Lampes fluorescentes > Modèle de prédiction de durée de vie

Le cycle d’allumage extinction concernant les tests de vieillissement est standardisé. Les normes préconisent un cycle complet (allumage extinction) de 3 heures, comprenant 2 heures 45 minutes d’allumage pour 15 minutes d’extinction. Les tests de durée de vie dont on peut trouver les résultats sur catalogue par exemple, sont donc effectués suivant ces normes. Si on considère par exemple une durée de vie moyenne de 20000 heures cela équivaut à une durée de test de 2 ans et demi. Il est inutile de dire que ce type de test est excessivement long et coûteux lorsque l’on se place dans un contexte industriel. De ce point de vue il serait souhaitable d’effectuer des tests de vieillissement sur des durées beaucoup plus courtes, ce qui implique d’effectuer des tests dans des conditions différentes. On peut trouver diverses parades pour raccourcir les temps de tests. Par exemple diminuer la durée des cycles d’allumage et d’extinction, ou encore diminuer la quantité de matière émissive sur l’électrode. Ces techniques nécessitent tout de même de trouver une relation pour remonter à la durée de vie définie sur le cycle standard, et malheureusement même si les cycles courts montre une tendance du comportement des lampes, il n’existe pas de relation directe pour remonter à la durée de vie standard en partant de la durée de vie obtenue lors d’un cycle court.



Un effort particulier a été développé pour tenter de déterminer des paramètres qui pouvaient corréler la durée de vie dans l’objectif de raccourcir les essais de vieillissement longs et onéreux et peut être même à terme de s’en affranchir complètement.

Parmi ces paramètres on peut citer, la chute de tension cathodique, la température des électrodes et la mesure, soit de façon directe [BAT], soit de façon indirecte, de la quantité de matériel émissif présente sur l’électrode. On peut également citer des paramètres électriques, comme la tension d’arc et le courant de lampe [HAM1] [NAR], et la mesure du rapport Rh/Rc juste après la phase de préchauffage (rapport entre la résistance à froid 25°C et la résistance à chaud), pour des lampes fluorescentes fonctionnant sur des ballasts électronique avec préchauffage des électrodes.

La réalisation de modèles d’électrodes est également une voie d’investigation pour mieux comprendre les phénomènes gouvernant leurs fonctionnements et pour tenter de relier la perte de matériel émissif dans les différentes phases de fonctionnement avec la durée de vie ou les éventuelles fractures de l’électrode.

Nous allons ici décrire rapidement le modèle de Wharmby qui semble être à l’heure actuelle le plus précis tout en reposant sur des mesures relativement simple à mettre en oeuvre.

Modèle de prédiction de Wharmby

Les récents travaux de Wharmby permettent de prédire la durée de vie d’un système constitué de lampes fluorescentes lorsque celui-ci a fonctionné environ 4000 heures. Cela permet donc de prédire la durée de vie avec une très bonne précision relativement tôt dans son cycle de vie. Il est supposé dans cette étude que la fin de vie de l’électrode est uniquement due à la perte de matériel émissif.

L’idée sur laquelle repose ce travail est que la capacité thermique des enroulements de l’électrode dépend du poids de matériel émissif présent sur ceux-ci. La résistance du tungstène étant fortement dépendante de la température, la mesure de la résistance des enroulements peut être corrélé à la température moyenne de l’électrode.

Le principe est de mesurer le taux de chauffage de l’électrode (dR/dt) lorsqu’un courant de chauffage la parcourt (décharge éteinte). Il a été montré que le maximum du taux de chauffage est caractéristique de la capacité thermique de l’électrode et donc de l’état de vieillissement de l’électrode. La mesure du maximum du taux de chauffage d’une électrode dépourvue de matériel émissif donne donc une valeur limite au-delà de laquelle la lampe est considérée être arrivée en fin de vie.

Des mesures effectuées à différents temps de fonctionnement montrent qu’une prédiction de durée de vie moyenne fiable peut être effectuée par extrapolation à partir de 4000 heures de fonctionnement après seulement 4 sessions de mesures (1000h, 2000h, 3000h et 4000h). Ceci est une avancée majeure puisque la durée de vie peut être prédite avec une bonne précision bien avant que la fin de vie ne soit effective. De plus le principe non intrusif des mesures et leur simplicité (relative) de mise en oeuvre confère un avantage certain quant à l’utilisation de cette méthode.