Aujourd’hui, nous allons parler physique, lampes d’amplification et électronique. Ne fuyez pas tout de suite, je vais tout vulgariser ! Aucun prérequis n’est nécessaire, le cours est gratuit, profitez-en. La version vidéo sera certainement plus visuelle pour ceux qui préfèrent l’écoute à la lecture. Les lampes électroniques sont une technologie qui a culminé dans les années 70, et s’est arrêtée une décennie plus tard. Pourtant, elle est toujours employée dans des équipements militaires et… nos amplis de guitare ! Car les lampes, lorsqu’elles saturent, provoquent un son unique qui a tout bonnement défini le son de la guitare électrique. Les amplis sont équipés de lampes variées avec leurs caractéristiques propres, mais pour autant, savez-vous vraiment comment elles fonctionnent ? Faisons un petit historique de la lampe électronique avant d’aborder les références les plus communes des lampes audio dans un prochain article.

1. Une belle invention : la diode à vide

Inventée en 1904 par John Ambrose Fleming, la toute première lampe de l’histoire est d’abord appelée audion et fonctionne comme une diode, c’est-à-dire qu’elle ne laisse passer du courant que dans une seule direction. Chaque pôle est appelé électrode, une diode a donc deux pôles (di-odes).

Une diode à vide est donc constituée de deux éléments conducteurs dans une enveloppe de verre scellée et vide d’air, d’où le nom. Il n’y a alors presque pas de gaz dans cette drôle d’ampoule ! Le fonctionnement est basé sur l’effet thermoïonique. Pas de panique, c’est pas compliqué : un des conducteurs, appelé cathode, est chauffé pour en exciter les électrons. Ceux-ci bougent alors beaucoup plus et beaucoup plus vite que dans un métal froid. Un peu plus loin, l’anode attire les électrons lorsque son potentiel électrique est suffisamment grand. En effet, les électrons sont des charges négatives. Ils sont donc attirés par un potentiel positif, et passent alors de la cathode à l’anode au travers du vide de l’ampoule. En revanche, si l’anode est plus négative que la cathode, les électrons restent dans la cathode, aucun courant ne se crée. C’est le principe de la diode : lorsque la tension à l’anode est positive par rapport à la cathode, il y a du courant, et lorsqu’elle est négative, il n’y en a pas. Le courant ne circule alors que dans un seul sens !

Je vous parlais du fait que la cathode était chauffée, vous vous doutez bien qu’on ne se contente pas de la placer près du radiateur. Au départ, celle-ci est chauffée en faisant simplement passer du courant d’un bout à l’autre de celle-ci : c’est ce qu’on appelle l’effet Joule, et c’est aussi valable pour n’importe quelle résistance ou fil, à vrai dire. En revanche, chauffer directement la cathode n’est pas idéale car cela accentue les non-linéarités du tube et force les ingénieurs à utiliser des batteries ou des transformateurs coûteux. Plus tard, les tubes à chauffage indirect disposent d’un filament dédié et placé à proximité de la cathode, pour obtenir les mêmes effets avec moins de contraintes. Cathode pour l’un, filament pour l’autre, lorsqu’on voit un tube rougir légèrement il s’agit bien du système de chauffe qui émet une faible lumière. Un peu comme une ampoule à filament, sans pour autant éclairer toute une pièce. D’ailleurs, aucun courant ne passe dans la diode tant que la cathode n’est pas chaude, c’est ce temps de chauffe dont on parle souvent lorsqu’on parle d’attendre qu’un amplificateur à lampe chauffe.

Prenez le temps de bien lire les paragraphes précédents, quitte à revenir plusieurs fois dessus. Les images suivantes résument le principe de fonctionnement.

