Lampes à décharge : généralités
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On reprend généralement sous la dénomination “lampes à décharge”
les lampes à décharge “haute pression” (lampe au sodium haute pression, aux halogénures métalliques ou au mercure haute pression),
et les lampes au sodium basse pression.
Mais les tubes fluorescents, les lampes fluocompactes et les lampes à induction sont aussi des lampes à décharge (la lumière y est aussi produite par une décharge électrique dans un gaz).
Principe de fonctionnement
Une lampe dite “à décharge” fonctionne par décharge d’un courant électrique dans une atmosphère gazeuse. La décharge se fait au travers d’un tube à décharge qui se trouve lui-même dans une ampoule vide.
Lorsqu’on met la lampe sous tension, des électrons sont émis par les deux électrodes de tungstène. Lors de leur trajet au travers du tube à décharge, ils entrent en collision avec les atomes de gaz. Il en résulte une libération d’énergie soit sous forme de lumière visible, soit sous forme de rayonnement ultraviolet invisible (principalement pour les lampes au mercure haute pression). Ce dernier est absorbé par le revêtement
fluorescent présent sur la face interne de la lampe et converti en rayonnement visible.
Selon la pression du gaz dans le tube ou l’ampoule, on distingue les lampes à basse et à haute pression.
Les lampes à décharge ont besoin des éléments suivants pour fonctionner : – d’un amorceur (l’équivalent du starter des lampes fluorescentes),
– d’un ballast et d’un condensateur.
Ces trois éléments sont nécessaires pour :
Principales dénominations commerciales
Type de lampe / Marques * Philips Osram Sylvania
Sodium basse pression SOX SOX SLP
Sodium haute pression SDW
SON
NAV SHP
SHX
Mercure haute pression HPL HQL
HWL HSL
HSB Halogénures ou iodures
métalliques HPI
MHN/MHW CDM
HQI
HCI HSI
MS MP
Induction QL – –
* Liste non exhaustive.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes à décharge
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
Lampes fluocompactes
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Eté 2008 : Brieuc.
22-10-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
22-10-2008 : WinMerge ok – Sylvie
30-03-2009 : Application des nouveaux styles de mise en page. Julien.
11-03- 2013 : actualisation, Didier D et Olivier
Comment fonctionne une lampe fluocompacte ?
Une lampe fluocompacte fonctionne comme un tube fluorescent mais le tube est replié de manière à la rendre plus compacte. On trouve sur le marché des lampes
fluocompactes à profusion.
Types et caractéristiques générales
Sur le marché, on retrouve trois grandes familles de lampes fluocompactes : Les lampes dites “économiques” à culot à visser sont les lampes les
plus répandues dans le commerce grand public. Elles ont plus une vocation de lampes de rénovation ou de remplacement de la lampe à incandescence. Ces lampes économiques “PL” ont toute leur électronique incorporée et sont de faible puissance. Certains modèles peuvent être dimmables.
Les lampes fluocompactes à culot à broches (plus professionnelles) sont souvent utilisées dans des luminaires de type “Downlight”
équipés d’optiques performantes. Ces lampes PL fonctionnent avec
ballast non incorporé. Le ballast peut être électronique dimmable ou pas (4 broches) ou conventionnel (2 broches).
Certains constructeurs innovent en présentant des séries de lampes fluocompactes capables d’équiper les luminaires à lampe halogène. Certains modèles sont dimmables.
Voici un récapitulatif des différents modèles efficaces.
Caractéristiques des lampes fluocompactes à broches
Les avantages des lampes à culot à broches sont
Un plus grand choix de température de couleur et d’IRC.
La possibilité de conserver le ballast (durée de vie de 30 000 h) lors du
remplacement de la lampe (durée de vie de 8 000 h, ou 13 000 h avec ballast électronique).
L’utilisation d’un ballast électronique assure un allumage instantané de la lampe, sans clignotement, ni temps d’échauffement.
Certaines lampes fluocompactes encore plus proches des tubes fluorescents atteignent des durées de vie plus importantes : durée de vie moyenne de 10 000 h ou 16 000 h (avec ballast électronique) et durée de vie utile de 5 000 h ou 8 000 h (ballast
électronique).
Ces lampes ont été conçues pour être placées en ligne comme les tubes fluorescents, mais pour avoir un flux lumineux plus important pour un même encombrement.
Ce sont les seules lampes fluocompactes qui existent dans la gamme de classe 1A.
Influence de la température ambiante
Le flux lumineux et l’efficacité lumineuse des lampes fluocompactes chutent très fort avec la température ambiante. À tel point que certaines lampes ne s’allument plus en dessous de 0°C ! Il est donc déconseillé de les utiliser à l’extérieur. Néanmoins les lampes enfermées dans un globe ou à 4 tubes résistent mieux au froid que les lampes à 2 tubes, car la chaleur y est mieux conservée.
Lampes dans un globe, lampes à 3 tubes, lampes à 2 tubes.
Utilisant la même technologie que les tubes fluorescents, leur durée de vie dépend du nombre d’allumages et du ballast utilisé.
Données pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici !
Données pour consulter un récapitulatif des
caractéristiques des différents types de lampe : cliquez ici !
Fin des lampes inefficaces
Petit à petit les lampes inefficaces sont retirées du marché.
Actuellement, seules les lampes fluocompactes les plus performantes (classes A) sont encore disponibles.
Réglementations Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes : cliquez ici !
Données pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici !
Données pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe : cliquez ici !
Lampes à induction
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Comment fonctionne une lampe à induction ?
La lampe à induction est une lampe à mercure basse pression comme le tube fluorescent et la lampe fluocompacte.
Comme dans la lampe fluorescente, la lumière est produite par ionisation des atomes de gaz présents dans l’ampoule. Les rayonnements invisibles produits sont rendus visibles grâce à une poudre fluorescente présente sur la face interne de l’ampoule.
Dans une lampe à induction, il n’y a pas
d’électrode. L’ionisation des atomes est réalisée par un champ électromagnétique créé par la circulation d’un courant à haute fréquence dans une bobine appelée “antenne”.
Cette bobine est placée au centre de l’ampoule dans la cavité prévue à cet effet. Le courant à
haute fréquence est produit par un générateur extérieur. Celui-ci est directement relié à l’antenne.
Caractéristiques générales
La durée de vie de cette lampe est exceptionnelle. Après 60 000 heures, le flux lumineux est descendu à 70 % du flux initial, et 20 % des lampes sont mortes.
C’est le fait que l’antenne soit placée à l’extérieur de l’ampoule qui permet d’obtenir cette durée de vie exceptionnelle. En effet, aucune usure ne se produit sur les composants puisqu’il n’y a plus ni électrode, ni filament.
Sa caractéristique de couleur est comparable à celle d’une lampe fluorescente de classe IB.
Application : la lampe à induction est utilisée là où la maintenance est difficile ou coûteuse, et dans des situations requérant de longues périodes de fonctionnement.
Cependant, peu de fabricants la commercialisent encore.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes à induction.
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
Tubes fluorescents
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T5 : 16 mm – T8 : 26 mm – T9 : 29 mm – T12 : 38 mm.
Comment fonctionne un tube fluorescent ?
Les lampes fluorescentes font partie des lampes à décharge. Elles
fonctionnent par décharge d’un courant électrique dans une atmosphère gazeuse.
Les lampes fluorescentes utilisent de la vapeur de mercure sous basse pression.
Lorsqu’on met le tube sous tension, des électrons sont émis par les deux électrodes de tungstène. Lors de leur trajet au travers du tube, ils entrent en collision avec les atomes de mercure. Il en résulte une
libération d’énergie sous forme de rayonnement ultraviolet invisible. Ce rayonnement est absorbé par la couche fluorescente présente sur la face interne du tube et converti en rayonnement visible.
