1. Définition du flicker

Le flicker ou papillotement de lumière (de l'anglais : to flicker = scintiller, papilloter) est défini comme «impression subjective de fluctuation de la luminance» (cf. CEI 555-1). C'est un phénomène de gêne physiologique visuelle ressenti par les utilisateurs de lampes alimentées par une source commune à l'éclairage et à une charge perturbatrice. La gêne correspondant au scintillement se manifeste sur les lampes BT. Par contre, les charges perturbatrices peuvent se trouver connectées à tout niveau de tension.

Les fluctuations brusques de la tension du réseau sont à l'origine de ce phénomène. Dans cette définition du flicker ne rentrent que les fluctuations :

- d’amplitude < 10 %,

- de période < 1 heure.

Le flicker résulte surtout des fluctuations rapides de faible amplitude de la tension d'alimentation provoquées :

1- soit par la variation fluctuante de puissance appelée par divers récepteurs : fours à arc, soudeuses, moteurs, etc,

2- soit par la mise sous et hors tension de charges importantes : démarrage moteurs, manoeuvre de batteries de condensateurs en gradins, etc.

Surtout étudié pour les lampes à incandescence, le flicker est plus ou moins important selon le type de source lumineuse. Il peut avoir des causes autres que les variations de tension.

Depuis 50 ans le flicker a fait l’objet de nombreuses publications. C’est un phénomène maintenant bien défini (norme CEI 868), analysé, mesurable, pour lequel il existe des éléments de prévision et des remèdes.

2. Les fluctuations de tension a l'origine du flicker

Dans tous les pays industriels, les distributeurs d'énergie, comme les exploitants d'installation électrique, doivent respecter des tolérances de variations d'amplitude et de fréquence sur leurs réseaux, sinon le bon fonctionnement des équipements n'est plus garanti. Ainsi, en France, la norme EN 50160 fixe cette tolérance :

- à ± 10 % cette tolérance pour les tensions nominales BT (Basse Tension : Un < 1000 V),

- de + 6 % à - 10 % spécifiquement pour les tensions BT 230/400 V, entre 1996 et 2003, (harmonisation internationale),

- à ±1 % de la fréquence nominale (50 Hz).

Mais différentes sortes de variations de tension existent telles les fluctuations (variations cycliques), les creux de tension, les coupures, les surtensions, … (cf. fig. 1).

    Figure 1 - Définitions liées aux variations de tension (selon la CEI 555-3).

1- variation de tension;
2- duree de la variation de tension;
3- intervalle entre deux variations.

Dans les paragraphes suivants, sont présentés les deux principaux types de fluctuation de tension provoquant du flicker puis un rappel de la relation entre fluctuation de tension et puissance appelée.

Description des fluctuations de tension à l'origine du flicker

Les variations de tension périodiques et rapides

Ces variations périodiques ou erratiques permanentes ont une décomposition spectrale dans une bande de 0,5 Hz à 25 Hz.

Elles sont dues à des charges (ou ensemble de charges) dont l'utilisation se caractérise par une variation permanente d'appel de puissance (ex : fours à arc, machines à souder, …)

Les variations de tension par à-coups

Il s'agit ici des à-coups de tension se produisant de façon systématique ou erratique (intervalles entre à-coups supérieurs à quelques secondes).

Ces variations sont dues à des mises en service de charges importantes (ex : démarrage moteur, manoeuvre de batterie de compensation, …).

Explication mathématique de l'origine du flicker

Les sources de ces fluctuations sont les équipements électriques dont le fonctionnement nécessite d'importantes variations cycliques de courant qui, parcourant l'impédance du réseau (R, X), provoquent les variations de tension (cf. fig. 2).

    Figure 2 : les variations de tension à l'origine du flicker sont dues aux variations du courant I parcourant l'impédance du réseau (R, X).

On définit : U = tension nominale du réseau (de fonctionnement)

E = tension à vide du réseau

= chute de tension (= E - U)

P = puissance active de la charge sous la tension nominale U

Q = puissance réactive de la charge sous la tension nominale U

cos = facteur de puissance de la charge

I = courant nominal de la charge

Scc = puissance de court circuit du réseau amont

R = résistance totale du réseau amont

X = réactance totale du réseau amont

Si on considère que l'angle entre E et U est faible :

= E - U R.I.cos + X.I.sin

On peut écrire :

P = U.I.cos и Q = U.I.sin

ce qui donne:

= (R.P + X.QU) / U

et en valeur relative :

= (R.P + X.QU) /

Remarques :

1-en HT, la résistance R est négligeable vis à vis de l'impédance X, l'équation se transforme en : / U X.Q / = Q / Scc

c'est la variation de la puissance réactive Q qui est prépondérante et doit donc être contrôlée ;

2-en BT, R n'est pas négligeable : il faut alors agir sur les puissances active et réactive, P et Q.

