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PHOTOMETRIE –COLORIMETRIE
Polycopié n°2
Licence Pro IOVIS
2009-2010
Jean-Marc Frigerio UPMC
Photométrie géométrique
Définition des grandeurs lumineuses perceptibles à un détecteur en particulier l’œil humain.
Hypothèses « dites géométriques »
• Propagation rectiligne de la lumière (milieux homogènes).
• La longueur d’onde l est très petites devant toutes les grandeurs caractéristiques du système.
• Pas de diffraction sauf si déterminantes pour les performances.
• Pas d’interférences (nécessite de décrire le champ électrique en phase)
Quelques définitions de base :
Source optique
- Générateur de lumière (de rayonnement optique)
- Fonctionne par conversion d’énergie
o Electrique (Lampes, Lasers, Diodes)
o Electronique (Tubes CRT, lampes à luminescences « néons »)
o Thermique (bougie, flammes, Soleil)
o Chimique (Chimiluminescence)
o Optique (conversion UV-> Visible)
- Fournit de l’énergie optique sous forme d’un flux optique.
- Scènes naturelles vues par réflexion, diffusion de l’éclairage ambiant.
Deux types de sources :
- Sources primaires : origine du rayonnement
- Sources secondaires : qui n’émettent que si elles sont éclairées (dépendent de l’environnement
lumineux). En fait toute source secondaire est aussi une source primaire (dans l’IR lointain en
général) correspondant à son émission thermique.
Caractéristiques des sources :
- Géométrique
o Géométrie de l’émetteur
 Quasi-ponctuelle (diodes , lasers)
 Linéique (tube fluorescents)
 Surfacique (globes diffusants, dalles d’éclairage)
 Volumique (rare : plasmas)
- Spatial
o Directivité du rayonnement
 Sources omnidirectionnelles (lampes d’éclairage bulbe)
 Directionnelles (spots halogènes, projecteurs)
 Très directionnelles (lasers)
- Spectral
o Composition spectrale du rayonnement
 Répartition de l’énergie en fonction de la longueur d’onde
• Spectre continu couvrant un domaine (lampes blanches)

• Mono ou quasi monochromatique (spectromètre, laser)
• Spectre de raies (lampes spectrales)
• Spectre mixte (tubes fluorescents)
- Temporel
o Comportement dans le temps
 Continu
 Modulé dans le temps (fréquences des modulations)
 Impulsionnel (cadence, durée et forme des impulsions)
- Pour les sources artificielles
o Rendement énergétique
o Consommation électrique
o Masse, dimensions, etc…
o Connectique
o Durée de vie
Le Flux énergétique (Fe)
Tout rayonnement optique transporte de l’énergie !
L’énergie est transportée à la vitesse de la lumière dans le milieu. Son débit par unité de temps est appelé flux
énergétique.
Fe du rayonnement : en Watts ou Joules/seconde [M.L2.T-3]
On parle de flux :
- Emis par une source
- Transmis par un composant
- Réfléchi par une surface
- Incident sur un détecteur
Le flux énergétique Fe permet de déterminer l’efficacité énergétique ηe d’une source artificielle appelé aussi
rendement énergétique.
(
)()
hWattsélectriqueonConsommati WattsF
rendement e
e/
==
η
.
Ce rendement énergétique n’est pas représentatif de l’efficacité visuelle d’une source. Une lampe à
incandescence à un rendement énergétique ηe = 0,9 soit 90% mais un rendement lumineux de seulement 2,6% !
Flux photonique Fp (photons/s)
A partir du flux énergétique il est possible de remonter (grâce à la dualité ondes-particules introduite par la
mécanique quantique) au nombre de photons émis par seconde. L’énergie d’un photon est proportionnelle à la
fréquence ν de l’onde associée :
ν
hE
=
Avec E l’énergie en Joules [M.L2.T-2], h = 6.62 10-34 Joules.secondes [M.L2.T-1] la constante de Planck et la
fréquence ν en secondes-1 [T-1]. (L’électronvolt est une unité d’énergie comparable au Joule très utilisée par les
physiciens : 1 eV = 1.602 10-19 Joule).
Le calcul du flux photonique n’a de sens que pour les rayonnements monochromatiques ou centrés autour d’une
longueur d’onde moyenne.

On utilisera en particulier le flux photonique Fp pour calculer le signal reçu par les détecteurs numériques qui
sont sensibles au nombre de photons reçus.
E
F
Fe
P=
Avec Fe le flux énergétique et E l’énergie moyenne d’un photon de la fréquence moyenne du rayonnement le
flux photonique Fp s’exprime en photons/seconde [T-1].
Flux lumineux (lumen)
Les spécificités de la vision humaine obligent, pour définir des unités visuelles, de tenir compte de la sensibilité
spectrale de l’œil humain. Nous sommes sensibles aux rayonnements d’une longueur d’onde comprise entre
380 et 780 nm mais avec de fortes variations de la sensibilité en fonction de la longueur d’onde et de
l’éclairement.
La vision photopique correspond à la vision par fort éclairement (lumière du jour ou artificielle niveau
lecture possible) la vision scotopique à la vision par faible éclairement (pénombre, « entre chien et
loup »).

Pour pouvoir définir une unité de flux représentative de l’efficacité visuelle humaine on a définit le
lumen. Au maximum de sensibilité de l’œil en vision photopique (λ = 555 nm) un watt est égal à 683
lumens.
Wlm 68311
=
à 555 nm
Pour déterminer le flux lumineux à une autre longueur d’onde, on multiplie par la sensibilité spectrale
relative de l’œil V(λ) pour cette longueur d’onde.
()
(
)
(
)
683
λ
λ
λ
e
LFV
F=
L’unité de flux lumineux est donc le lumen, qui est définit indirectement dans le système SI à partir du
candéla (que nous verrons pour l’intensité). Le lumen (lm) est le flux lumineux émis dans un angle
solide de 1 stéradian par une source ponctuelle uniforme, placée au sommet de l'angle solide, et ayant
une intensité lumineuse de 1 cd (candéla)
.

Les grandeurs et les unités
Le flux
Energie émise
(W) Filtre V(λ)Flux lumineux
(lm)
F=κ P(λ)V(λ)dλ
380nm
760nm
∫
κ=683 lm
/
W
Flux Débit
Equivalent
Equivalent