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Ce que nous appelons dans le langage commun 'lumière' correspond à une toute petite partie du spectre d'émission du soleil située approximativement entre 380 et 780 nm.

La radiométrie est la science qui s'occupe de la mesure des grandeurs relatives à l’énergie rayonnanteelle englobe l’ensemble des radiations électromagnétiques.

La photométrie, quant à elle, traite des mesures d’énergie rayonnante dans la zone visible du spectre électromagnétique perceptible par l’œil humain.

Spectre électromagnetique du soleil

Grandeurs

Flux

Le flux φ correspond à un débit d’énergie Q reçue par une surface sous forme de rayonnement tel que :

φ=dQ/dt

Un faisceau lumineux qui pénètre dans l’œil produit une sensation lumineuse que l'on caractérise par le flux lumineux Φ.

Son unité le lumen (lm) est un flux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source ponctuelle ayant une intensité uniforme de 1 candela (1 lm = 1 cd x 1 sr)

Φv = K555 .V(λ). Φv

Φv : flux lumineux (lm) qui caractérise l'impression produite sur la rétine d'un observateur.

Φv : flux énergétique (W)

K555 : facteur qui relie les grandeurs énergétiques aux grandeurs photométriques :

K555 = 673 lm.W-1.

A 555 nm, 1 watt vaut 673 lumen ; mais à 600 nm, 1 watt vaut 430 lumen.

Intensité

L’intensité I d’une source est le quotient entre le flux dφ émis par cette source se propageant dans l'élément d'angle solide dΩ et cet élément d'angle solide:

I = dφ/dΩ.

L'intensité lumineuse est la quatrième grandeur fondamentale de l'Optique.

Son unité est la candela (symbole cd, chandelle en latin) est l'une des sept unités de base du système international.

"La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet une onde monochromatique de  longueur d'onde dans le vide de 555 nm et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian."

En d'autres termes: 1 Candela (Cd) = 1/683 Watt.sr-1à la fréquence ν = 540.1012 Hz, c'est-à-dire à : λ = 555 nm

L'intensité lumineuse d'une source quelconque est alors rapportée à celle de la source monochromatique étalon de fréquence 540.1012Hz. Cette radiation correspond à une longueur d'onde dans le vide voisine de λ= 555 nm. D'aspect jaune-vert (couleur de ce texte), cette radiation est située au maximum de sensibilité de l’œil humain .

Eclairement

L’éclairement E correspond au flux reçu par une surface dS:

E = dφ/dS

Si l'éclairement est uniforme sur une surface, le flux Φ reçu par la surface S est : Φ= E S

Exitance

L’exitance M correspond au rapport entre le flux émis dφ et une surface dS:

M = dφ/dS

Luminance

La luminance L correspond au flux dφ transmis par un élément de surface dS et se propageant dans une direction donnée définie par un cône élémentaire. La luminance s’exprime alors par :

L= dφ/[(dS.cos θ).dΩ]

Unités

Unités en photometrie

Un lux est l'éclairement d'une surface qui reçoit, d'une manière uniformément répartie, un flux lumineux d'un lumen par mètre carré (1 lx = 1 lm/m2).

Fonctions d’efficacité lumineuse spectrale relative de l’œil humain

Le flux énergétique caractérise physiquement un rayonnement lumineux mais n'apporte aucune indication sur la façon dont celui-ci est perçu par l’œil.

Pour palier à cela, La Commission internationale de l’éclairage (CIE) (Annexe B) a défini deux fonctions d’efficacité lumineuse moyenne de l’œil humain, nommées  V(λ)  et  V’(λ)

En effet, la sensibilité de l’œil dépend de la longueur d'onde. L’œil humain est plus sensible au bleu qu'au rouge et sa sensibilité est maximale pour une longueur d'onde voisine de 555 nm (vert) en vision diurne V(λ) (ou photopique). Aux faibles éclairements (vision scotopique) le maximum de la courbe V'(λ) est décalé vers le bleu (510 nm).

spectre d'efficacite de l'oeil humain

Correspondance entre systèmes énergétique et lumineux

Pour passer des grandeurs radiométriques aux grandeurs photométriques, il est nécessaire d’utiliser les fonctions d’efficacité lumineuse spectrale relative de l’œil humain définies précédemment.

Pour simplifier,Le flux lumineux φv,λ(λ), est égal au produit entre le flux énergétique φe,λ(λ), et la fonction V(λ) pondérée par sa valeur absolue au maximum, c’est-à-dire par l’efficacité lumineuse maximale, notée Km.

φv,λ (λ) = Km.V(λ)e,λ (λ)

avec Km = K(λ=555) = 683,002 lm.W-1

La mesure des grandeurs radiométriques dont découlent les grandeurs photométriques utilisent deux concepts théoriques, l’un concerne les sources et l’autre les détecteurs.

Ces deux références sont,  respectivement,  le corps noir et le radiomètre à substitution électrique cryogénique.

Le corps noir

La température des différentes couleurs constituant le spectre visible par l'œil humain a été déterminée théoriquement.

Cette théorie fait référence à un objet idéal de couleur noire qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il recevrait, sans en réfléchir ni en transmettre.

Cependant, ce corps noir peut émettre de la lumière s'il est chauffé une température suffisamment élevée, un peu comme un morceau de charbon de bois dont la température augmente. Il passera du rouge à l'orange...

spectreemissionsoleil.png

Radiomètre à substitution électrique cryogénique

Un radiomètre à substitution électrique permet de réaliser des mesures de flux énergétique en absolu. Cette mesure est basée sur la comparaison entre le flux énergétique d’un rayonnement et une puissance électrique.

Ce radiomètre est constitué d'un détecteur qui est recouvert d’un absorbant dont le rôle est de transformer le flux incident en chaleur. Il en résulte une élévation de température du détecteur qui est mesurée par un capteur de température. Le chauffage par le rayonnement incident est ensuite remplacé par un chauffage électrique délivré par une résistance chauffante, de manière à obtenir la même élévation de température.

En première approximation, le flux énergétique du rayonnement incident est égal à la puissance électrique dissipée dans la résistance chauffante.

Vous trouverez ici un article traitant de l'éclairage adaptés au plantes.

Glossaire

longueur d'onde

La longueur d’onde est une grandeur physique analogue à une longueur, caractéristique d'une onde monochromatique (une seule couleur), définie comme la distance séparant deux maxima consécutifs.

longueuronde.png

Stéradian

Le stéradian, unité d'angle solide est une unité sans dimension.

Le stéradian est l'angle solide d'un cône qui, ayant son sommet au centre d'une sphère, découpe sur la surface de cette sphère une aire égale à celle d'un carré ayant pour côté une longueur égale au rayon de la sphère.

Pour mémoire:

- Le radian, unité d'angle plan ;

- Le stéradian, unité d'angle solide.

Steradian.png


Date de création : 19/09/2016 16:08
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