Flux lumineux

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Le flux lumineux est la grandeur photométrique correspondant, dans le domaine de la radiométrie, à la puissance rayonnée (ou flux énergétique) par une source ou transitant d'une source vers un récepteur. C'est une quantité de lumière (par définition visible) émise par unité de temps à ne pas confondre avec le flux énergétique émis par cette même source (englobant le spectre électromagnétique tout entier). En effet, selon sa longueur d'onde, un rayonnement électromagnétique produit une sensation visuelle d'intensité très variable, et évidemment pas de sensation visuelle du tout en dehors du spectre visible.

Définition[modifier | modifier le code]

L'unité SI de flux lumineux est le lumen, symbole lm (du mot latin signifiant lumière). Il correspond au flux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source isotrope dont l'intensité vaut 1 candela.

La relation entre flux lumineux Φ et intensité lumineuse I, fréquemment utilisée pour résoudre des problèmes simples est :

\Phi = I \cdot \Omega,

où Ω est l'angle solide.

Cette formule n'est valable que si l'intensité lumineuse est la même dans toutes les directions (source lumineuse isotrope).

Ordres de grandeur[modifier | modifier le code]

Article connexe : Rendement lumineux.

Les rendements lumineux des différentes sources d'éclairage peuvent varier selon que la puissance est essentiellement émise dans la zone proche du maximum de sensibilité (cas d'une lampe fluorescente, d'une diode électroluminescente) ou essentiellement hors du visible et en particulier dans les infrarouges (cas d'une ampoule à incandescence classique ou d'une ampoule à incandescence halogène).

  • Lampe halogène 70 W : Φ = 1 200 lm[1].
  • Lampe éclairage urbain (sodium haute pression) 400 W : Φ = 28 000 lm[1].
  • Lampe projecteur de cinéma (xénon) 2 000 W : Φ = 80 000 lm[2].

Loi d'Abney[modifier | modifier le code]

En photométrie, pour tenir compte de la sensibilité de l'œil humain, différente à chaque longueur d'onde du rayonnement, on corrige la puissance du rayonnement électromagnétique en le pondérant par une fonction d’efficacité lumineuse spectrale K(λ) = KM.v(λ) dans le domaine photopique et K'(λ) = K'M.v'(λ) dans le domaine scotopique. Ces fonctions sont définies par des valeurs tabulées et deviennent nulles pour l'infrarouge ou l'ultraviolet qui se situent hors du domaine visible.

En vision photopique, pour un rayonnement monochromatique de longueur d'onde 555 nm (un vert-jaunâtre, où le maximum de l'efficacité lumineuse relative spectrale v(λ) est atteint : v(555 nm) = 1), un flux énergétique d'un watt correspond un flux lumineux de 683 lumens. En effet, l’efficacité lumineuse maximale vaut KM = 683 lm⋅W-1 selon la définition de la candela. En revanche, à la même puissance le flux lumineux sera moitié moindre (344 lm) pour un vert (monochromatique de longueur d'onde 510 nm) ou un orange (610 nm) : v(510 nm) = v(610 nm) = 0,503.

F étant le flux énergétique en watt, le calcul peut se généraliser pour n'importe quelle longueur d'onde :

 \Phi = K_M \cdot F \cdot v(\lambda).

Notons qu'à un lumen, pour une lumière monochromatique de longueur d'onde 555 nm, correspond un déplacement d'environ 1,9.1021 photons par seconde.

Par intégration sur le domaine visible, la loi d'Abney[3] permet d'exprimer le flux pour une lumière polychromatique :

 \Phi = K_M \cdot \int_{380\ nm}^{780\ nm} F_{e}(\lambda) \cdot v(\lambda) \cdot \mathrm d \lambda,

\scriptstyle F_{e}(\lambda) est la densité spectrale de flux énergétique (flux énergétique pour une bande très étroite Δλ de longueur d'onde donnée λ), qui s'exprime en watt par mètre (puissance / largeur spectrale).

En vision scotopique, on procède exactement de la même façon, à la différence près que K'M = 1 700 lm⋅W-1 et la sensibilité de l'œil est maximale pour une longueur d'onde de 507 nm.

Unités de mesure anglo-saxonnes[modifier | modifier le code]

L'unité de mesure de flux lumineux est le spherical candle power (bougie sphérique) (1 cd×4π.sr ≈ 12,566 lm)[réf. nécessaire]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b www.lighting.philips.fr
  2. www.osram.fr
  3. Robert Sève, Science de la couleur : Aspects physiques et perceptifs, Marseille, Chalagam,‎ 2009 (ISBN 2-9519607-5-1), p. 60