La composition chimique de la couche fluorescente placée à l’intérieur du tube
influence la couleur de la lumière émise et l’indice de rendu des couleurs de la lampe.
Comme toutes les lampes à décharge, le tube fluorescent a besoin pour fonctionner d’un starter, d’un ballast et d’un condensateur pour compenser le mauvais cos φ.
L’ensemble de ces 3 éléments peut être remplacé par un ballast électronique.
Techniques Pour en savoir plus sur le principe d’allumage d’un tube fluorescent !
Types et caractéristiques générales
Les différents diamètres
Il existe 3 grands types de tubes fluorescents sur le marché : T12 ou T38 : de diamètre 38 mm,
efficacité lumineuse = 40 à 70 lm/W;
T8 ou T26 : de diamètre 26 mm, efficacité lumineuse = 65 à 95 lm/W (à 25°C de température ambiante);
T5 ou T16 : de diamètre 16 mm,
efficacité lumineuse = 85 à 105 lm/W (à 35°C de température ambiante).
Les tubes de diamètre de 38 mm (T12) n’existent pratiquement plus. Les tubes T5 offrent, quant à eux, des possibilités de design plus important des luminaires de par la
concentration de la lumière dans une source de dimension réduite.
La température de fonctionnement des lampes
Températures faibles
Le flux lumineux et l’efficacité lumineuse chutent très fort avec la température ambiante, à tel point que certaines lampes ne s’allument plus en dessous de 0°C.
Températures ambiantes
Beaucoup d’encre a coulé concernant la révolution énergétique qu’a apportée le développement du tube fluorescent T5 par rapport au T8. À notre avis, le besoin d’une autre esthétique de la part des architectes a été primordial dans le développement du T5.
Reste un point nébuleux !
À savoir la comparaison de l’efficacité énergétique des tubes T5 par rapport aux T8 est tributaire de la température de régime du tube dans son
environnement (soit la température ambiante). Le graphique suivant montre clairement que la lampe T5 donne son flux maximum à une température de 35 °C tandis que la lampe T8 l’atteint à 25 °C.
Et donc même si le flux lumineux des T5 présentée par les fabricants est supérieure (d’environ 90%) à celui des T8 (à puissance équivalente), dans un même local (soit à même température ambiante), les T5 et T8 présenteront sensiblement le même flux lumineux !
Puissances et dimensions
Type de lampe Puissances courantes Flux lumineux Longueurs
T12 20 de 1 050 à 4 800 lm 59
40 120
65 150
T8 18 de 1 350 à 5 200 lm 59
36 120
58 150
T5 14 de 1 350 à 4 900 lm 55
21 85
24 55
28 115
35 145
49 145
54 145
80 145
Pour les T8, les lampes de puissances différentes sont de longueurs différentes et ne sont donc pas interchangeables.
En ce qui concerne les T5, certaines lampes de puissances différentes sont de même longueur comme par exemple les 14 et 24 W ou les 35, 49, 54 et 80 W.
Attention : même si les dimensions des lampes sont identiques, le remplacement d’une lampe de 49 W, par exemple, par une lampe de 54 W ne pourra s’effectuer vu que les ballasts sont spécifiques à leur lampe.
L’indice de rendu des couleurs et température de couleur
La lumière des tubes fluorescents est souvent considérée comme froide et peu
agréable. Cette remarque, valable pour les tubes d’ancienne génération (IRC = 65), n’est plus d’application avec les tubes actuels (IRC > 85). Ceux-ci présentent, en effet, une grande gamme de températures de couleur et d’IRC. Il est donc possible de choisir un tube ayant des caractéristiques presque semblables aux lampes à incandescence.
La dénomination à trois chiffres (930 … 865) semble devenir un standard pour tous les types de lampes fluorescentes. Le premier chiffre indique la classe de rendu de couleur (9 = Ra > 90, 8 = 90 > Ra > 80, …). Les deux derniers chiffres représentent la température de couleur (30 = 3 000 K, …).
