Flux lumineux

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

Le flux lumineux est la grandeur photométrique qui correspond, 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 - par unité de temps. Mais il ne faut pas confondre le flux lumineux avec le flux énergétique émis par cette même source. 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 (infrarouges et ultraviolets).

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.

Perception humaine[modifier | modifier le code]

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, un flux énergétique d'un watt de 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) 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 (510 nm) ou un orange (610 nm) : v(510 nm) = v(610 nm) = 0,503. Le calcul peut se généraliser pour n'importe quelle longueur d'onde :

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

où F est le flux énergétique en watt.

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, le calcul pour une lumière polychromatique est le suivant :

 \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 Δ λ de longueur d'onde donnée λ), qui s'exprime en watt par mètre (puissance / largeur spectrale).

C'est ce qui explique la différence de rendement lumineux entre les différents modes d'éclairage, selon que la puissance est diffusée dans la zone proche du maximum de sensibilité (cas d'une lampe fluorescente, d'une diode électroluminescente) ou au contraire loin de cette zone et même hors du visible (cas d'une ampoule à incandescence classique ou halogène).

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)

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :