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Dimanche 30 Avril 2017 18:50 
Les appareillages pour les lampes


Les particuliers et professionnels n’utilisent pas les mêmes luminaires d’une manière générale. Les principaux critères que doivent respecter une installation pour l’éclairage domestique sont la simplicité d’installation et d’utilisation. Les luminaires doivent pouvoir fonctionner en les branchant directement au secteur. Les lampes doivent pouvoir s’allumer lorsqu’elles sont simplement fixées sur une douille. L'éclairage rendu doit être agréable et les produits doivent être peu chers à l’unité. Les principaux critères que doivent respecter une installation d’éclairage professionnelle sont généralement un bon rendement lumineux et une longue durée de vie. Elles doivent pouvoir consommer peu d’électricité pour un maximum de lumière émise, et doivent pouvoir durer plusieurs décennies.

Les lampes à incandescence ou les lampes fluocompactes à alimentation intégrée sont les plus utilisées pour l’éclairage domestique. Celles-ci fonctionnent de façon autonome ou bien avec un circuit électronique incorporé dans la lampe. Ces lampes sont simples à utiliser, ne nécessitent aucun appareillage externe, mais ne sont pas celles offrant le meilleur rendement lumineux. Les lampes à décharge sont les plus utilisées pour l’éclairage professionnel et l’éclairage public. Plus économiques, la plupart nécessitent toutefois un appareillage externe pour pouvoir fonctionner. Parmi ces composants, on trouve généralement un ballast, lequel peut peser plus de 10 kilogrammes. Cette section a pour but de faire une présentation des appareillages successifs qui sont nécessaires pour faire fonctionner chaque type de lampe.





Problématique du démarrage de la lampe à décharge


Présentation de la problématique

La question à résoudre concerne la circulation du courant électrique dans une lampe à décharge à température ambiante. La tension électrique du secteur (230 Volts / 50 Hertz) est dans la majorité des cas insuffisante pour provoquer le passage du courant électrique dans une lampe à décharge. Dans le cas d’une lampe à incandescence, le courant électrique circule dans la lampe en passant par un filament de tungstène. Celui-ci est conducteur et s’illumine par incandescence. Dans le cas d’une lampe à décharge, deux électrodes sont séparées dans un tube à décharge par un milieu isolant qui s'apparente à du vide. Le tube est quant à lui constitué de matière isolante (verre, quartz, alumine, céramique...).

Lorsque la lampe est en régime établi, une température élevée règne au sein du tube. Une vapeur métallique à l’intérieur du tube, conductrice, assure le passage du courant électrique (vapeur de mercure ou de sodium dans la majorité des cas).



Lorsque la lampe est en phase de démarrage, les éléments métalliques ne sont pas sous forme de vapeur à température ambiante : le mercure est à l’état liquide et le sodium à l’état solide (points d’ébullition du mercure et du sodium respectivement à +357°C et +883°C). Les deux électrodes sont ainsi séparées par un milieu isolant. Le challenge est de réussir à faire passer un courant électrique dans ce milieu « isolant » pour démarrer la lampe.




Solutions appliquées pour démarrer la lampe

Dans un souci de simplification, nous prenons pour habitude de classer les matériaux dans les deux catégories « conducteurs » et « isolants ». Les choses ne sont pas si binaires dans la réalité. Chaque matériau est doté de qualités conductrices (ou résistives, ce qui revient au même) situées entre les deux extrêmes de conducteur et d’isolant parfaits. Ainsi, même si un milieu est dit « isolant », il est possible de faire passer un courant électrique au sein de celui-ci. C’est ce qui se passe dans le cas de la foudre : un éclair est un courant électrique qui circule entre le ciel et la terre, malgré les qualités « isolantes » de l’air. Dans le cas d’une lampe, les moyens permettant de faire passer un courant électrique dans le tube à décharge sont les suivants :

  • Appliquer une tension électrique suffisamment élevée entre les deux électrodes pour que celle-ci permette le passage d’une quantité suffisante de courant malgré les qualités « isolantes » du milieu. Certains appareils ont pour but de fournir une tension très élevée pendant un court instant (certains appareils fournissent des impulsions de plusieurs milliers de volts). De nombreux luminaires d'éclairage public en sont équipés, on parle généralement de « starters » ou « amorceurs ».
  • Abaisser la résistance électrique entre les deux électrodes. Les tubes à décharge sont pour cela rempli d’un gaz noble dit « gaz tampon », à l’état gazeux à température ambiante. Bien qu’il ne participe pas ou peu à l’émission de lumière, il permet d’augmenter la conductivité dans le tube. Il est également possible de jouer sur la distance qui sépare les électrodes en rapprochant celles-ci.


