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Flicker (scintillement ou papillotement lumineux)

 

Flicker (scintillement ou papillotement lumineux)
des ampoules et des lampes

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'une ampoule à incandescence

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) typique des ampoules à incandescence branchées sur le réseau électrique ordinaire (230V/50Hz). Le flicker a lieu 100 fois par seconde (= 100 Hz). La variation d'intensité se situe généralement entre 5 et 15%.

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'une ampoule fluocompacte

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) des ampoules fluocompactes (ampoules économes) à ballast électronique branchées sur le réseau électrique ordinaire (230V/50Hz). Le flicker est une combinaison de plusieurs fréquences – dont certaines très élevées (~20'000 Hz) – qui lissent l'émission de lumière. Suivant le modèle, le flicker peut être plus faible ou plus important que représenté.
Les ampoules fluocompactes avec ballast magnétique (ancienne génération) ont un flicker à 100 Hertz beaucoup plus marqué.

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'un tube lumineux sur ballast magnétique

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) des tubes lumineux (néons) sur ballast magnétique. Le flicker à 100 Hertz est plus prononcé (environ 40%) que chez les ampoules à incandescence. Suivant le ballast magnétique, le flicker peut être plus marqué que représenté.

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'un tube lumineux sur ballast électronique

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) de tubes lumineux (néons) sur ballast électronique. Suivant le modèle du ballast électronique, le flicker peut être plus marqué que représenté. 

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'une ampoule LED équipée d'un bon driver

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) d'ampoules LED équipées d'un driver de qualité branchées sur le réseau électrique ordinaire (230V/50Hz). Le driver gère bien le courant alternatif et délivre aux LED un courant continu stable. Suivant les modèles de lampe LED, le flicker peut être quasi-inexistant ou présenter des oscillations marquées, jusqu'à atteindre l'extrême ci-dessous.

Graphique présentant le flicker (scintillement) d'une ampoule LED produisant un flicker important

Variation de l'intensité lumineuse (flicker) d'ampoules LED équipées d'un driver de mauvaise qualité. Le courant continu délivré aux LED n'est pas lissé: les LED s'allument et s'éteignent complètement 100 fois par seconde (100 Hz).
Selon leur driver, les ampoules et lampes LED peuvent présenter toutes sortes de flicker, variant en amplitude et en fréquences.
Reliées à un variateur d'intensité (dimmer) qui leur est mal adapté, des ampoules LED de qualité peuvent aussi présenter un flicker important – et même à des fréquences nettement perceptibles (50 Hertz, par exemple).

La plupart des lampes ont un "flicker"

À notre insu, la plupart des dispositifs qui émettent de la lumière (ampoules, lampes, guirlandes, phares LED arrière de voiture, etc.) ne dégagent pas un flux lumineux régulier, mais scintillent. Pour parler de ce scintillement ou de ce papillotement lumineux, on utilise généralement le mot anglais flicker.

Même si on ne perçoit pas directement ce flicker, il peut être une source d'inconfort, de baisse de performance dans le travail, de fatigue visuelle et de migraine. Chez certaines personnes, il peut même déclencher une crise d'épilepsie. L'inconfort dépend notamment de la fréquence du flicker, de l'amplitude de la variation de luminosité, et de l'intensité de l'éclairage. Le flicker est particulièrement gênant lors de la lecture et durant les tâches qui demandent des mouvements rapides. 

Notre vision ne distingue pas les flicker très rapides

Si une lampe est allumée et éteinte à une fréquence toujours plus rapide, il arrive un seuil où nous avons l'impression que la lampe reste allumée sans discontinuité. Ce phénomène est dû à la persistance de l'image sur la rétine de l'oeil. Pour la plupart des gens, cette illusion apparaît à partir d'environ 60 allumages-extinctions par seconde, autrement dit dès que la fréquence du flicker atteint 60 Hertz. Mais certaines personnes peuvent être gênées par une lampe qui présente un flicker approchant 100 Hertz. Par ailleurs, des études montrent que, même si notre vision est leurrée, notre organisme peut ressentir les fluctuations de la lumière jusqu'à plus de 200 Hertz – et d'autant plus fortement que les oscillations de luminosité sont de grande ampleur.

