Chapitre 2

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Chapitre 2
Photométrie Radiométrie
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Définitions

• La radiométrie a pour objet la mesure de
  lénergie transportée par le
• rayonnement
• La photométrie a pour objet de mesurer la
  lumière, cest-à-dire
• les rayonnements capables dimpressionner
  lœil humain

La photométrie est rattachée à la radiométrie
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Les grandeurs unités fondamentales

• Puissance

Énergétique/ Radiométrie
Puissance Rayonnée (W)
(lm) Flux Radiatif

• Puissance par unité de surface

• Puissance par unité dangle solide

Intensité Energétique (W/sr)
Irradiance (W/m2)
(lx lm/m2) Eclairement/Excitance
(cd lm/sr) Intensité Lumineuse
vers surface
vers source

• Puissance par unité dangle solide
• et de surface

- (W/m2sr)
(nit lm/m2sr cd/m2) Luminance
Photométrie
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Flux Lumineux (F)
Flux lumineux F (lm)
Puissance P(?) (W)
Equivalent
Flux Débit
Œil Filtre V(?)?0 380 nm lt ? lt 760nm
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Le flux énergétique lumineux
Le flux se mesure avec une sphère intégratrice
(Ulbricht)
Puissance émise (W)
Flux lumineux (lm)
Filtre V(?)?0 400nmlt?lt800nm
Flux (lm)
lampe 100 W à incandescence 1 200
Lampe 28 W fluorescente (néon) 1 800
Lampe 15 W à basse consommation 900
Lampe iodures métalliques 70 W CMHL 6 500
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Application Calculer le flux lumineux dun
pointeur laser
Cas 1
Cas 2
Puissance émise P5 mW Longueur donde 630 nm
Puissance émise 5 mW Longueur donde 680 nm
a -0,0103 b 6,767 Donc V630 0,278 F630 ?
P V630 0,95 lm
V6800,017 F680 ? P V680 0,058 lm
On vous donne V(?) photopique
Faire une interpolation linéaire (ou une
proportionnalité)
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Intensité lumineuse (I)
Flux lumineux émis dans une direction donnée
Source lumineuse ponctuelle
Intensité (cd)
Diode électroluminescente (rouge) 0,005
Chandelle 1
Lampe à incandescence (100W) 150
Lampe de voiture (phares) 100 000
Phare (marine) 300 000
Tube flash (valeur crête) 1 000 000
Unité le candela (cd) 1 cd 1 lm/sr
Intensité lumineuse dune source
mono- chromatique (540x1012 Hz) dans une
direction et dont lintensité énergétique, dans
la même direction, est 1/683 lm/sr
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Intensité lumineuse (I)
Lintensité et sa distribution angulaire
(indicatrice) se mesurent avec un photo-goniomètre
L'angle solide (sr)
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Eclairement (E)
Quantité dénergie lumineuse reçue par unité de
temps
Unité lx ou lux 1 lx 1 lm/m2
Eclairement (lx)
Lété, à midi, au soleil 100 000 lt E
Ciel couvert, dans une rue 200 lt E lt 10 000
A l'intérieur, derrière une fenêtre 1 000 lt E lt 3 000
La nuit par pleine lune E lt 0,25
Local bien éclairé Quelques 100s lx
Rue bien éclairée Quelques 10s lx
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Eclairement (E)
Relation E - I
Léclairement est une quantité additive
Léclairement se mesure avec un luxmètre
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Cas particulierEclairement Cylindrique
O
R
r
?
ß
dl
A
?
dS
P
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Emittance ou excitance (M)
Unité lm/m2

• Lémittance est la densité de lumière qui quitte
  une surface
• Lémittance nest pas une quantité directionnelle

Lémittance dune surface qui nest ni lumineuse
par elle-même ni luminescente est, au plus,
égale à son éclairement
Elément de Source lumineuse
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Luminance (L)antérieurement appelée éclat, puis
brillance
Unité nit 1 nit 1 cd/m2 lm/sr m2
Intensité lumineuse émise par une surface dans
une direction donnée, rapportée à la surface
apparente de la surface considérée
S
Sa
q
Luminance (nit)
Soleil 165 000 x 104
Lampe à incandescence 100W (claire) 600 x 104
Lampe à incandescence 100W (opaline) 12 x 104
Lampe fluorescente 40 W 0,7 x 104
Bougie 0,5 x 104
Lune 0,3 x 104
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Luminance (L)
Elément de Source lumineuse
Surface
Luminance L (antérieurement appelée éclat, puis
brillance), dans une direction OA, dun élément
de source de faible surface entourant un point O
La luminance se mesure avec un luminencemètre
dI étant lintensité de lélément dans la
direction OA, dS sa surface et a langle formé
par OA normale OK à lélément
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Quelques relations importantes
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Application
Calculer la luminance dans les deux cas suivants
(lampes 100W) Hypothèse Rayonnement
perpendiculaire à la surface du tube avec I cte
150 cd
Cas 1
Cas 2
I
I
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De lénergie à la vision
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Conversions
1 W/sr 4p W 12.566 W (isotopique) 683 cd
(555 nm)
1 lm/m2sr 1 cd/m2 1 nit 10-4 lm/cm2sr
10-4 cd/cm2 10-4 stilb (sb) 9.290 x 10-2
cd/ft2 9.290 x 10-2 lm/ft2.sr p apostilbs
(asb) p Blondel p x 10-4 lamberts (L)
2.919 x 10-1 foot-lamberts (fL)
1 lm/sr 1 cd 4p lm (isotopique) 1,464 x 10-3
W/sr (555 nm)
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Lois de baseLoi de l'inverse du carré de la
distance
Conséquence
L'éclairement diminue en s'éloignant de la source
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Lois de baseLoi de Lambert
Lambert a développé toute la photométrie en
admettant la relation
Observation
Mais ceci est vrai que si la luminance dune
surface diffusante est constante
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Lois de baseUne relation importante
Pour une surface diffusante et infinie
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Deux cas extrêmes
La loi de linverse du carré de la distance
nest valable que pour une source ponctuelle
Une source diffusante infinie induit une
luminance constante
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Lois de baseLoi du cube du cosinus
Généralisation
Pour une source uniforme et non-ponctuelle
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Interaction Lumière-Matière
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Réflexion - Transmission
Cas idéal
Cas réel
Pin
Pr
Pin
Pr
Réflexion ?
Pth
Transmission t
Absorption a
Pt
Pt
Pin Pr Pt ? t 1
Pin Pr Pt Pth ? t a 1
La température augmente
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Réflexion SpéculaireLoi de Descartes
La vitesse de la lumière est constante La
lumière se déplace sur le chemin le plus court
entre deux points dans l'espace (ligne droite)
OP OP' a ß (angle de départ
angle d'arrivée) Les points POO' définissent
un plan perpendiculaire à la surface de réflexion
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Réflexion Diffuse
Pas de direction ni plan privilégiés (surface
lambertienne)
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Les deux extrêmes
spéculaire
diffuse
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Coefficients de réflexion
Dans tous les cas ?tot 1 et ?tot t a 1
Réflexion diffuse ?d Réflexion spéculaire
?s Réflexion totale ?tot ?s ?d
Relations
Surface parfaitement diffusante
Surface parfaitement réfléchissante