Problématique de la régulation du courant électrique dans la lampe


Présentation de la problématique

Durant le cycle de démarrage de la lampe, le courant électrique qui circule entre les électrodes échauffe l’intérieur du tube à décharge. Les éléments métalliques (mercure, sodium, etc…) se vaporisent, et forment au fur et à mesure un milieu gazeux de plus en plus conducteur entre les électrodes. Si le courant n’est pas régulé, on se heurte à un cercle vicieux :

  • La température augmente, les éléments métalliques se vaporisent.
  • La vapeur métallique rend le milieu gazeux de plus en plus conducteur.
  • L’intensité du courant électrique augmente, la température continue en conséquence de s’élever.

… et ainsi de suite jusqu’à ce que le courant devienne trop élevé, ce qui peut aboutir à la détérioration voire la destruction de la lampe. Le challenge est donc de réguler le courant qui traverse la lampe lorsque celle-ci est en régime établi.


Solutions appliquées pour réguler le passage de courant électrique

La solution la plus naturelle qui permette de réguler le courant dans la lampe est de placer une résistance en série avec le tube à décharge. C’est parfois la solution qui est choisie pour les lampes à faible puissance. L’inconvénient de cette méthode, c’est qu’une résistance limite le passage du courant électrique en convertissant une partie de celui-ci en chaleur (on parle « d’effet joule »). Or, ceci s’avère problématique dans le cas des puissances plus élevées. La chaleur dissipée par la résistance peut dégrader les autres appareils à proximité.



La solution qui est généralement appliquée est de placer une « bobine de réactance », couramment appelée « self », en série. Celle-ci limite le passage de courant électrique quand la tension augmente, en stockant une partie de celui-ci sous forme d’énergie magnétique. Cette énergie est restituée sous forme de courant électrique quand la tension baisse (la bobine peut être vue grossièrement comme une sorte de « réservoir à courant » qui se remplit et qui se vide). La self s’oppose ainsi aux variations de courant, et joue ainsi un grand rôle quand elle est utilisée sur le secteur, qui fonctionne avec une tension en régime alternatif (230 V / 50 Hz).



Cette méthode présente elle aussi un inconvénient. Elle crée un déphasage entre la tension et le courant électrique dans la lampe. Ce déphasage abaisse la quantité d’énergie fournie à la lampe, et influe sur le rendement énergétique de l’installation. On parle de « facteur de puissance », souvent noté « cosinus φ ». Cette valeur est toujours comprise entre 0 et 1. Plus le facteur de puissance est proche de 1, plus la tension et le courant électrique sont en phase et plus le rendement énergétique de l’installation est bon.



Le composant qui permet de limiter le courant dans la lampe est appelé un « ballast ». Généralement, une étiquette indique sur le ballast :

  • Pour quelle tension il est prévu, celle-ci étant de « 230 V / 50 Hz » en France.
  • Pour quel type de lampe il est prévu : nature de la lampe et puissance.
  • Son rendement énergétique, noté « cos φ » avec une valeur comprise entre 0 et 1.

Pour améliorer le facteur de puissance d’un ensemble « ballast + lampe », on place souvent un « condensateur » entre la phase et le neutre, en parallèle de l’ensemble. Le condensateur déphase à l'inverse le courant, rétablissant ainsi le facteur de puissance global du montage.


Le facteur de puissance « cos φ »
En France, la tension du secteur est de « 230 V / 50 Hz ». Elle est en régime alternatif. La tension oscille alternativement entre une valeur crête positive et une valeur crête négative, en passant par la valeur zéro. Elle reproduit le même cycle 50 fois par seconde. Ce cycle est appelé une « période ».