Les tubes fluorescents de la gamme IRC = 2 sont aussi appelés tubes fluorescents “standards”, les autres tubes fluorescents “nouvelle génération” ou encore
“triphosphores”.
L’efficacité lumineuse d’un tube fluorescent dépend également de son indice de rendu de couleur. Ci-dessous,
une gamme de lampes fluorescentes présente sur le marché. On constate que l’efficacité lumineuse est maximale pour un IRC de 85 (classe 1B).
62 (classe 2) 79
80 (classe 1B) 85 80 (classe 1B) 94 85 (classe 1B) 90 85 (classe 1B) 95
91 (classe 1A) 80 95 (classe 1A) 61
98 (classe 1A) 65
98 (classe 1A) 61
La durée de vie
La durée de vie des tubes fluorescents dépend du type de ballast qui leur est associé.
Avec un ballast électronique avec préchauffage des électrodes, la durée de vie utile des tubes de 16 ou 26 mm de diamètre et de classe 1B, atteint environ 16 000 h. Dans les autres cas (ballast électromagnétique ou électronique sans préchauffage), elle est voisine de 10 000 h (8 000 h pour un montage inductif et 12 000 h pour un montage capacitif).
Dans les derniers cas ci-dessus, le nombre d’allumages aura également une influence importante sur la durée de vie des lampes. Le graphique suivant montre qu’une lampe allumée et éteinte toutes les 15 minutes a une durée de vie 3 fois plus courte qu’une lampe fonctionnant par plages de 10 h. Dans le cas des lampes à ballast électronique avec préchauffage, l’augmentation de la fréquence d’allumage diminue nettement moins la durée de vie (perte de 0,02 h par allumage).
Notons également qu’il existe une gamme de tubes de 16 et 26 mm de diamètre dite de longue durée dont la durée de vie utile atteint 30 000 voire 40 000 h.
Gradation du flux lumineux
Pour pouvoir moduler le flux lumineux des tubes fluorescents, on doit les équiper de ballasts électroniques graduables (appelés aussi dimmables).
Données pour connaitre les caractéristiques des tubes fluorescents !
Données pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe !
Lampes aux halogénures métalliques
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Comment fonctionne une lampe aux halogénures métalliques ?
La lampe aux iodures métalliques fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.
Pour certaines lampes, l’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.
Particularités
L’ampoule contient de la vapeur de mercure haute pression dans laquelle on a ajouté des halogénures métalliques. Suivant le fabricant, les iodures métalliques sont différents (dysprosium, scandium, sodium, tallium, indium, etc.). La température de couleur
dépend des iodures métalliques présents.
La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, mais une petite partie est émise sous forme de rayonnements ultraviolets invisibles. Dans les lampes ellipsoïdes, on tente de récupérer ces rayons en tapissant la paroi intérieure de l’ampoule d’une poudre qui absorbe les U.V. et les transforme en rayons visibles de couleur chaude, de manière à obtenir une couleur globale moins froide. Cette poudre rend l’ampoule opaline.
Caractéristiques générales
Technologies quartz et céramique
Les premières générations de lampe à halogénure métallique ont fait appel à un brûleur quartz. Cette technologie est tout doucement remplacée par la céramique qui :
supporte mieux les plus hautes températures permettant une miniaturisation des lampes ;
est moins sensible à la corrosion des halogénures métalliques ; est moins poreux aux éléments de remplissage ;
améliore l’efficacité lumineuse et le rendu de couleur.
Comment les reconnaître ?
Lampe ovoïde de puissance élevée (250 – 400 W) équipée : d’un tube à décharge au quartz,
d’un culot standard.
Lampe tubulaire de puissance élevée (250 – 2 000 W) transparente équipée :
d’un tube à décharge au quartz, d’un culot standard.
Lampe compacte (70 – 150 W) équipée d’un brûleur céramique.
Lampe compact (35 -150 W) équipée d’un brûleur céramique.
