Le cycle halogène

Le cycle halogène est à l'origine des performances des lampes halogènes, il permet une durée de vie plus longue, une température de fonctionnement plus élevée, donc une lumière plus blanche et une efficacité supérieure tout en évitant le ternissement du verre de l'ampoule. Le principe du cycle halogène est connu depuis près d'un siècle, cependant il n'a réellement été mis en pratique dans la technologie des lampes qu'à la fin des années 1950.
Les ampoules sont remplies en partie d'un gaz halogène. Les halogènes constituent une famille d'éléments chimiques comprenant le fluor, le chlore, le brome, l'iode et l'astate. Typiquement, ce type de lampe utilise du diiode (gaz de formule chimique I2) ou un dérivé bromé (bromure de méthyle).
Le cycle halogène a pour but de limiter la "sublimation" du tungstène constituant le filament et son dépôt sur le verre de l'ampoule. Le cycle peut se décomposer en trois étapes.

 Etape 1  : Les molécules de dihalogène sont présentes à l'intérieur de l'ampoule et côtoient des atomes de tungstène qui proviennent du filament par émission thermo-électronique. L'atome de tungstène sublimé se dirige par convection vers la paroi de l'ampoule.
 Etape 2  : A bonne distance du filament, là ou la température est la plus faible, un atome de tungstène peut se combiner à plusieurs molécules de dihalogène de manière à former une molécule de plus grande taille.
 Etape 3   : Lorsque cette nouvelle molécule, qui par convection se retrouve à proximité du filament, est soumise à une température élevée, elle se décompose en molécules de dihalogène et en un atome de tungstène qui va se redéposer sur le filament. Les molécules de dihalogène peuvent à nouveau rencontrer un atome de tungstène de manière à recommencer un nouveau cycle.

De manière à favoriser le cycle halogène, il est préférable que le verre de l'ampoule soit très chaud (environ 250-350°C). Il est donc indispensable d'utiliser pour l'enveloppe des matériaux particuliers comme le quartz ou Vycor de manière à résister à ces températures.

Au vu de ces quelques données, il semble donc qu'un filament puisse durer indéfiniment, en réalité deux phénomènes interviennent, limitant la durée de vie du filament :

 Dépôt irrégulier du tungstène

Le tugnstène a une fâcheuse tendance à se redéposer en un point différent de celui d'où il vient.
Il apparaît donc une série de points fragiles sur le filament, ces points sont autant de zones de rupture potentielles. Plus ces zones sont fragilisées, plus leur résistance électrique est importante, plus elles sont chaudes et moins elles sont aptes à recevoir le dépôt de tugnstène. La fragilisation est donc accélérée en fin de vie du filament.

 Influence des parties froides
Le filament possède des zones froides, notamment au niveau des connexions électriques. Les molécules de dihalogène ont tendance à réagir avec le tungstène en ces endroits, favorisant leur fragilisation. Aucune solution à ce problème n'a été trouvée à ce jour.