Avec une simple résistance en série, la tension et le courant électrique sont « en phase » (U = R × I). C’est en effet quand la tension est à sa valeur crête que le courant l’est aussi :


Avec une self, les choses sont différentes. C’est en effet quand la tension du secteur monte (en valeur absolue) qu’une partie du courant est limité par la self. C’est également quand la tension baisse (qu’elle se rapproche de 0) qu’une partie du courant est restituée par la self. Ainsi, lorsque la tension est à sa valeur crête, la quantité de courant électrique n’est pas maximale dans la lampe. Lorsque la quantité de courant électrique est maximale dans la lampe, la tension n’est pas maximale.


En conséquence, plus les tension et courant sont déphasés, moins la puissance (P = U × I) moyenne au cours du temps (et crête) à l’intérieur de la lampe est élevée. La quantité de lumière émise par une lampe étant proportionnelle à la puissance électrique à l’intérieur de celle-ci, un déphasage important abaisse le rendement lumineux de l’installation. En d'autres termes, pour une même quantité de lumière émise par une lampe, la puissance électrique consommée est plus importante d'autant que le facteur de puissance « cos φ » est bas. La valeur du « cos φ » illustre le déphasage entre la tension et le courant électrique. Compris entre 0 et 1, il est égal à 0 lorsque le déphasage est de ±90° (le courant est nul lorsque la tension sa valeur crête et vice-versa) et est égal à 1 lorsque tension et courant sont en phase. Ci-dessous quelques exemples :




Présentation des différents montages

Une grande partie des montages électriques qui permettent de faire fonctionner les lampes à décharge utilisent les trois constituants suivants :

  • Un « amorceur » ou un « starter », pour démarrer la lampe.
  • Un « ballast », pour réguler la quantité de courant dans la lampe.
  • Un condensateur, pour améliorer le facteur de puissance du montage. Celui-ci est facultatif et n’est pas toujours installé dans la pratique. Parfois, plusieurs condensateurs sont au contraire utilisés.

Ces montages varient en fonction de la nature ainsi que la puissance de la lampe. Pour cette raison, les lampes ne sont en général par interchangeables dans les luminaires, à quelques exceptions près.


Cas des tubes fluorescents


Ballast électromagnétique et starter

Les tubes fluorescents sont généralement fixés à des « réglettes ». Celles-ci intègrent souvent un starter et un ballast électromagnétique. Un condensateur est parfois ajouté pour améliorer le « cos φ ». Le starter est constitué d’un petit tube rempli de gaz, pourvu d’un contacteur appelé « bilame ». Le bilame est constitué d'une partie fixe et d'une partie mobile, qui se déforme avec la hausse de la température, pour venir en contact de la partie fixe une fois un seuil thermique franchi. Le ballast se présente sous la forme d’un bobinage de cuivre.



Le montage est le suivant. Le tube fluorescent est constitué de deux électrodes séparées par un milieu gazeux isolant, à travers lequel le courant électrique ne peut circuler à température ambiante. Le cycle de démarrage est le suivant :

  • La mise sous tension provoque un arc électrique au sein du gaz du starter. Un courant circule alors dans le montage, à travers les électrodes du tube, le gaz du starter et le ballast. Le courant électrique ne passe pas « entre » les électrodes du tube, il passe « au travers » de chacune d’entre elles. Ce courant provoque une ionisation du gaz tampon à proximité des électrodes, ce qui facilite d’autant plus l’allumage par la suite. L’arc électrique à l'intérieur du starter provoque quant à lui l’échauffement du bilame, qui se ferme.


  • Dans le starter, le courant électrique passe à travers les contacts du bilame une fois celui-ci fermé. Ainsi l’arc électrique disparaît. La disparition de l’arc entraîne un refroidissement du bilame, qui s’ouvre alors de nouveau. L’ouverture du bilame provoque une ouverture du circuit au niveau du starter.


