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#7a.   La Lampe Fluorescente :
      Application courante d'un plasma


    Vous avez pu remarquer dans le schéma (reproduit ici) que le circuit de montage de la lumière fluorescente comprenait une "bobine de ballast," De même vous avez peut être repéré de telles bobines chez vous, souvent enfermée dans une boîte rectangulaire. Les ampoules habituelles–avec filaments incandescents–sont directement branchées aux lignes électriques, mais les lampes fluorescentes reçoivent toujours leur courant par l'intermédiaire d'un ballast. Pourquoi?


    Bonne question. Si vous avez étudié l'électricité, vous connaissez sûrement la loi d' Ohm, qui dit que le courant traversant un circuit est inversement proportionnel à la résistance R. Doublez celle-ci et seule la moitié du courant passe, multipliez la par 10 fois et seulement 1/10 du courant passe. C'est comparable à un écoulement d'eau passant dans un tube -- si vous rétrécissez de 10 fois celui-ci, alors (toutes choses étant égales) seulement 1/10 d'eau ne passe.

Un conducteur très vorace qui défie la loi d'Ohm !

  Eh bien, si vous pensiez que la loi d'Ohm était une loi universelle de l'électricité - sachez qu'elle ne l'est pas. Avec des fils de métal elle est assez fidèle, bien que leur résistivité varie avec la température : le filament froid d'une ampoule n'a que 1/5 de la résistance du même réchauffé, de sorte qu'au départ il faut à la lampe un courant 5 fois plus fort. Mais ce n'est pas du tout vrai avec les plasmas. La résistance de votre lampe fluorescente n'est pas fixe, elle dépend de l'intensité du courant: plus le courant est grand, plus la résistance est petite.

  Autrement dit, le plasma est un conducteur avide d'électricité. Supposez qu'il y a juste assez d'électrons libres pour démarrer le courant autorisant le déplacement rapide et le heurt brutal des ions et des électrons. Ces collisions déshabillent les atomes du gaz de leurs électrons additionnels. Ces derniers intensifient le courant, ce qui entraîne d'avantage de collisions et donc d'électrons libres, qui continuent à augmenter le courant, de plus en plus... Ainsi, si une lampe fluorescente était directement branchée sur le courant, non protégée, celui-ci augmenterait rapidement jusqu'à ce que ...problème! Le tube est susceptible de s'échauffer et d'éclater, le câblage pourrait fondre... ou plus probablement, le fusible ou le disjoncteur de protection du montage couperait le courant.

Le Ballast

  Une résistance reliée en avant du tube au lieu du ballast du schéma, empêcherait celà. Imaginez une puissance de 110 volts et une résistance de 220 ohms : alors même si la résistance effective du plasma tombe à zéro (et elle ne peut pas tomber plus !), le courant n'est plus que de (110volt/220ohm ) = 0.5 ampère. Si on ajoute la résistance propre du plasma, toujours différente de zéro, le dénominateur devient plus grand et plus petit encore le courant.

  Pourquoi une bobine et non une résistance ? Parce que le tube est alimenté par une tension alternative, qui monte et descend 120 fois par seconde (aux Etats-Unis ; 100 fois en Europe). Son courant électrique s'inverse, 60 fois par seconde dans une direction, 60 fois dans l'autre. La tension tombe à zéro et le tube s'éteint, puisque les plasmas réagissent très rapidement.

  Une bobine de ballast peut pallier à cela. Dans un courant alternatif, elle agit un peu comme une résistance. Lors le courant s'élève, elle lui enlève de l'énergie au profit de son champ magnétique, freinant donc son accroissement. Puis, lorsque la tension chute à zéro l'énergie magnétique emmagasinée entraîne une montée immédiate de tension qui rallume le tube. Vous ne verrez pas habituellement un clignotement rapide de la lumière, sauf peut-être si vous la regardez à travers un ventilateur tournant, qui (à la bonne vitesse) semblera alors s'arrêter . (Note: Il y a maintenant des lampes fluorescentes compactes dont le ballast est remplacé par un circuit électronique plus sophistiqué. Le flux du courant électrique est alors limité par des transistors.)

  Et que dire de la "fluorescence" ? Les atomes de mercure dans le plasma générent très efficacement de la lumière, mais surtout des ultra-violets (UV), non percus par l'il et dangereux (s'ils n'étaient pas absorbé par le verre). La solution consiste à recouvrir l'intérieur du tube par une peinture rouge foncé (fluorescente), qui absorbe les UV et re-émet son énergie en lumière visible.

  Il faut aussi des ballasts avec les autres lampes fonctionnant au plasma -- lampadaires au sodium et au mercure, lampes au néon etc. ... Récemment, des petites lampes fluorescentes sont apparues sur le marché, que l'on place dans la douille d'une ampoule courante. Elles ont des transistors pour remplacer la bobine, et bien qu'elles soient plus chères que les lampes avec filament, elles sont (comme d'autres lampes fluorescentes) beaucoup efficaces.

    (Et si vous pensez la loi de l'ohm est malmenée par les plasmas des lampe fluorescente -- attendez de connaître le courant annulaire, le courant électrique transporté autour de la terre par les ions captifs et les électrons de la ceinture de rayonnement. Ce courant ne nécessite aucun voltage, il ne circule qu'en raison de la capture du plasma !)

Quelques mots au sujet de la sécurité

  Si une lampe fluorescente n'est pas protégée par un ballast, elle pourrait en principe permettre la circulation d' un intense courant. De temps en temps (pas souvent), une bobine de ballast est défaillante, le disjoncteur ne fonctionne pas et un incendie se produit. Le signe habituel d'une bobine en mauvais état est une forte crépitation Pourquoi ? Pour se protéger des courants parasites, l'enroulement est situé non pas autour d'un noyau de fer plein, mais autour d'un empilement de fers plats isolés les un des autres par une substance goudronneuse. Avec de vieux montages, ces plats fonctionnent quelquefois mal et vibrent au démarrage à la fréquence du courant alternatif, ce qui est perçu par nos oreilles comme un profond bourdonnement. Les vibrations violentes peuvent abimer les bobines enroulés autour de ceux-ci et laiser passer un plus grand courant.

  Un bourdonnement de faible-intensité n' est en principe pas alarmant, mais peut être gênant. S'il est vraiment fort, il est plus sûr de remplacer l'enroulement ou le montage. Certains transformateurs électriques sont également construits autour de fers plats empilés et sont sujets au même problème.


Prochaine étape: #7H.  Historique du Plasma

Mis à jour le 25 Novembre 2001
Re-structuré le 9-28-2004