusion vient de la masse opaline, les côtes se voient. Allumé, le verre diffuse une lumière chaude et douce, qui révèle ses côtes. Ici le relief sert l'aspect, la matière fait le confort.

Toutes deux figurent dans notre collection de lampes champignon. Le choix tient à ce qu'on veut voir : des stries sur un verre clair ou satiné, ou un halo régulier sur un opalin côtelé.

Questions fréquentes

Quelle différence entre verre strié et verre prismatique ?

Le verre prismatique porte des prismes calculés pour une source et une répartition de lumière précises ; c'est le principe breveté par Blondel et Psaroudaki en 1893¹. Le verre strié décoratif reprend l'aspect sans le calcul : il brouille l'image de l'ampoule et crée des reflets, sans diriger la lumière⁴.

Le verre strié éclaire-t-il moins qu'un verre clair ?

Un peu, comme tout verre qui diffuse. Au début du XX^e siècle, un globe clair à simples rainures absorbait environ 21 % de la lumière, un dépoli 24 %². Pour une lampe d'ambiance, cette perte compte moins que le confort de ne plus voir l'ampoule.

Comment nettoyer un dôme en verre strié ?

Lampe éteinte et refroidie, avec un chiffon doux passé dans le sens des côtes. Les rainures retiennent la poussière : Bell notait déjà qu'un coup de chiffon rapide ne suffit pas à nettoyer un globe prismatique². Sur un réflecteur prismatique, Lansingh observait qu'une poussière sèche gênait peu, une saleté humide beaucoup plus⁴.