  • À l’ouverture du circuit, le courant électrique ne circule plus dans la self. Celle-ci restitue alors brusquement le courant électrique qu’elle avait emmagasiné sous forme d’énergie magnétique. Cette quantité de courant libérée (plusieurs ampères) se traduit par une tension électrique temporaire très élevée (généralement plus de 1000 Volts) entre le ballast et la borne neutre.


  • Le starter étant ouvert, ce courant électrique, sous l’effet de la tension temporaire très élevée, passe à travers le tube fluorescent, forçant ainsi la nature isolante du mélange gazeux.

Généralement, l’allumage ne réussit pas dès la première tentative. Le cycle décrit ci-dessus recommence alors, jusqu’à ce que l’allumage du tube se produise. D'une manière générale, la décharge dans le gaz s'amorce une fois que les électrodes sont suffisamment chaudes. Sous l’effet du passage du courant, les vapeurs métalliques au sein du tube se vaporisent, et le tube devient ainsi conducteur. Une fois le tube allumé, la conduction au sein de celui-ci est bien meilleure que celle au sein du starter. Ce dernier se maintient ainsi en position ouverte et la lampe reste allumée. Une fois que la lampe est en régime établi, le ballast joue son rôle de régulateur de courant.


Ballast électronique

Aujourd'hui, le ballast électronique remplace l'ensemble ballast conventionnel, starter et condensateur. Ceux-ci intègrent d’une manière générale les éléments suivants en cascade :

  • Un redresseur monophasé : il inverse les parties « négatives » du signal sinusoïdal (230 V / 50 Hz) du secteur.
  • Un filtre sous forme de circuit de détecteur d’enveloppe : il transforme le signal précédent en un signal continu, avec une tension égale à la valeur crête des sinusoïdes.
  • Un onduleur : il transforme le signal continu en créneaux carrés positifs à haute fréquence (comprise entre 25 kHz et 100 kHz).
  • Un circuit LC résonant, utilisant une bobine et un condensateur en série, pour réaliser le démarrage de la lampe. Le signal carré à haute fréquence permet d'utiliser une bobine de très faible inductance, c'est-à-dire de très petite dimension (moins d’un centimètre de diamètre) : il joue le rôle de starter et de ballast.


Le ballast électronique, qui génère un signal de haute fréquence, permet de ne plus utiliser un ballast électromagnétique dont la bobine mesure généralement plus de 10 centimètres de diamètre. Le « cos φ » est bien plus élevé qu'avec un ballast électromagnétique traditionnel. La haute fréquence permet d'éviter toute sensation de clignotement de la lampe qui peut être ressentie à la fréquence de 50 Hz du secteur. Ils offrent un démarrage plus rapide, tout en pouvant alimenter plusieurs lampes. Leur format est en longueur pour prendre l’emplacement des anciens ballasts dans les luminaires.




Cas des lampes fluocompactes

Une lampe fluocompacte est une sorte de tube fluorescent replié sur lui-même. La problématique de démarrage est la même que celle du tube fluorescent. La nécessité d’utiliser un ballast électromagnétique, lourd et volumineux, a longtemps freiné le développement de ces lampes. La possibilité d’utiliser des circuits électroniques intégrés remplaçant les starters et ballasts électromagnétiques a permis leur généralisation. Aujourd’hui, on trouve deux types de lampes fluocompactes :

  • Lampes fluocompactes à alimentation séparée.
  • Lampes fluocompactes à alimentation intégrée.

Les lampes fluocompactes à alimentation séparée ont un starter intégré mais nécessitent un ballast externe pour fonctionner. Le principe de démarrage de ces lampes est le même que celui des tubes fluorescents : le starter intégré est un interrupteur thermique qui s'ouvre et provoque ainsi une surtension dans le ballast. Ces lampes possèdent un excellent rendement lumineux et une excellente durée de vie. Toutefois, la nécessité d’utiliser un ballast externe rend ces lampes peu adaptées à l’usage domestique. Elles sont principalement utilisées pour l’éclairage professionnel.



Les lampes fluocompactes à alimentation intégrée comprennent un circuit électronique d'alimentation au sein d’une « douille boitier ». Ce circuit prélève la tension du secteur et la transforme en un signal de plus haute fréquence (généralement entre 25 et 50 kHz). Cela permet de réduire considérablement la taille du ballast et de l’intégrer à la lampe.