Autres origines de flicker

Dysfonctionnement du système d'éclairage,

Une fluctuation du flux lumineux peut également être due à un mauvais fonctionnement du système d'éclairage.

C'est la première hypothèse à vérifier en cas de problème !

Par exemple : Les lampes fluorescentes comportent un ballast.

- les tubes avec ballast ferromagnétique traditionnel, outre le clignotement observé en fin de vie, peuvent générer du flicker lorsqu'ils sont associés à un gradateur. En effet, l'ionisation du gaz devient incertaine lorsque la commande de phase ampute une partie de la sinusoide.

- les tubes avec ballast électronique sont généralement insensibles aux variations de leur tension d'alimentation. Il existe des ballasts pouvant utiliser des gradateurs à commande de phase, dans ce cas des papillotements ont pu être observés en présence d'harmoniques ou de courants porteurs (détection incertaine du passage à zéro de la tension).

Flicker provoqué par les infraharmoniques et les interharmoniques

Il a été démontré et constaté que dans certaines conditions, la présence d'interharmoniques dans la tension d'alimentation est aussi une source de flicker. En particulier, les lampes à incandescence sont sensibles dans la bande de fréquence comprise entre 20 Hz et 80 Hz, alors que les fluorescentes le sont pour des fréquences supérieures à 100 Hz. Les lampes à ballast inductif semblent plus sensibles à ce phénomène que celles avec ballast capacitif.

Les perturbateurs

Le four à arc

Le four à arc est le principal générateur de flicker. Les fluctuations de tension, que son fonctionnement normal fait naître, sont d’autant plus ressenties que la puissance des fours est élevée, en particulier par rapport à la puissance de court-circuit du réseau : elle se chiffre couramment en dizaines de MVA.

Machines à charges fluctuantes

Les moteurs puissants, ou groupes de moteurs, à démarrages et arrêts fréquents, ou à charge variable, (tels ceux des laminoirs), ainsi que les machines à couple résistant alternatif (compresseurs), peuvent produire du flicker.

Régulateurs de puissance à thyristors

Pour échapper aux inconvénients de la «commande de phase» (harmoniques et parasites HF), les régulateurs à thyristors (parfois appelés gradateurs) fonctionnent en «commande syncopée» chaque fois que leur charge le permet.

Les thyristors à commande syncopée sont allumés pendant des périodes entières (régulation par train d’ondes entières), mais les temps de conduction sont très brefs, répétés à des fréquences de quelques Hz. Ils sont donc générateurs de flicker. Par exemple, pour éviter ce phénomène dans le domaine du chauffage électrique, les normes imposent aux constructeurs des systèmes de régulation tels que la puissance ne soit pas commutée plus d'une fois toutes les vingt secondes

Les machines à souder

Les soudeuses à arc de puissance relativement faible sont peu gênantes (sauf utilisation intensive chez un abonné BT). Par contre les cycles répétitifs des soudeuses par résistance, à des fréquences comprises entre 0,1 et 1 Hz , sont à l’origine de perturbations sous la forme d’à-coups de tension.

3. Inconvénients du flicker, sensibilité des sources lumineuses

Les fluctuations de tension n'ont généralement pas d'influence sur le bon fonctionnement des appareils connectés, la variation étant inférieure aux limites contractuelles de variation de tension d'alimentation (cf. Chapitre précédent). Par contre, ces fluctuations peuvent, pour différents types d'éclairage, affecter le flux lumineux. Le tableau de la figure 3 regroupe les principales caractéristiques des différentes sources lumineuses et leurs comportements selon la tension.

En résumé il est possible d'écrire que toutes les sources lumineuses sont sensibles aux variations de tension, et dans l'ordre décroissant de sensibilité :

- les lampes à vapeur de mercure ou de sodium, mais elles éclairent des lieux où le papillotement est peu gênant (espaces extérieurs, monuments, routes, etc.) ;

- les lampes à incandescence ;

- les lampes fluorescentes.

Les récepteurs de télévision ainsi que les écrans des systèmes informatiques ont une certaine sensibilité au flicker, elle est très variable suivant les appareils, aucune étude précise n’a été faite à ce sujet.