PHOTOMÉTRIE

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Mesure énergétique des rayonnements

Grandeurs énergétiques

À la puissance, dite aussi flux d'énergie, Φ (watts), transportée par un faisceau de radiations, on fait correspondre des « grandeurs énergétiques » rattachées à Φ comme les grandeurs photométriques le sont au flux lumineux F. Les formules ci-après suffiront à les définir.

Soit Φ le flux d'énergie reçu par une surface d'aire d S, ou bien émis par une surface Σ, ou encore émis dans un angle solide Ω (fig. 1, 2, 3), l'éclairement énergétique, l'émittance énergétique (exprimées en W/m2), l'intensité énergétique (exprimée en W/std) seront respectivement :

Émittance d'une source en un point O

Dessin : Émittance d'une source en un point O

 

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Intensité d'une source ponctuelle

Dessin : Intensité d'une source ponctuelle

Intensité d'une source ponctuelle dans une direction ▵ 

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Luminance d'un élément de source

Dessin : Luminance d'un élément de source

tabl. 2 – Exemples de valeurs de luminances (en nits). 

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Soit d I*, d'autre part, l'intensité énergétique d'un élément d'aire Σ, dans une direction faisant l'angle α avec la normale à cet élément, sa luminance énergétique (exprimée en W/m2) est :

Nous avons affecté des astérisques aux symboles des grandeurs ci-dessus pour les distinguer des symboles des grandeurs photométriques correspondantes.

Il résulte de ces définitions que les relations établies en photométrie visuelle se transposent au cas de la photométrie énergétique. x étant la distance de la source ponctuelle à la surface éclairée, θ l'angle de la normale à cette surface avec la direction des rayons incidents, d I* l'intensité lumineuse de l'élément Σ, α l'angle de la normale à l'élément avec la direction des rayons et Ψ l'angle solide sous lequel d'un point de Σ on voit S, on a :

et, pour une source satisfaisant à la condition de Lambert, on a :

Pour une lumière de composition spectrale déterminée, la relation définissant l'efficacité lumineuse K se généralise comme suit :

Soit un faisceau de flux d'énergie Φ et de flux lumineux F, transportant, entre les longueurs d'onde λ et λ + λ, des flux Φ et F. Les quotients Φl = Φ/λ et Fl = d F/λ sont appelés respectivement flux énergétique et flux lumineux par unité de longueur d'onde, pour la longueur d'onde λ ; on dit souvent, en abrégé, flux monochromatique ou encore flux spectral, le symbole utilisé permettant d'éviter toute confusion : Φ et F s'évaluent en fractions de watt et de lumen, et λ en fractions de mètre, généralement en nanomètres (10—9 m).

On définit, d'une façon analogue, les éclairements Eλ* et Eλ monochromatiques ou spectraux, les émittances Mλ* et Mλ, les intensités Iλ* et Iλ et les luminances Lλ* et Lλ.

Les courbes représentant les variations de ces grandeurs (prises souvent en valeurs relatives) en fonction de λ sont dites courbes de répartition spectrale de flux énergétique ou de flux lumineux, d'éclairement, etc. Les efficacités lumineuses Kλ et les facteurs de réflexion, de transmission ou d'absorption ρλ, τλ et αλ monochromatiques sont de même relatifs à des lumières de longueur d'onde λ.

Récepteurs physiques

L'étude expérimentale des caractéristiques énergétiques d'un rayonnement se fait à l'aide de récepteurs physiques. Les récepteurs thermiques (thermocouples, bolomètres, thermomètres pneumatiques très sensibles) ne sont pas sélectifs, c'est-à-dire que leur réponse, à énergie absorbée égale, ne dépend pas de la composition spectrale de la lumière. Ils permettent donc, en particulier, d'étudier directement la variation d'une grandeur énergétique monochromatique en fonction de la longueur d'onde, tout en établissant les courbes de sensibilité spectrale des récepteurs des autres types, qui sont tous sélectifs. Les récepteurs thermiques sont, d'autre part, seuls utilisables dans l'infrarouge lointain ; mais, dans d'autres domaines du spectre, leur sensibilité est souvent inférieure à celle d'autres récepteurs physiques. Comme les récepteurs photoélectriques (cf. infra), les récepteurs thermiques ont sur l'œil l'avantage d'offrir, par l'intermédiaire d'un courant électrique, des possibilités d'amplification, ainsi que d'enregistrement de phénomènes variant rapidement en fonction du temps.

La base de la photométrie photographique est la suivante : soit deux régions voisines d'un même cliché éclairées à des moments voisins, pendant un même temps t, par deux faisceaux de même composition spectrale, le cliché ayant subi, après cette exposition, un traitement uniforme de développement, de séchage et de fixage : de l'égalité ou de l'inégalité des noircissements, on peut déduire celle des éclairements E reçus.

La figure 14 donne, à titre d'exemple, le schéma d'un microphotomètre, ainsi appelé parce qu'il permet de déterminer les facteurs de transmission τ de plages très petites du cliché [...]

Microphotomètre à thermocouple

Dessin : Microphotomètre à thermocouple

Microphotomètre à thermocouple 

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Valeurs de l'éclairement

Valeurs de l'éclairement
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Émittance d'une source en un point O

Émittance d'une source en un point O
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Intensité d'une source ponctuelle

Intensité d'une source ponctuelle
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Écrit par :

  • : professeur à l'université de Paris-XI, Orsay, directeur des études à l'École supérieure d'optique, Orsay
  • : directeur honoraire de l'Institut d'optique théorique et appliquée de Paris, professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers

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Pour citer l’article

Michel CAGNET, Pierre FLEURY, « PHOTOMÉTRIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/photometrie/