Mesurer l'éclairage

Nous devons spécifier une source standard afin de définir correctement l'intensité lumineuse. Une source standard est tout corps qui irradie de l'énergie. Cependant, toute l'énergie n'est pas considérée comme de l'énergie d'éclairage (celle que nous percevons à travers le sens de la vue), car une partie de cette énergie est convertie en chaleur ou en rayonnements non visibles, de sorte qu'une partie de l'énergie source est invisible. Les rayonnements lumineux proviennent du réchauffement d'un matériau donné par lequel l'énergie rayonne.

La source standard est constituée d'un tube cylindrique en matériau résistant à la chaleur (Torio), avec le point de fusion le plus élevé, entouré de platine pur. Le tube s'élargit à son extrémité formant un angle solide de stéradian. Une fois ce radiateur total chauffé sur une température de 2045 K , il émet une certaine quantité d'énergie rayonnante, 1m²/600000 de cette énergie est notre mesure de référence et il est ce que nous appelons Candelas (cd).

L'intensité lumineuse (I), caractéristique fondamentale de la source de rayonnement, est donnée par le flux lumineux (F) émis par unité d'angle solide (W) dans une direction spécifique ou, en d'autres termes, la puissance lumineuse de la source qui est exprimé en watts (W).

Comme le flux lumineux se mesure en lumens, l'unité d'intensité lumineuse sera le lumen par stéradian, cette unité est appelée Candelas (cd).

Cependant, mesurer la puissance qui appartient exclusivement à la zone visible n'est pas une tâche facile car la plupart des sources émettent dans une zone plus large du spectre électromagnétique. Pour mesurer l'intensité d'une source, il est nécessaire de définir une unité qui doit être constante et invariable par rapport à une surface donnée afin de mesurer l'intensité d'une source. Pour ce faire, le Système international d'unités (SI) a inclus la CANDELA comme unité de mesure de l'intensité lumineuse d'une source.

La candela (cd) peut être définie comme l'intensité lumineuse dans une certaine direction d'une source qui émet un rayonnement monochromatique avec une fréquence de 540 x 1012 Hz équivalente à 555 nm dans le vide. La candela a une intensité de rayonnement dans cette direction de 1/683 watts pour chaque stéradian.

La "fréquence choisie" est celle à laquelle l'œil est le plus sensible et est généralement quantifiée dans la littérature légère comme une longueur d'onde de 555 nanomètres. La longueur d'onde varie en fonction de l'environnement dans lequel passe la lumière, donc si on veut préciser cela, on pourrait dire que la longueur d'onde de la lumière que l'on comprend n'est pas celle utilisée par le mode standard. Notre choix étrange du facteur 683 est dû au fait que nous voulons que la valeur soit identique à celle obtenue avec la version précédente de l'appareil : l'émission de 1cm² de brillance de platine solidifié.

Le stéradian (sr) est la lumière conique qui est émise par la source qui éclaire 1m2 d'une surface sombre dans un rayon d'un mètre autour de la source. (Ce qui revient au même, 1 stéradian couvre 1m² d'une surface de sphère de 1mètre de diamètre).

La source apparente qui brille lorsqu'on regarde directement ne doit pas être confondue avec son émission lumineuse. La source qui brille est mesurée à travers la candela par mètre carré (cd/m²) et sa magnitude est appelée luminance.

La luminance (L) est la grandeur d'éclairement qui détermine l'impression de plus ou moins de luminosité produite par une surface. La luminance est une notion courante dans l'objet brillant, soit par rapport à la lumière propre produite soit réfléchie (source qui émet de la lumière, source de lumière qui n'est que réfléchie ou source de lumière qui a les deux émissions). Elle est définie comme la sensation lumineuse qui se produit dans la rétine de l'œil à cause de l'effet de la lumière. C'est la densité superficielle de l'intensité lumineuse et s'exprime comme le rapport entre l'intensité lumineuse et la surface à partir de laquelle est émise :

La mesure de l'intensité lumineuse nécessite des informations sur la sensibilité relative de l'œil humain pour différentes longueurs d'onde.

L 'œil a deux sensibilités différentes selon le type d'éclairage : la vision photopique pour les modes d'éclairage normaux et forts et la vision scotopique pour les faibles. De ce fait, la sensation de brillance n'est pas la même pour des quantités égales de flux lumineux sur des longueurs d'onde différentes. Par exemple, la sensation de brillance pour le jaune-vert est plus élevée que pour les extrémités du rouge-violet.

La source d'intensité de la lumière blanche est définie par le produit des watts émis pour chaque longueur d'onde par la sortie de cette longueur d'onde excitant l'œil humain, dont la sortie est de 555 nm. Ce facteur de sortie est connu sous le nom de courbe V-lambda.

Cette courbe définit la relation entre le sens de la lumière humaine et le concept physique de la lumière, qui est la quantité à laquelle réagissent les instruments de mesure.

La source de lumière émise en watts peut être mesurée en absorbant toute la lumière dans une surface idéale noire et en mesurant la chaleur qui a été produite. Un filtre appartenant à la courbe V-lambda peut être placé devant une surface noire afin de convertir le résultat afin que l'œil et le cerveau humain puissent en apprécier la luminosité. Les instruments de mesure sont équipés de capteurs filtrants capables de transformer la lumière absorbée V-lambda en courant électrique.

