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

Radiométrie
Puissance Rayonnée (W)
(lm) Flux Radiatif

• Puissance par unité dangle solide

• Puissance par unité de surface

Irradiance (W/m2)
Intensité Energétique (W/sr)
(cd lm/sr) Intensité Lumineuse
(lx lm/m2) Eclairement/Excitance
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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Un exemple parlantLe flux énergétique lumineux
Equivalent
400nm
800nm
Puissance émise (W)
Flux lumineux (lm)
Filtre V(?)?0 400nmlt?lt800nm
Flux Débit
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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
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Intensité lumineuse (I)
Unité le candela (cd) 1 cd 1 lm/sr
L'angle solide (sr)
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Définitions Quelques ordres de grandeur
Le candela (ex unité fondamentale du SI)
Intensité lumineuse dune source
mono- chromatique (540x1012 Hz) dans une
direction et dont lintensité énergétique, dans
la même direction, est 1/683 lm/sr
Quelques valeurs typiques dintensité
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
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Eclairement (E)
Unité lx ou lux 1 lx 1 lm/m2
Relation E - I
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 Cylindrique
O
R
r
?
?
A
dl
?
dS
P
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Emittance ou excitance (M)

• Lémittance est la densité de lumière qui quitte
  une surface
• Lémittance nest pas une quantité directionnelle
• Lémittance dune source en un point O est le
  rapport
• dF étant le flux lumineux émis dans toutes les
  directions par lélément de surface d? entourant O

Unité lm/m2
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)
Unité nit 1 nit 1 cd/m2 lm/sr m2
Elément de Source lumineuse
Surface
Luminance L (antérieurement appelée éclat, puis
brillance), dans une direction ?, dun élément de
source de faible surface entourant un point O
dI étant lintensité de lélément dans la
direction ?, d? sa surface et ? langle formé par
? et la 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 I
cte 150 cd
Cas 1
Cas 2
I
I
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Les grandeurs et les unitésSynthèse
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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 ? apostilbs
(asb) p Blondel ? 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
Mais ceci est vrai si la luminance dune surface
diffusante est constante
Observation
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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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Réflexion - Transmission
Cas idéal
Cas réel
Pin
Pr
Pin
Pr
Coef. de réflexion ?
Pth
Coef. de transmission ?
Pt
Pt
Pin Pr Pt ? ? 1
Pin Pr Pt Pth ? ? ? 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 b (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
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Les deux extrêmes
spéculaire
diffuse
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Coefficients de réflexion?
Dans tous les cas ?tot 1 et ?tot ? ? 1
Réflexion diffuse ?d Réflexion spéculaire
?s Réflexion totale ?tot ?s ?d
Relations
Surface parfaitement diffusante
Surface parfaitement réfléchissante