Cas des ballons fluorescents

Les ballons fluorescents présentent l’avantage de pouvoir démarrer sous le seul effet de la tension du secteur (230 V / 50 Hz). Si un ballast reste généralement nécessaire pour réguler le courant à travers de la lampe, celles-ci ne nécessitent pas de starter ou d’amorceur pour démarrer. Un condensateur est parfois ajouté pour améliorer le « cos φ ».

Le démarrage se produit à l’aide d’une électrode auxiliaire placée à l’intérieur du tube à décharge de la lampe. Un ballon fluorescent possède donc trois électrodes, deux électrodes principales comme toutes les lampes à décharge (lampe à induction excepté), et une électrode auxiliaire. L’électrode auxiliaire est placée très proche de l’électrode principale côté culot, et reliée électriquement à l’électrode principale opposée.



Le démarrage du ballon fluorescent se fait en deux temps :

  • La tension électrique entre l’électrode auxiliaire et l’électrode principale située à proximité ionise le gaz tampon environnant, jusqu’à ce que le courant électrique circule entre les deux.
  • Le courant électrique échauffe et ionise les vapeurs métalliques. Le mélange gazeux du tube à décharge devient conducteur et le courant électrique circule entre les deux électrodes principales.

Le démarrage de la lampe est facilité par le mélange gazeux à l’intérieur du tube à décharge, qui est un amalgame d’argon (gaz neutre ou tampon) et de mercure (vapeur métallique). Les réactions entre les atomes d’argon et de mercure ont la particularité d’être aisés. Un mélange favorisant de telles interactions est appelé un « mélange de Penning ».

Une fois que la lampe est en régime établi, le ballast joue son rôle de régulateur de courant. À noter qu’il existe certains types de ballons fluorescents qui n’ont pas besoin de ballast pour fonctionner. Appelées « lampes mixtes », une tige de tungstène est placée en série du tube à décharge, entre le culot et le tube. Lorsque la lampe est sous tension, cette tige fonctionne comme le filament d’une lampe à incandescence et joue un double rôle : elle se comporte comme une résistance en série (transformation du courant en chaleur, effet joule) et émet de la lumière par incandescence. La lumière rendue par la lampe est plus blanche et plus chaude que celle d’un ballon fluorescent classique. Les lampes mixtes sont les seules lampes à décharge qui peuvent fonctionner en étant directement alimentée par le secteur, sans appareillage.


Montage avec ballast pour ballon fluorescent 125 Watts
Ce montage, intégré dans un luminaire MAZDA Solair 125, est constitué d'un seul ballast électromagnétique relié en série à une lampe ballon fluorescent de 125 Watts :
- La phase (fil noir du câble d'alimentation) est reliée à un premier fil blanc (liaison au domino blanc), lequel est amené au ballast au niveau du domino noir.
- Le ballast et la lampe sont reliés par le fil noir.
- La lampe est amenée au neutre (fil bleu du câble d'alimentation) via un second fil blanc (liaison au domino blanc).




Montage avec ballast et condensateur pour ballon fluorescent 125 Watts
Ce montage, intégré dans un luminaire EUROPHANE VM 1, est constitué d'un ballast électromagnétique relié en série à une lampe ballon fluorescent de 125 Watts, et d'un condensateur de 10 microfarads en parallèle, entre la phase et le neutre :
- Sur le domino beige sont normalement connectés les fils de phase et neutre du câble d'alimentation.
- Un premier fil beige amène une des deux voies du domino au ballast.
- Le ballast et la lampe sont reliés par un deuxième fil beige.
- La lampe est amenée à l'autre voie du domino via un troisième fil beige.
- Les deux fils marron amènent respectivement la phase et le neutre à chaque pôle du condensateur.