Le flux lumineux (F) est la puissance (énergie par unité de temps) de l'énergie lumineuse qui est mesurée en fonction de son effet visuel (il équivaut à une bougie par stéradian). Clairement expliqué, il indique la quantité de lumière qui est émise dans une unité de temps dans une direction précise (répartition spatiale de la source lumineuse émise). Son unité est le lumen (lm). 683 lumens sont l'équivalent d'un watt, émis à une longueur d'onde de 555 nm, ce qui équivaut à la sensibilité la plus élevée de l'œil humain.

La définition du lumen, l'unité d'un flux lumineux, est : " “Le flux lumineux (dF) est une source de lumière L'intensité I (cd) à un angle avec un élément solide est donnée par dF=IdR”

Cela signifie que le flux de la source lumineuse est égal à son intensité en candela multipliée par l'angle solide sur lequel la lumière est émise, en tenant compte de la variation d'intensité qu'elle produit dans différentes directions.

Ayant déjà vu la notion d'angle solide, si l'on prend en considération une source qui émet une certaine énergie rayonnante et que celle-ci est censée le faire dans toutes les directions, on peut considérer celle-ci comme une sphère. L'angle solide déterminera un cône qui occupe une certaine surface ou zone (s), par rapport à l'unité de rayon. Dans ces conditions, la mesure en stéradians de l'angle solide W est définie grâce à :

Puisque l'aire de la sphère est 4πr², si nous la remplaçons, nous obtiendrons:

Lorsque S = r² l'angle solide sera d'un stéradian. En fonction de cela, nous pourrions redéfinir la lumière:

“Le lumen est le flux lumineux qui traverse un angle solide d'un stéradian en une seconde, émis par une source précise dont l'intensité est d'une candela”

La sortie est une grandeur dérivée du flux d'éclairage. Lorsque nous avons parlé d'intensité lumineuse auparavant, nous avons mentionné que tout le courant électrique consommé par une lampe (ampoule, fluorescent, etc.) n'est pas transformé en lumière visible. Une partie est perdue par la chaleur, une partie par un rayonnement non visible (infrarouge ou ultraviolet), etc.

On définit le rendement lumineux (h) comme le quotient entre le flux lumineux produit et la puissance électrique consommée, caractérisé par les lampes (25 W, 60 W, etc.). Plus elle est grande, meilleure sera la lampe et la consommation sera moindre. L'unité est le lumen par watt (lm/W).

Le lumen dérive formellement de la candela basée sur une lumière de longueur d'onde simple. Une lampe à plusieurs longueurs d'onde a une sortie en lumens qui est calculée à partir des watts émis en tant que rayonnement multiplié par l'efficacité lumineuse dans chaque longueur d'onde, comme cela a été décrit dans le boîtier de la candela.

Le designer doit traduire les valeurs de cd en énergie lumineuse qui atteint un objet à une certaine distance de la lampe. C'est cette énergie qui rend l'objet visible et qui fait pâlir ses nuances de couleur. La densité d'énergie qui atteint l'objet est exprimée en lumens par mètre carré (Lm/m²), ce qu'on appelle le lux.

Cette valeur peut être facilement calculée à partir du diagramme par un point de départ. La valeur de la bougie (300cd) donnée par 60° est la même que 300 lumens circulant dans le cône d'un stéradian (sr), qui par définition occupe 1m² de la surface d'une sphère de 1m de diamètre.

Si notre objet était à cette distance, il recevrait 300 lm/m².

Afin de déduire la valeur de toute autre distance, la même règle doit être utilisée dans l'autre sens. A trois mètres de la lampe, le flux sur 1m² baisse à 1/9 à partir de 300lm. La valeur en lux est de 33.

La luminance (E) est le flux lumineux qui tombe sur une surface, divisé par cette taille de surface (s). La luminance est l'amplitude d'évaluation du niveau de lumière sur une surface ou une zone spatiale.

L'unité de mesure de la luminance est le Lux (Lx), équivalent à la lumière qui tombe sur chaque m² de surface et sur laquelle un flux lumineux de lumen est uniformément réparti.

La luminance dépend de la distance entre le foyer et l'objet éclairé. C'est quelque chose de similaire à ce qui se passe lorsque nous écoutons une voiture s'éloigner ; au début, nous pouvons l'entendre haut et fort, mais plus tard, il diminue jusqu'à ce qu'il se perde. Ce qui se passe avec la luminance est connu comme la loi inverse des carrés qui relie l'intensité de l'éclairage et la distance de la source. Cette loi n'est valable que si la direction du rayon lumineux incident est perpendiculaire à la surface.

Loi des carrés inverse

Dans le cas où le rayon lumineux qui tombe n'est pas perpendiculaire, nous devons diviser la luminance en une composante horizontale et une composante verticale.

La composante horizontale de l'éclairage (EH) est connue sous le nom de loi du cosinus. Il n'est pas difficile de voir que si = 0 on a la loi des carrés inversée. Pour cette raison, si nous exprimons EH y EV en fonction de la distance du foyer à la surface (h) nous avons :

Normalement, si un point est éclairé par plus d'une lampe, son éclairage total est la somme de la lumière reçue.