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Qu’est-ce que la photométrie visuelle ?

mardi 31 janvier 2006

La photométrie visuelle propose un ensemble d’unités basées sur la stimulation visuelle qui viennent compléter les unités photométriques classiques basées sur l’énergie. Chaque unité visuelle trouve une correspondance avec une unité énergétique.

La photométrie visuelle

Fig. 1. Pour convertir les watts en lumen, il faut d’abord évaluer la coloration de la lumière selon sa longueur d’onde.

Historiquement, la photométrie est liée à un besoin de comparaison et de mesure dans le domaine de l’éclairage public. Elle ne s’occupait alors que des rayonnements visibles dans la conception qu’en avait la Commission Internationale de l’Eclairage. La photométrie ayant aujourd’hui agrandi son champ d’action, on réserve le terme photométrie visuelle à la branche qui se limite à la mesure de la lumière. Voir le tableau des unités de photométrie visuelle.

La photométrique physique

Fig. 2. Les rayonnements électromagnétiques du soleil sont un exemple du champ d’application de la photométrie.

Avec les progrès techniques, l’œil a rapidement été remplacé par des détecteurs de différentes natures comme les cellules photoélectriques, thermocouple, etc. La photométrie s’est adaptée et mesure donc aussi les rayonnements invisibles comme les ultraviolets ou les infrarouges. La photométrie physique ou radiométrie optique s’est donc étendue à des longueurs d’onde allant de quelques centièmes de nanomètres à quelques millimètres. Rappelons ici que les ondes de la frange lumineuse ont exactement les mêmes caractéristiques que le reste des ondes électromagnétiques. Leur visibilité n’est pas une caractéristique physique, mais une faculté de l’organe de vision d’y être sensible. Voir le tableau des unités de photométrie physique et la page sur la radiométrie.

La photométrie moderne repose aujourd’hui sur des bases indiscutables grâce à sa référence aux unités énergétiques ce qui n’a pas toujours été le cas. Le temps n’est pas si loin où chaque pays avait sa propre définition de la bougie. L’adoption d’une bougie internationale en 1909 commence à clarifier un peu la situation. Beaucoup plus tard en 1948, on adopte la "bougie nouvelle" à partir de l’intensité lumineuse d’un corps noir porté à la température de congélation du platine. Cette nième définition de la bougie est baptisée d’un nouveau nom : la candela. En 1967, on consacre le terme intensité lumineuse pour la grandeur correspondant à la candela. Enfin, en 1979, parce que trop compliqué à mettre en œuvre on l’abandonne l’étalon basé sur la température d’un corps noir et on se tourne vers la correspondance avec la puissance énergétique des rayonnements lumineux, une définition très sûre, car la radiométrie était parfaitement maîtrisée à l’époque.

L’unité de base de la photométrie

Depuis 1979, la définition officielle de la candela qui est l’unité de base de la photométrie se résume ainsi :

La candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 térahertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian.

Il est vrai que pour le profane cette définition est assez hermétique. Elle fait intervenir trois paramètres dont on a du mal à voir au premier abord le rapport avec la notion de lumière. On se doute bien que la fréquence correspond à celle du rayonnement lumineux, mais quel rôle joue-t-elle ? Le deuxième paramètre est plus facile à comprendre puisqu’on reconnait le coefficient K appelé efficacité lumineuse spectrale. Et le dernier qui nous parle d’angle solide nous suggère qu’une dimension géométrique intervient, mais dans quel but ?

L’unité originelle de la photométrie moderne

Fig. 2. En consultant la courbe de visibilité, on comprend mieux ce que signifie « une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 térahertz ».

Pour avoir une vision plus claire de l’ensemble des unités de photométrie, le plus simple est d’aborder en premier lieu, l’unité qui a historiquement été utilisée pour passer des grandeurs énergétiques aux grandeurs lumineuses. Il s’agit du lumen, l’unité du flux lumineux définie par la CIE en 1924.

Le lumen est la notion de photométrie la plus facile à comprendre et certainement la plus importante pour comprendre l’édifice des grandeurs photométriques. Ensuite, toutes les autres unités de photométrie visuelle dont la candela découle du lumen d’une façon assez simple. C’est en suivant ce cheminement plus naturel qui place le lumen au centre et la candela comme une simple unité dérivée que blog-couleur vous propose de découvrir les grandeurs et unités de photométrie.

Dans la réalité quotidienne, la candela est une unité plus représentative et surtout beaucoup plus utile que le lumen. Pour ces raisons pratiques et historiques, il était préférable d’inverser les filiations et de placer la candela au centre des unités de photométrie comme l’a fait le système international qui place la candela comme unité de base. Les définitions des autres unités étant alors dérivées depuis la candela. Un choix légitime, mais qui rend moins compréhensibles les définitions quand on les découvre pour la première fois.

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