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 dans un angle solide donné.

Le flux lumineux représente la fraction du flux énergétique correspondant à une lumière visible par l'homme, pondérée selon sa longueur d'onde. Un rayonnement électromagnétique produit en effet une sensation visuelle d'intensité très variable selon la longueur d'onde et nulle 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 lumineuse dont l'intensité lumineuse vaut 1 candela.

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

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).

Utilité[modifier | modifier le code]

Le flux lumineux est une grandeur auxiliaire permettant la caractérisation d'une source. On peut mesurer l'éclairement lumineux d'une surface avec une cellule photoélectrique. À défaut, on compare visuellement la luminance de deux écrans de même taille dont l'un est éclairé par une source étalon. Le cas de la comparaison visuelle permet d'exposer le raisonnement, sans se préoccuper de la pondération des longueurs d'onde.

Si une source lumineuse ponctuelle éclaire perpendiculairement un écran d'aire A à une distance d grande par rapport à la plus grande dimension de l'écran, le flux d'éclairage occupe un angle solide A/d 2. L'éclairement étant par définition égal au flux par unité de surface, on calcule aisément le flux. Si l'intensité lumineuse est la même dans toutes les directions (source lumineuse isotrope), on en tire l'intensité globale de la source, qui est une de ses grandeurs caractéristiques principales.

On éclaire deux écrans identiques, l'un par une source étalon et l'autre par la source à caractériser. Pour réaliser l'égalisation, on fait varier la distance de l'une ou l'autre des sources à comparer. Quand les écrans apparaissent identiquement lumineux, leur luminance est égale ; donc, comme on les a réalisés aussi proches que possible d'un diffuseur parfait, leur éclairement lumineux est identique. Leur aires sont égales, donc les flux sont égaux. Le rapport des intensités est donc celui des carrés de la distance. Si la source à mesurer éclaire identiquement l'écran à une distance égale au double de celle de la source étalon, c'est que son intensité est quadruple.

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

Loi d'Abney[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Loi d'Abney.
Fonctions d'efficacité lumineuse spectrale relative photopique V(λ) et scotopique V′(λ).

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. Ces fonctions sont définies par des valeurs tabulées et deviennent nulles pour l'infrarouge ou l'ultraviolet qui se situent hors du domaine visible.

Vision photopique[modifier | modifier le code]

En vision photopique (diurne) :

  • K(λ) est la fonction d'efficacité lumineuse spectrale photopique ;
  • Φv,λ est le flux lumineux spectral, en lumens par mètre (lm/m) ;
  • Φe,λ est le flux énergétique spectral, en watts par mètre (W/m) ;
  • Km = 683,002 lm/W est l'efficacité lumineuse spectrale maximale photopique, correspondant à une fréquence de 540 THz, c'est-à-dire à une longueur d'onde de 555 nm dans l'air (jaune–vert)[3] ;
  • V(λ), aussi notée y(λ), est l'efficacité lumineuse spectrale relative photopique, aussi appelée coefficient lumineux photopique, sans dimension.

Par intégration sur le domaine visible, la loi d'Abney permet d'exprimer le flux lumineux pour une lumière polychromatique[4] :

Vision scotopique[modifier | modifier le code]

En vision scotopique (nocturne) :

  • K′(λ) est la fonction d'efficacité lumineuse spectrale scotopique ;
  • Φv,λ est le flux lumineux spectral, en lumens par mètre (lm/m) ;
  • Φe,λ est le flux énergétique spectral, en watts par mètre (W/m) ;
  • K′m = 1 700,05 lm/W est l'efficacité lumineuse spectrale maximale scotopique, correspondant à une fréquence de 590 THz, c'est-à-dire à une longueur d'onde de 507 nm dans l'air ;
  • V′(λ), aussi notée y(λ), est l'efficacité lumineuse spectrale relative scotopique, aussi appelée coefficient lumineux scotopique, sans dimension.

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

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

L'ancienne unité de mesure de flux lumineux est le « spherical candlepower » : bougie valant 0,981 candela multiplié par l'angle solide sphérique, 4π.sr, valant approximativement 12,3 lm)[réf. nécessaire]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • André Moussa et Paul Ponsonnet, « XVIII — Éléments de photométrie », dans Cours de physique — Optique, Lyon, Desvigne, , p. 239-245.
  • Robert Sève, Science de la couleur, Marseille, Chalagam, (ISBN 2-9519607-5-1).
  • Jean Terrien et François Desvignes, La photométrie, Paris, PUF, coll. « Que-Sais-Je » (no 1167), , 1e éd., 128 p..

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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Wikilivre[modifier | modifier le code]

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