Papillotement (électricité)

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En électronique[1], le papillotement ou scintillement (flicker en anglais) est une fluctuation de tension électrique causée par des perturbations électromagnétiques ou par des variations de puissance sur le réseau porteur de cette tension.

En électrotechnique[2] comme en éclairage[3], en colorimétrie, ou en télévision[4] le papillotement est une impression d'instabilité de la luminosité ou de la couleur, due à une variation rapide du stimulus lumineux, en-dessous d'une fréquence critique qui varie principalement selon la luminosité.

Des variations de la tension du réseau d'alimentation en courant secteur alternatif local peuvent provoquer un effet de papillonnement sur certaines sources lumineuses alimentée par la même source électrique. Ces variations sont principalement engendrées par les fluctuations de puissance réactive sur le réseau, causées elles-mêmes notamment par la connexion et déconnexion subite d'appareils gourmands en énergie.

La télévision sur tube cathodique a employé l'entrelacement pour éviter le papillotement (vidéo) de trame[5] sans avoir à augmenter la fréquence de renouvellement complet de l'image[6].

L'optique physiologique a fourni beaucoup d'études sur le papillotement[7]. Les égalisations de couleurs qui servent pour établir les fonctions colorimétriques se sont révélées plus précises et plus stables quand les échantillons à comparer sont présentés alternativement à une fréquence provoquant un papillotement, qui se réduit au minimum quand leurs couleurs sont identiques[8].

Sources de papillotement

Voici une liste d'appareils pouvant engendrer un papillotement sur le réseau électrique :

Appareils sensibles à l'effet du papillotement

Toute source lumineuse connectée sur le réseau électrique peut être sensible au papillotement, jusqu'à un certain degré. Le papillotement de la lumière dépend du réseau et des sources de papillotement qui peuvent s'y retrouver, à proximité. Voici une liste d'appareils sensibles à l'effet du papillotement :

Effets nocifs

La papillotement de la lumière, lorsqu'observé par l'œil humain, peut provoquer de la fatigue ou de l'irritabilité et peut augmenter le risque de crise chez les gens souffrant d'épilepsie. Le papillotement de la lumière peut également causer des maux de tête.

Références normatives

La série de normes CEI 61000 de la Commission électrotechnique internationale (CEI) établit des limites au papillotement tolérable dans un réseau électrique. Cette série de normes concerne le domaine de la compatibilité électromagnétique.

Le Vocabulaire électrotechnique international (CEI 60050) définit la plupart des termes en rapport.

Quantification

La quantification doit prendre en compte les effets sur les mécanismes de la vision et doit donc être faite sur un temps suffisamment long. Malgré cela, l'effet du papillotement peut varier considérablement dans un intervalle de temps court, puisqu'il est fonction des connexions et déconnexions électriques « instantanées » opérées sur le réseau. Différentes méthodologies de calcul des indicateurs de papillotement sont détaillées par la Commission électrotechnique internationale (CEI), notamment dans la série de normes CEI 61000 qui porte sur la comptabilité électromagnétique.

Fréquence critique de papillotement

La fréquence critique de papillotement est celle au-delà de laquelle la variation de la luminosité n'est plus perceptible. L'observateur voit une luminosité stable, moyenne, selon une loi que Talbot a énoncé au XIXe siècle, si l'observation dure deux secondes au moins[9].

La valeur de la fréquence critique de papillotement descend jusqu'à 3 ou 4 Hz pour les faibles niveaux, et dépassent 100 Hz aux fortes luminances[10]. Plusieurs facteurs jouent sur la fréquence critique, l'excentricité de la source dans le champ visuel, l'étendue de la source, la forme de la fonction qui représente la variation, l'observation monoculaire notamment[11].