Lampe (35 – 70 W) équipée d’un brûleur céramique à culot standard.
Avantage et inconvénient
Elles ont un flux lumineux élevé et un bon rendement.
Pour certaines applications (dans les bureaux par exemple), il faut une protection contre les U.V. Cette protection peut se faire soit au niveau de la lampe, soit au niveau du luminaire.
Il existe des lampes aux iodures métalliques qui peuvent être utilisées en remplacement direct des lampes au sodium haute pression. Il suffit de changer l’ampoule, il ne faut aucune modification de ballast,
d’armature ou de câblage.
Suivant le type d’halogénures présent dans la lampe, les
caractéristiques électriques sont différentes, ce qui ne rend pas ces lampes toutes interchangeables.
Les lampes aux halogénures métalliques ne sont pas stables dans le temps. Dans le brûleur (ou tube à arc), il y a des poudres stabilisantes, mais le brûleur classique est en quartz et ces poudres s’échappent, ce qui explique que la couleur de ces lampes peut devenir bleue ou rose après un certain temps.
Certains fabricants ont remplacé le brûleur en quartz des lampes aux halogénures métalliques par un brûleur en céramique du même type que celui des lampes sodium haute pression. La couleur de la lampe est alors stable dans le temps, de plus son efficacité lumineuse ainsi que son IRC sont légèrement améliorés.
Cependant, ces lampes n’existent pas encore dans la gamme des grandes puissances (> 150 W).
Elles ont une position de fonctionnement bien déterminée.
À l’allumage, le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après plusieurs minutes et après extinction, le réamorçage ne peut se faire qu’après une dizaine de minutes. Utilisées avec un ballast électronique à
allumage à chaud pour lampes aux iodures métalliques, le réamorçage est immédiat en cas d’extinction. Mais ces ballasts n’existent que pour de faibles puissances.
De même, certains modèles particuliers permettent un réamorçage immédiat. Ces lampes couvrent toute la gamme de puissance.
Néanmoins, elles doivent être utilisées avec des accessoires adéquats : l’amorceur doit procurer une tension très élevée pour permettre cet allumage instantané.
Ces lampes peuvent exploser, il faut donc les utiliser avec une glace de protection sauf pour les modèles spéciaux qui possèdent un
revêtement extérieur en téflon qui les protège contre l’éclatement et qui permet de les utiliser dans des luminaires ouverts.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes aux halogénures métalliques.
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
Lampes au mercure haute pression
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Comment fonctionne une lampe au mercure haute pression
?
La lampe au mercure haute pression fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.
Particularités
L’ampoule contient de la vapeur de mercure et de l’argon.
La lumière est émise
exclusivement sous forme de rayons ultraviolets invisibles rendus visibles par les poudres fluorescentes placées sur la face interne de l’ampoule.
La lampe à mercure haute pression dispose d’électrodes auxiliaires
servant de démarreur interne. Pour bien fonctionner, elle ne doit donc être équipée que d’un ballast et d’un condensateur.
Caractéristiques générales
l’environnement.
Il existe également une lampe au mercure haute pression donnant une lumière plus chaude (3 400 – 3 500 K). Son efficacité lumineuse est légèrement plus élevée.
Cette lampe a été surtout utilisée en éclairage public. Actuellement, elle n’est plus utilisée que pour le remplacement des lampes existantes. À noter qu’il existe des lampes à
vapeur de sodium haute pression compatibles avec certains équipements de lampes à vapeur de mercure haute pression et directement interchangeables.
Dans la plupart des cas, les lampes à vapeur de mercure sont couplées avec des ballasts électromagnétiques.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes au mercure haute pression.
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
Lampes au sodium basse pression
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Comment fonctionne une lampe au sodium basse pression ?
La lampe au sodium basse pression fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.
L’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un
Cette lampe est constituée d’un tube à décharge en forme de “U” logé dans une ampoule extérieure.
Le tube à décharge contient un mélange de vapeur de sodium et de gaz tels que le néon et l’argon.
La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, sa face interne n’est donc pas recouverte d’une couche de poudre fluorescente.
Caractéristiques générales
La lampe au sodium basse pression émet une lumière monochromatique jaune-orangée au maximum de la sensibilité de l’œil.
Cette lumière monochromatique lui confère la plus haute efficacité lumineuse de toutes les lampes communes (hors LED).
Mais c’est également cette caractéristique qui lui donne un très mauvais indice de rendu des couleurs (IRC).
Après une coupure du réseau, elle redémarre immédiatement.
Elle est principalement utilisée pour l’éclairage des autoroutes car l’efficacité lumineuse est très élevée et que le rendu des couleurs n’y est pas primordial.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium basse pression.
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
Lampes au sodium haute pression
energieplus-lesite.be/techniques/eclairage10/sources-lumineuses/lampes-a-decharge/lampes-au-sodium- haute-pression/
Comment fonctionne une lampe au sodium haute pression ?
La lampe à vapeur de sodium fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.
Pour certaines lampes, l’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.
Particularités
Le tube à décharge contient un amalgame de sodium avec du mercure et du xénon comme gaz d’allumage.
La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, mais une petite partie est émise sous forme de rayonnements ultraviolets invisibles. Dans les lampes ellipsoïdes, on tente de récupérer ces rayons en tapissant la paroi intérieure de l’ampoule d’une poudre qui absorbe les U.V. et les transforme en rayons visibles. Cette poudre rend l’ampoule opaline.
efficacité lumineuse.
Les lampes au sodium haute pression sont reconnaissables, pour les lampes à finition claire, à leur tube à arc en céramique de couleur blanche.
Il existe deux modèles de lampes au sodium haute pression : le modèle à bulbe ellipsoïde et le modèle tubulaire. En général, le
premier s’utilise dans les cloches tandis que le second s’emploie dans les projecteurs.
Modèle à bulbe ellipsoïde, finition poudrée et modèle tubulaire, finition claire.
Ces lampes fonctionnent avec ballasts et amorceurs appropriés.
On conseille d’utiliser ces lampes avec des ballasts électroniques.
À l’allumage, le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après 2 à 3 minutes. Après extinction ou coupure de courant, le réamorçage ne peut se faire qu’après les 5 à 10 minutes nécessaires à leur refroidissement.
Certains modèles particuliers permettent un réamorçage immédiat. Ces lampes couvrent toute la gamme de puissance.
Néanmoins, elles doivent être utilisées avec des accessoires adéquats : l’amorceur doit procurer une tension très élevée pour permettre cet allumage instantané.
Elles ont une position de fonctionnement bien déterminée.
A l’heure actuelle, il existe des lampes à vapeur de sodium haute pression avec un meilleur rendu des couleurs (de l’ordre de Ra >
80). Cette amélioration se fait au détriment de l’efficacité
lumineuse : Sodium “blanche” ou Sodium “confort” ou “DeLuxe”.
Ces lampes ne sont pas disponibles chez tous les fabricants et dans toutes les gammes de puissance.
On trouve également des lampes au sodium haute pression sans mercure. Ces lampes offrent une efficacité lumineuse et une longévité au moins équivalentes aux produits standards. Ces nouvelles lampes peuvent remplacer directement les lampes existantes.
Éliminer le mercure est un avantage significatif pour l’environnement.
Certaines lampes au sodium haute pression peuvent remplacer directement les lampes au mercure haute pression sans remplacement de ballast.
Ces lampes, comme les lampes au mercure haute pression, possèdent un starter incorporé. Le flux lumineux est augmenté de 30 à 55 % selon la puissance unitaire.
Dimming
La plupart des lampes sodium haute pression sont dimmables jusqu’à 60-50 % de leur flux à l’aide d’un ballast électronique dimmable et ce sans réduction significative de la durée de vie de la lampe et de son rendu de couleur.
Données Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium haute pression.
Données Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.