Un chien et un chat hypnotisé par le flicker

Les animaux de compagnie – chiens, chats et oiseaux – sont généralement plus sensibles au flicker de l'éclairage que les êtres humains.

Les ampoules à incandescence traditionnelles et halogènes ont un flicker

Le courant électrique délivré par une prise ordinaire européenne (230V/50Hz) est dit "alternatif", parce qu'il circule alternativement dans un sens, puis dans l'autre. Cette alternance est très rapide: 50 fois par seconde le courant fait un aller et retour – d'où le 50 Hertz (Hz). À l'instant exact où le courant change de sens, il n'y a plus d'électricité – ce qui arrive deux fois chaque 50ème de seconde. Ainsi, une ampoule à incandescence (traditionnelle ou halogène) qui est branchée directement sur la prise, subit 100 coupures de courant par seconde: la fréquence du flicker atteint 100 Hertz. À cette fréquence le filament métallique de l'ampoule n'a pas le temps de se refroidir au point de ne plus émettre de lumière: l'intensité de la lumière baisse seulement de l'ordre de 5 à 15%.

Les ampoules halogènes basse tension (12 ou 24 volts) qui sont alimentées par un transformateur présentent généralement aussi un flicker à 100 Hertz. L'amplitude dépend du type de transformateur et de l'intensité lumineuse choisie.

Le flicker de l'éclairage fluorescent dépend du "ballast"

Un tube lumineux (néon) ou une ampoule fluocompacte (ampoule économe) fonctionne grâce à une succession rapide de décharges électriques dans de la vapeur de mercure. Les "éclairs" de lumière ultraviolette (invisible) ainsi créés excitent une poudre fluorescente – productrice de lumière visible – qui tapisse le tube en verre.

L'importance du flicker dépend de la fréquence des décharges. Les tubes lumineux sur ballast magnétique (support de tube bon marché) ont un flicker à 100 Hertz plus marqué que celui des ampoules à incandescence: la variation d'intensité est de l'ordre de 40%. Par contre, les tubes lumineux montés sur un support équipé d'un ballast électronique (plus cher) offrent une lumière quasiment sans flicker, car les décharges ont lieu à une cadence si rapide (5'000-40'000 Hz) que l'émission de lumière par la poudre reste à peu près constant.

Les ampoules flucompactes modernes sont généralement équipées d'un ballast électronique et présentent peu de flicker. Par contre, la première génération de ces ampoules abrite dans son culot un ballast magnétique, source d'un flicker qui peut être gênant. 

Il arrive que l'éclairage fluorescent présente un flicker nettement visible en raison du vieillissement de l'alimentation électrique ou d'un tube.

Les bonnes ampoules LED ne présentent quasiment pas de flicker, mais certaines peuvent avoir un flicker important

Les LED sont des composants électroniques qui réagissent très vite au courant électrique: aussitôt qu'elles ne sont plus alimentées, elles n'émettent plus de lumière. De plus, elles fonctionnent avec du courant dit "continu" – un courant qui circule toujours dans le même sens. Pour transformer le courant alternatif de la prise en courant continu, une ampoule LED abrite dans son culot un adaptateur électrique (en anglais: driver). Pour les lampes de salon, de bureau ou de chevet dont les LED sont intégrées au luminaire, le driver est généralement intégré à la prise ou caché dans le pied de la lampe. Le driver a pour rôle d'abaisser la tension (autour de 1,5 – 3,5 volts) et de "redresser" le courant pour qu'il circule uniquement dans un sens. Si le driver est bien conçu, il "lisse" aussi le courant, afin qu'il soit régulier et que les LED puissent émettre une lumière qui ne scintille pas (ou très peu). Ainsi, les bonnes ampoules et lampes LED ne produisent quasiment pas de flicker – les meilleures ont même une émission de lumière parfaitement homogène.