Cas des lampes à vapeur de sodium sous haute pression

Les lampes à vapeur de sodium sous haute pression nécessitent une tension d’amorçage bien plus élevée que celle des lampes à vapeur de mercure (tubes et ballons fluorescents). Les deux techniques respectives utilisées pour ces deux types de lampes ne s’avèrent pas adaptées pour faire démarrer les lampes HPS. Une self combinée à un starter délivrerait une tension trop peu élevée pour faire démarrer une lampe HPS dans la plupart des cas. La technique de l’électrode auxiliaire, utilisée pour les ballons fluorescents, a été expérimentée mais posait plusieurs problèmes. Premièrement, la distance inter-électrodes est en général plus longue pour une lampe HPS que pour une lampe BF de même puissance. Deuxièmement, l’amalgame « sodium-xénon » utilisé dans les lampes HPS demande plus d’énergie pour être ionisé que l’amalgame « mercure-argon » utilisé dans les lampes BF. Ces deux raisons font que même une électrode auxiliaire ne suffit pas pour amorcer une lampe HPS à la tension du secteur. De plus, une ionisation du sodium localisée au niveau d’une électrode auxiliaire avait tendance à affaiblir la fixation du tube à décharge au sein de la lampe.

En conséquence, les montages pour lampes HPS utilisent un « amorceur », composant spécifiquement conçu pour le démarrage. Il accompagne un ballast pour réguler le courant dans la lampe en régime établi et éventuellement un condensateur pour améliorer le « cos φ ». Un amorceur intègre au minimum un système d’interrupteur et un condensateur. Le condensateur se charge puis l’interrupteur se ferme et provoque une décharge subite du condensateur. Ce processus engendre un pic de tension très élevé. Généralement, une self présente dans le montage électrique permet d’amplifier le phénomène impulsionnel, donnant un pic d'une amplitude encore plus élevée sur une durée encore plus courte. Le pic de tension atteint ainsi une valeur suffisamment élevée (souvent plusieurs milliers de volts) pour démarrer la lampe. Il existe aujourd’hui deux grandes familles d’amorceurs :

  • Les amorceurs à impulsion : ils utilisent la self du ballast en tant qu’autotransformateur externe.
  • Les amorceurs à superposition : ils intègrent un autotransformateur interne.

Principe de l’autotransformateur dans l'amorceur
Généralement, une self présente dans le montage électrique joue un rôle d’autotransformateur. A la fermeture de l’interrupteur « D », un appel de courant i2 très important est généré par la décharge soudaine du condensateur (par connexion de ses deux armatures à travers une self uniquement, laquelle a une résistance propre quasi nulle). Le bobinage secondaire de l’autotransformateur s’oppose brièvement au passage de ce courant en convertissant celui-ci en énergie magnétique. Ceci provoque un appel de courant i1 d’autant plus important dans le reste du montage (induisant un pic de tension de plusieurs milliers de volts aux bornes de la lampe), lequel permet le démarrage de la lampe. D’une manière générale, le nombre de spires du secondaire est optimisé pour que l’amplitude du pic de tension soit celle juste nécessaire pour le démarrage de la lampe. On trouve donc des amorceurs adaptés à chaque type de lampe.


Les amorceurs à impulsion

Ils sont parfois appelés amorceurs « semi parallèles ». Ils ne sont pas autonomes et fonctionnent à l’aide d’un ballast ferromagnétique externe. Ce dernier joue le rôle de self au démarrage. Le ballast doit être muni d’une prise auxiliaire, permettant une connexion en un point milieu, afin de pouvoir jouer le rôle d’autotransformateur.

L’amorceur intègre un condensateur et un système d’interrupteur. Le condensateur est déchargé lorsque l’interrupteur se ferme, générant une forte tension au niveau du secondaire de l’autotransformateur (entre les points 2 et 3 de la self sur le schéma ci-dessous). La self s’opposant brièvement au passage du courant (conversion en énergie magnétique), ceci provoque un appel de courant d’autant plus important dans le reste du montage (induisant un pic de tension de plusieurs milliers de volts aux bornes de la lampe), lequel permet le démarrage de la lampe.



En connectant le condensateur au point milieu de la self correspondant au nombre de spires souhaité, la valeur de la tension est amplifiée à la valeur requise pour amorcer correctement la lampe. La valeur du pic de tension dépend de l’amorceur mais aussi de la self. C’est pourquoi il est impératif de vérifier avec ce type de montage que les deux constituants sont compatibles.