Sévérité du flicker à court terme (Pst)

La sévérité du flicker à court terme, Pst (short-term), correspond au papillotement perçu pour une courte période de temps. La sévérité de l'effet est observée sur un intervalle de dix minutes. Cet intervalle est assez long pour minimiser les effets « transitoires » de connexions de charges, mais également assez long pour prendre en compte la perceptibilité d'un utilisateur. Le calcul de l'indice de Pst est basé sur des centiles, calculés à partir des valeurs de sensation instantanée de papillotement (Pinst). Ce calcul est détaillé dans la norme CEI 61000‑4‑15.

Sévérité du flicker à long terme (Plt)

La sévérité du flicker à long terme, Plt (long-term), correspond au papillotement de longue durée et prend en compte les appareils à cycle long ou variable, comme les fours à arc. Le temps de référence est alors de deux heures. Le calcul du paramètre Plt est effectué à l'aide des paramètres Pst sur une durée de deux heures, en suivant les équations détaillées dans la norme CEI 61000‑4‑15. Pour les mesures de la qualité de la tension, une période de plus de deux heures peut être choisie, donc en utilisant plus de 12 valeurs de Pst. Les façons de procéder sont recommandées et détaillées dans les normes CEI 61000‑4‑30, CEI 61000-3-3 et CEI 61000-3-11.

Mesure

Malgré le fait que la gêne occasionnée par le papillotement sur un observateur est difficile à prendre en compte, l'effet est aujourd'hui bien connu, mesurable et quantifiable à travers l'expérimentation.

La sensation de gêne est fonction du carré de l'amplitude de la fluctuation de la tension et de la durée de celle-ci. La sensibilité de l’observateur moyen aux fluctuations d’éclairement est maximale à environ 8,8 Hz.

Par ailleurs, les variations de tension en elles-mêmes sont mesurables à l'aide d'un flickermètre qui simule la réponse lampe-œil-cerveau et qui peut calculer les valeurs de Pinst. Les spécifications fonctionnelles des flickermètres sont détaillées dans la norme CEI 61000‑4‑15.

Le papillotement de la lumière peut être mesuré à l'aide d'un flickermètre de la lumière. La brochure technique CEI TR 61547-1 propose une méthode d'évaluation du papillotement de la lumière pour permettre de comparer différentes technologies d'éclairage à usage domestique.

Moyens de s'en prémunir

Différents moyens sont proposés pour diminuer l'effet du papillotement :

Contraintes réglementaires

Des contraintes légales peuvent être imposées dans certains pays aux installation de production ou de communication d'énergie électrique quant au niveau de papillotement qu'elles créent. C'est le cas en France où 2 arrêtés techniques du fixent des niveaux de Pst et Plt à respecter[12].

Bibliographie

Notes et références

  1. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Compatibilité électromagnétique : Variations de tension et papillotement », dans IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, 1987/1990 (lire en ligne), p. 161-08-13.
  2. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Generation, transmission et distribution de l'électricité : Opérations », dans IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, 1987/1990 (lire en ligne), p. 614-01-28.
  3. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Éclairage : Vision, rendu des couleurs », dans IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, 1987/1990 (lire en ligne), p. 845-22-092.
  4. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Diffusion : son, télévision, données : Qualité et défauts de l'image », dans IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, 1987/199t (lire en ligne), p. 723-06-19.
  5. ↑ Commission électrotechnique internationale, « Diffusion : son, télévision, données : Qualité et défauts de l'image », dans IEC 60050 Vocabulaire électrotechnique international, 1987/199t (lire en ligne), p. 723-06-21.
  6. ↑ (en) George Evenson, La vie de Philo F. Farnsworth, New York, The Vail-Bllou Press, , p. 202.
  7. ↑ Yves Le Grand, Optique physiologique : Lumière et couleurs, t. 2, Paris, Masson, , 2e éd., p. 189-192, particulièrement p. 190.
  8. ↑ Le Grand 19725, p. 191.
  9. ↑ Le Grand 1972, p. 189.
  10. ↑ Le Grand 1972, p. 190.
  11. ↑ Le Grand 1972, p. 191-192.
  12. ↑ texte disponible sous Légifrance [1]

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