Cependant, pour des raisons d'efficacité énergétique* et de coûts de fabrication, le driver de certaines ampoules et lampes LED lisse imparfaitement le courant, voire pas du tout. L'éclairage peut présenter un flicker à 100 Hertz avec une très grande amplitude, ou osciller avec une combinaison de fréquences beaucoup plus rapides. Au pire, la lumière s'éteint vraiment 100 fois par seconde (flicker à 100%). Les guirlandes-LED décoratives ont souvent ce défaut; certaines ont même un flicker de 100% à 50 Hertz: c'est très incommodant, et même dangereux pour les personnes qui souffrent d'épilepsie photosensible.

La déclaration du flicker sur l'emballage n'est pas obligatoire

Les fabricants de produits d'éclairage à LED ne sont pas (encore) obligés de déclarer la valeur du flicker sur l'emballage. Mais on trouve cette indication sur le site internet de certaines marques. Il faut savoir aussi que deux mêmes ampoules achetées sur le même rayon peuvent présenter un flicker très différent, en raison de variations de qualité dans leur composants électroniques. Il se peut aussi que le driver soit d'une conception différente, alors que les ampoules ont exactement le même aspect.

Le variateur d'intensité (dimmer) peut être à l'origine du flicker des LED

Lorsqu'on installe des LED compatibles avec un variateur (dimmable) pour remplacer des ampoules ou des spots halogènes reliés à un variateur d'intensité (dimmer), l'éclairage peut présenter un flicker important, à 100 Hertz ou à des fréquence plus faibles nettement visibles (par exemple 50 Hertz). Le flicker ne se perçoit souvent pas lorsque l'intensité est réglée à son maximum, mais il peut devenir gênant lorsqu'on baisse l'éclairage. Il peut même arriver que les nouvelles ampoules s'éteignent dès qu'on baisse l'intensité, parce que, au total, elles ne soutirent pas assez de puissance électrique par rapport à l'ancien éclairage. Pour la même raison, le variateur peut fonctionner correctement lorsqu'on met en place une première ampoule LED en compagnie d'ampoules halogènes, et ne plus fonctionner lorsque toutes les LED sont en place. Pour préserver les LED et assurer un confort d'éclairage sans flicker, il vaut généralement mieux que le variateur soit adapté aux LED.

 


 

Variateur d'intensité à modulation de largeur d'impulsion (PWM, Pulse Width Modulation)

Graphique présentant le flicker d'une ampoule LED sur un variateur d'intensité à modulation de largeur d'impulsion – à pleine puissance Graphique présentant le flicker d'une ampoule LED sur un variateur d'intensité à modulation de largeur d'impulsion – à puissance  moyenne Graphique présentant le flicker d'une ampoule LED sur un variateur d'intensité à modulation de largeur d'impulsion – à faible puissance

Avec un variateur d'intensité "à modulation de largeur d'impulsion" (en anglais: Pulse Width Modulation = PWM), la lumière ne baisse pas d'intensité lorsqu'on diminue l'éclairage: ce sont les impulsions de lumière qui deviennent toujours plus brèves par rapport à la durée d'extinction.
La fréquence des impulsions représentée ici est à 100 Hertz, ce qui peut devenir très gênant lorsque l'intensité de la lumière est faible.

Certains variateurs d'intensité lumineuse (dimmer) ne diminuent pas l'intensité de la lumière en baissant le courant électrique, mais en envoyant aux ampoules des impulsions de lumière toujours plus brèves: moins il y a d'éclairage, et plus les impulsions de lumière sont brèves. Ainsi, nos yeux reçoivent moins de lumière et – en raison de la persistance de l'image sur la rétine de l'oeil – nous avons l'illusion que l'ambiance est moins lumineuse... Ce type de variateur est appelé "à modulation de largeur d'impulsion" (en anglais: Pulse Width Modulation = PWM)

Étant donné que les LED s'éteignent vraiment entre chaque impulsion, un variateur PWM peut créer un flicker très incommodant lorsque la lumière est tamisée. La gêne dépend de la fréquence des impulsions qui peut aller de 100 Hertz à plus de 1000 Hertz. Plus la fréquence est élevée, moins le flicker est, a priori, incommodant.

Comme leur nom l'indique, les variateurs "à courant continu" ne jouent pas sur les impulsions, mais sur la quantité d'électricité délivrée au lampes. En raison de la faible tension électrique de fonctionnement des LED, ce type de variateur est plus complexe à fabriquer. Et les LED peuvent avoir tendance à changer de couleur lorsque l'intensité de lumière est faible.