Montage avec amorceur à impulsion pour lampe HPS 70 Watts
Ce montage, intégré dans un luminaire MAZDA Estoril P, est constitué d'un amorceur à impulsion, d'un ballast électromagnétique et d'un condensateur de 12,5 microfarads en parallèle. Les liaisons reproduisent le schéma électrique du montage avec amorceur à impulsion. Les liaisons sont indiquées par des points colorés sur la photo.


Les amorceurs à superposition

Ils sont parfois appelés amorceurs « indépendants » ou amorceurs « série ». Ceux-ci fonctionnent de manière autonome, sans utiliser la self d’un ballast électromagnétique externe pour générer l’impulsion.

L’amorceur intègre un condensateur et un système d’interrupteur, ainsi qu’une self intégrée, jouant le rôle d’autotransformateur. Le condensateur est déchargé lorsque l’interrupteur se ferme, générant une forte tension au niveau du secondaire de l’autotransformateur. La self s’opposant brièvement au passage du courant (conversion en énergie magnétique), ceci provoque un pic de tension au niveau du secondaire, engendrant un appel de courant d’autant plus important dans le reste du montage. Le même phénomène de brève opposition au passage du courant se produit au niveau du primaire, provoquant un pic de tension d’autant plus important au niveau du primaire, engendrant un appel de courant encore plus important au niveau de la lampe. Celui-ci permet de démarrer la lampe.



Ces amorceurs présentent le gros avantage de ne pas solliciter le ballast pour générer l’impulsion de démarrage, allongeant ainsi la durée de vie de ce dernier. La valeur du pic de tension dépend exclusivement du type d’amorceur utilisé. Il est compatible avec la plupart du ballast car celui-ci n’est pas soumis au pic de tension.


Montage avec amorceur à superposition pour lampe HPS 70 Watts
Ce montage, intégré dans un luminaire PHILIPS Milewide SRS 419, est constitué d'un amorceur à superposition et d'un ballast électromagnétique.


Cas des lampes à vapeur de sodium sous basse pression

Les lampes LPS nécessitent en général une tension d’amorçage bien plus faible que les lampes HPS. L’amalgame « 99% néon + 1% argon » utilisé dans les lampes LPS facilite notamment l’ionisation du gaz au démarrage. Les lampes LPS utilisent généralement un amorceur parallèle dédié ainsi qu’un ballast électromagnétique.

Les amorceurs parallèles sont également appelés amorceurs « indépendants ». Ceux-ci, comme leur nom l’indique, se branchent en parallèle de la lampe. Ces amorceurs intègrent également un condensateur et un système d’interrupteur, parfois avec une self intégrée. Le pic de tension provoqué par la décharge du condensateur après fermeture de l’interrupteur provoque un appel de courant qui passe à travers la lampe et démarre celle-ci. Ces amorceurs génèrent une impulsion plus faible mais sur une plus longue durée que les amorceurs à impulsion ou superposition utilisés par les lampes HPS.

Les lampes LPS à très faible puissance (18 Watts) ne nécessitent pas d’amorceur, la tension du secteur étant suffisante pour les faire démarrer.




Cas des lampes aux halogénures métalliques

Il existe plusieurs types de lampes aux halogénures métalliques, et l’appareillage requis varie en fonction de la lampe utilisée. Cependant, elles nécessitent dans la plupart des cas, comme les lampes HPS, un ballast et un amorceur, auxquels il est possible d’ajouter un condensateur pour améliorer le « cos φ ». La tension d’amorçage des lampes MH est d’une manière générale moins élevée que celle des lampes HPS mais plus élevée que celle des lampes TF et BF.

De nombreuses lampes MH sont conçues de manière à être interchangeables avec les lampes HPS. C’est par exemple le cas des lampes PHILIPS CDO et HPI. Celles-ci utilisent les mêmes composants que les lampes HPS. Ainsi, il arrive que des luminaires qui fonctionnaient initialement avec une lampe HPS soient par la suite équipés de lampes MH. Quelques lampes MH sont aussi spécifiquement conçues de manière à être interchangeables avec les lampes BF.

