PHOTOMÉTRIE

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Observateur moyen. Photométrie physique

Certaines mesures photométriques particulièrement importantes et délicates consistent à déterminer les efficacités lumineuses K en fonction des longueurs d'onde λ correspondantes. On a :

si un faisceau monochromatique transporte un flux lumineux Fλdλ et un flux d'énergie Φλ dλ. Cette efficacité a une valeur maximale Km pour λm ∼ 555 nm. Des mesures nombreuses et difficiles ont conduit à admettre : Km ∼ 680 lm/W.

Les lumières complexes ont une efficacité lumineuse très inférieure à Km. Les sources de lumière monochromatique à efficacité élevée (vapeur de sodium) ne sont utilisables que si on ne cherche pas à percevoir les couleurs.

Plutôt que de mesurer directement l'efficacité K pour chaque longueur d'onde, on préfère parfois faire apparaître l'efficacité relative Vλ, définie comme étant le rapport :

Soit Fmdλ et Φmdλ les flux lumineux et énergétique transportés par un même faisceau de longueur d'onde λm. On a :

La détermination de l'efficacité relative requiert ainsi seulement une comparaison des flux d'énergie, suivie d'une comparaison des flux lumineux.

Le tableau 3 indique les résultats déduits de nombreuses mesures caractérisant, par une convention adoptée en 1924, l'observateur normal moyen de la C.I.E. pour la vision diurne (ou photopique).

Vision diurne : efficacité relative en fonction de la longueur d'onde

Tableau : Vision diurne : efficacité relative en fonction de la longueur d'onde

Efficacité relative en fonction de la longueur d'onde. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La figure 16, représentant Vλ, en fonction de λ, met en évidence la différence des résultats moyens obtenus par divers groupes d'observateurs. La dispersion des points entourant la courbe est due à des variations individuelles parfois considérables et à la difficulté des mesures, notamment dans la région des courtes longueurs d'onde. Il est probable que, dans un proche avenir, on modifiera certaines valeurs conventionnelles de Vλ.

Radiations monochromatiques

Dessin : Radiations monochromatiques

Efficacité relative des diverses radiations monochromatiques. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Quand l'œil est adapté à la vision nocturne (dite scotopique), il perçoit moins bien les détails et les couleurs, mais mieux (par ses régions extrafovéales) les faibles luminances. Cette adaptation s'accompagne d'un accroissement relatif de sensibilité au bleu par rapport au rouge (phénomène de Purkinje) qui amène au voisinage de 510 nm la longueur d'onde du maximum d'efficacité (cf. couleur et vision).

En admettant l'additivité des flux lumineux hétérochromes, on pourrait calculer le flux lumineux F d'un faisceau, dont on connaît la répartition spectrale du flux énergétique monochromatique Φλ, par la formule :

l'intégrale, remplacée dans la pratique par une somme, étant étendue à tout le spectre visible (V).

Son efficacité lumineuse serait aussi calculable :

Si l'on emploie ces formules, les opérations hétérochromes se réduisent à l'établissement de la fonction Vλ de λ et, une fois qu'est choisi l'étalon de lumière, à la détermination de Km. Toutefois, cela suppose des mesures énergétiques dont la précision est, dans la plupart des cas, encore insuffisante.

On a, à maintes reprises, proposé de réaliser des photomètres physiques donnant directement la valeur des flux lumineux F, par exemple. Ils pourraient comporter un récepteur thermique sur lequel F serait concentré, après que chacun de ses constituants monochromatiques aurait été réduit proportionnellement à la valeur correspondante de Vλ. Cette réduction serait obtenue approximativement par l'interposition de filtres colorés, ou mieux, à l'aide d'un écran découpé de forme convenable, disposé dans un plan où l'on formerait un spectre réel de la lumière étudiée, qu'on recomposerait ensuite. Un récepteur photoélectrique serait aussi utilisable, sa sensibilité sélective spectrale nécessitant une modification du filtre. (C'est ce qu'on s'efforce de faire dans les luxmètres à photopile). Mais on n'a pas encore réalisé, sauf pour des usages très particuliers, un tel photomètre physique pouvant remplacer avantageusement les photomètres visuels.

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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
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Intensité d'une source ponctuelle

Intensité d'une source ponctuelle
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Luminance d'un élément de source

Luminance d'un élément de source
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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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 26 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/photometrie/