Il existe des variateurs qui combinent le courant continu et la modulation de largeur d'impulsion. Une autre possibilité est de se passer de dimmer, et de choisir des ampoules LED qui offrent 2 niveaux d'intensité d'éclairage lorsqu'on appuie successivement sur l'interrupteur. C'est une bonne solution pour éviter tout flicker.

Beaucoup d'écrans LED (ordinateur, téléviseur, tablette) utilisent l'éclairage à impulsion pour régler la luminosité. C'est aussi le cas des phares arrière LED des voitures, pour passer de l'éclairage de signalisation (éclairage faible) à l'avertissement de freinage (éclairage fort).


 

Les perturbations du réseau électriques peuvent accentuer le flicker

Des variations de la tension du réseau électrique provoquent un effet "flicker" sur les lampes. Elles peuvent être dues au démarrage de l'ascenseur de l'immeuble ou à des appareils électriques très puissants qui tournent dans le voisinage.

 


 

Flicker-mètre portable

Détecter et mesurer le flicker de l'éclairage

Pour mesurer précisément la fréquence et l'intensité du flicker d'une lampe (ou d'un écran), on peut utiliser un flicker-mètre. De la taille d'un gros téléphone sans-fil, certains modèles peuvent aussi analyser les principales caractéristiques de l'éclairage: spectre, IRC-indice de rendu des couleurs, température de couleur (~CHF 1000.-).

Un smartphone inspecte les vibrations lumineuses d'une ampoule

On peut aussi détecter le flicker à l'aide d'un smartphone. Il faut choisir le mode "photo/caméra" et l'approcher tout près de la lampe, jusqu'à ce que le réglage automatique de la luminosité assombrisse l'image. Si la lampe présente un flicker qui ne dépasse pas 200 Hertz, on voit apparaître sur l'écran des bandes alternées claires et sombres: ce sont les franges d'interférence entre les variations d'intensité de la lumière de la lampe et les images successives affichées sur l'écran du smartphone – l'image est "rafraîchie" généralement 30 fois par seconde (30 Hertz). Les flickers très rapides (1000 Hertz et davantage) ne sont généralement pas repérables.

Agitation d'une règle pour détecter le flicker d'une lampe

Un flicker important peut se repérer lorsqu'on agite rapidement la main, ou une règle, dans la lumière de la lampe (veiller à ce que seule la lampe à tester soit allumée). Le flicker agit comme un stroboscope de discothèque: on perçoit plusieurs images de l'objet en mouvement. Étant donné que notre vision périphérique est davantage sensible au flicker, le phénomène est plus perceptible si on agite la main (ou la règle) sur le côté de la tête.

Un tourne-disque

Si on possède une platine tourne-disque, on peut utiliser son système stroboscopique de réglage de la vitesse. La tranche du plateau tournant comporte généralement des marques qui sont éclairées par une mini-lampe ayant un flicker à 100 Hertz. Il suffit de faire fonctionner le tourne-disque sous la lumière de l'éclairage à tester, puis d'oberver si, sur l'ensemble du pourtour du plateau, les marques paraissent rester sur place ou se déplacer lentement (avec une lampe sans flicker – ou à la lumière du jour – on ne les distingue pas). Si le plateau est dépourvu de marques, on peut se servir du petit disque stroboscopique de réglage qui est généralement vendu avec la platine.

 

* Lorsque les LED sont alimentées électriquement de manière pulsée, elles consomment moins d'électricité que si elles reçoivent un courant stable et continu – ce qui permet de faire passer une ampoule dans une meilleure classe de l'étiquette-énergie (de A à A+, par exemple). De plus, les LED s'échauffent moins, leur qualité de lumière est plus stable, et leur durée de vie est prolongée. Pour ces raisons, certains fabricants choisissent  de donner à leurs ampoules un flicker à haute-fréquence (>1000 Hertz), tout en évitant le flicker à 100 Hertz qui peut être gênant.

 

Flicker des ampoules LED, sur le site de l'Office fédéral de la santé (OFSP)

Led à intensité lumineuse variable: Conseils, SuisseEnergie