Certaines lampes MH utilisent le principe de l’électrode auxiliaire qui est utilisée pour les lampes BF. C’est notamment le cas de certaines lampes GENERAL ELECTRIC. Celle-ci n’est toutefois pas suffisante pour amorcer la lampe à elle seule. La lampe nécessite généralement un amorceur dédié (souvent un amorceur indépendant) pour générer une impulsion de plusieurs centaines de volts.


Interchangeabilité des lampes

La tension d’amorçage et la quantité de courant à réguler varient en fonction de la nature et de la puissance de la lampe. Pour cette raison, en théorie, les lampes ne sont pas interchangeables. Il est ainsi vivement déconseillé d'équiper un luminaire d’éclairage public avec une lampe autre que celle pour laquelle il a été conçu. Il existe cependant quelques exceptions à cela :

  • Certaines lampes HPS sont spécifiquement conçues pour fonctionner dans des luminaires prévus pour des lampes BF, parmi lesquelles on trouve la lampe PHILIPS SON-H. Elles sont remplies d’un mélange « néon – argon » en lieu et place du xénon, facilitant leur amorçage. Ces lampes ont parfois un starter incorporé.
  • De nombreuses lampes MH sont spécifiquement conçues pour fonctionner dans des luminaires prévus pour des lampes HPS.


Les risques au démarrage

Un système d’amorçage est prévu pour provoquer un pic de tension et courant nécessaire pour le démarrage d’une lampe spécifique. Les risques quand une lampe reliée à un appareillage non compatible sont mis sous tension sont les suivants :

  • Le système d’amorçage ne délivre pas une tension suffisante pour faire démarrer la lampe. Celle-ci reste éteinte. C’est par exemple le cas si on associe une lampe HPS 400 Watts à un appareillage pour lampe BF 400 Watts. Ce dernier n’incluant pas d’amorceur, il ne permettra pas de faire démarrer la lampe HPS.
  • Le système d’amorçage délivre une tension trop élevée pour faire démarrer la lampe. Celle-ci peut être détruite ou endommagée à la mise sous tension. Dans le meilleur des cas, elle continue de fonctionner mais l’impulsion, surtout si elle est répétée, provoque son vieillissement de manière accélérée.


Les risques en régime établi

Le ballast est prévu pour réguler la quantité de courant qui traverse la lampe une fois que celle-ci est en régime établi. En effet, une fois la vapeur métallique (mercure ou sodium) vaporisée, aucun élément à l’intérieur du tube à décharge ne joue le rôle de limitateur de courant (ni par résistance ni par inductance). Le ballast se charge de jouer ce rôle. Cependant, la quantité de courant à réguler varie en fonction de la nature et de la puissance de la lampe. Les risques que comporte une lampe reliée à un appareillage non compatible sont les suivants :

  • Le ballast est sous-dimensionné. Le ballast limite trop le courant, celui délivré à la lampe n’est pas suffisamment élevé. La durée de vie de la lampe est réduite, car le sous-régime de fonctionnement endommage les électrodes. C’est par exemple ce qui se produit si on utilise une lampe BF de 400 Watts avec un ballast pour lampe BF de 250 Watts.
  • Le ballast est surdimensionné. Le ballast ne limite pas assez le courant, celui délivré à la lampe est trop important. Celui-ci provoque une surchauffe et dégradation accélérée de la lampe. C’est par exemple ce qui se produit si on utilise une lampe de 250 Watts avec un ballast pour lampe de même nature de 400 Watts. Trop de courant pouvant même engendrer une surpression dans le tube à décharge et l’explosion de la lampe.

Au-delà des risques de dégradation, une mauvaise alimentation influe sur le spectre lumineux émis par les vapeurs métalliques, donnant une lumière dont la couleur est altérée. Voici, à titre d’information, les principales caractéristiques des différents types de lampes existantes.




Conclusion

Le montage électrique permettant de faire fonctionner une lampe à décharge est souvent complexe. Il fait appel à des constituants spécifiques qui ne sont pas toujours compatibles entre eux. Il rend ainsi l’utilisation des lampes à décharges délicate. Ceci explique pourquoi ces lampes ont toujours été généralement réservées à l’usage professionnel.

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