2. Le premier amplificateur : la triode

Si vous n’êtes pas perdu en lisant le chapitre précédent, c’est bien ! La suite est plus simple. En 1906, Lee De Forest ajoute un troisième conducteur à la cathode et à l’anode, appelée grille, pour former la première triode de l’histoire. Cette grille, placée entre la cathode et l’anode, c’est un peu comme la vanne d’un robinet. Elle est beaucoup plus proche de la cathode que de l’anode, et a donc plus d’influence sur les électrons qui traversent la triode. Lorsque la tension à l’anode est suffisamment élevée et que la cathode est chaude, les électrons sont attirés par l’anode, mais rencontrent cette fois-ci la grille dans leur passage ! Plus la grille est négative, plus les électrons sont repoussés, il y a alors moins de courant, comme si la vanne était fermée. En appliquant un signal électrique, comme celui de notre guitare, à la grille de la triode, on vient contrôler le flux d’électrons dans la lampe, et donc le courant électrique. C’est ce principe fondamental qui permet à la triode d’amplifier le signal de la guitare, et c’est exactement comme cela que fonctionnent la plupart de nos lampes faible puissance !

3. La course aux Watts : la tétrode et la pentode

Avec des diodes et des triodes, on peut commencer à faire beaucoup de choses, et notamment des récepteurs radios. Oui, mais on a un problème : déjà on n’a pas forcément beaucoup de puissance disponible. Ensuite, on arrive sans souci à amplifier des signaux audio, mais la radio va bien plus vite et est beaucoup plus sensible, il faut trouver un moyen d’amplifier des fréquences tellement élevées qu’elles ne sont plus audibles ! En ajoutant une quatrième électrode, appelée grille écran, proche de l’anode, on peut atteindre des fréquences bien plus grandes qu’avec une triode tout en ayant une meilleure amplification et plus de puissance sous le pied. Vous l’aurez compris, le tube en question s’appelle une tétrode, et la plus connue de nos jours est la 6L6 qui équipe les amplis de la marque Fender.

Aller plus vite c’est chouette, mais les électrons ne sont pas équipés de freins : ils sont tellement accélérés qu’ils viennent s’écraser contre l’anode à pleine vitesse, ce qui a pour effet de déloger des électrons pourtant tranquillement installés. Ceux-ci sont éjectés dans le vide de la lampe et se retrouvent attirés par la grille écran, ce qui a tendance à amoindrir l’efficacité de la tétrode. Pour collecter les électrons de cette émission « secondaire », on va ajouter une grille d’arrêt qui, à la manière d’une épuisette électronique, va venir collecter les électrons de l’anode. La pentode est née, et prend plusieurs formes comme les petites lampes EL84 et leurs grandes sœurs, les EL34, toutes deux utilisées dans les amplis Marshall. Des pentodes moins puissantes permettent de mieux amplifier les signaux électriques, comme l’EF86, utilisée dans les vieux amplis Vox.

4. Toujours plus…

A partir de là, les ingénieurs de l’époque pètent complètement un câble : des tubes avec toujours plus de grilles (hexode, heptode) sont utilisés pour des fonctions de mélange et de modulation radio, des tubes spéciaux combinant triode et pentode permettent de réduire les coûts et d’être plus polyvalent, et des tubes énormes et surpuissants envoient des mégawatts d’onde radio dans les antennes du monde entier : les années 60 et 70 sont l’apogée de la fabrication des lampes et de la radiocommunication. En France, c’est l’âge d’or des radios T.S.F, mais tout cela disparaîtra assez vite à cause d’une autre invention de l’époque : le transistor. Le principe de fonctionnement, très différent, permet de réduire énormément la taille et le coût d’un système d’amplification ou d’une radio à partir du milieu des années 70. De nos jours, les tubes électroniques ne sont plus utilisés que dans quelques applications scientifiques très pointues, dans les radars, le militaire, et bien sûr en audio ! C’est là qu’elle participe à amener un son unique aux équipements qui s’en servent, et notamment à nos amplificateurs favoris.

J’espère que cet article vous aura permis de mieux visualiser et comprendre le fonctionnement interne d’une lampe ainsi que les différences qui existent entre les différentes dénominations. J’ai essayé de vulgariser au mieux la partie théorique pour ensuite aborder dans un prochain article la différence entre les lampes qui équipent habituellement nos amplis.