Optique 2

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR
Systèmes Constructifs Bois et Habitat.
DOSSIER 13:
OPTIQUE 2
F.Duhamel
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Photométrie (Deuxième partie)
I. GRANDEURS DE LA PHOTOMÉTRIE.
La photométrie est l'étude énergétique des rayonnements lumineux des sources naturelles (soleil) ou artificielles (lampe à
incandescence, tubes fluorescents……). Elle permet d'adapter l'éclairage d'un local (pièce d'une maison, atelier d'une usine...) à son
utilisation (passage, lecture, repos...).
Quatre grandeurs sont liées comme ceci : une source d'éclairage artificielle (lampe électrique) rayonne dans toutes les directions de
l'espace un flux lumineux. Ce flux a, dans une direction donnée une certaine intensité lumineuse. Une surface, placée à une
distance donnée de cette source, reçoit un éclairement. Enfin, la surface éclairée renvoie une partie de l'éclairement reçu en
direction de l'observateur: c'est la luminance.
a. Angle solide  mesuré en stéradians (sr).
Un objet que l’on observe apparait plus ou moins grand en fonction de sa distance par rapport à l’œil. C’est l’angle solide qui
quantifie ce fait. Plus l’objet est proche, plus l’angle solide est grand
Angle solide d’émission d’une lampe torche
Dans l’espace, c’est le rapport de la surface d’une calotte sphérique
(Projection d’un objet sur la sphère) sur le carré du rayon de la sphère.
On le note Ω
Il s’exprime en stéradians (sr)
Ω=
S
R2
0≤Ώ≤4.π
Ω = 2  . (1-cos α)
α est le demi-angle au sommet du cône.
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Calotte sphérique
Sphère de rayon R
Calculer l’angle solide sous lequel on voit :
le soleil (Diamètre=1392000km distance :149597870 km)
la lune (Diamètre=3474,6km distance :384400 km)
Une pièce de un centime d’euro (Diamètre=16mm distance :1,8 m)
Valeurs particulières de 

srsr cos
a. Flux lumineux  mesuré en lumens (lm) et flux énergétique  en watts (W).
Le flux énergétique (en watt) représente la puissance totale mise sous forme d’ondes électromagnétique par une source.
Le flux lumineux  tient compte de la sensibilité du récepteur, l’œil, qui n'est pas
V()
identique pour toutes les radiations (l’œil est plus sensible au jaune-vert au
voisinage de 555 nm.)
Afin de traduire la sensation physiologique résultant de la sensibilité spectrale de
L’œil on a défini le lumen
À un flux énergétique d'un watt de rayonnement monochromatique de longueur
d'onde 555 nm (un vert-jaunâtre, où le maximum est atteint : V(555 nm) = 1),
correspond un flux lumineux de 683 lumens, tandis qu'avec la même puissance
le flux lumineux sera moitié moindre (344 lumens) pour un vert (510 nm)
ou un orange (610 nm)
 = V( .683
Pour un flux énergétique de 1W

V() est le facteur de visibilité de l’œil
b. Efficacité lumineuse d’une source k .
Elle permet d’obtenir le flux lumineux émis à partir de la puissance électrique absorbée P.
=k.P
Calculez l’efficacité lumineuse de la lampe à incandescence 230V,60W, 730 lumen
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c. Intensité lumineuse I mesurée en candelas (cd)
L’intensité lumineuse détermine le flux lumineux émis par unité d’angle solide dans une direction donnée
Le but des déflecteurs est de limiter l’angle d’émission pour un même flux lumineux émis, l’intensité lumineuse est ainsi plus
grande.
Cas des sources isotropes.
Dans ce cas I est constant quel que soit la direction :
I=/
d. Luminance L mesurée en cd.m-2
La luminance traduit la sensation visuelle d’une surface telle qu’elle est perçue par l’œil.
Exemple : une lame à incandescence de 60 W émet pratiquement le même flux dans toutes les directions qu’elle soit en verre clair
ou opalisé elle est cependant beaucoup plus éblouissante pour une ampoule en verre claire. La luminance caractérise ce phénomène.
On appelle luminance L de la source (primaire ou secondaire), la quantité:
n

L
I
I

 I / Sapparente
S ' S . cos
S’
I
S
I est l’intensité émise par la surface S de la source.
Luminances en cd/m2 :
seuil de perception de l'œil
0,000001
ciel nocturne
0,0001
pleine Lune, temps clair
2 000
tubes fluorescents
5 000
flammes éclairantes
15 000
papier blanc en plein Soleil, en été à midi
30 000
éblouissement vers
500 000
filament de carbone
700 000
filament de tungstène ordinaire
10 000 000
filament de lampe de projection
20 000 000
cratère positif, arc électrique au charbon
160 000 000
apparition possible de lésions oculaires vers
250 000 000
arc au xénon
400 000 000
lampes à vapeur de mercure à haute pression
500 000 000
Soleil à travers l'atmosphère
1 600 000 000
lampes-éclair (flashes, pendant quelques µs)
10 000 000 000
e. L’émittance M mesurée en lm/m².
L’émittance d’une source étendue représente le flux par unité de surface émis par cette source primaire ou secondaire.
Si l’émittance est uniforme:
M
émis
S
S :Surface de la source.
f. L’éclairement E mesuré en lux (lx).
L’éclairement lumineux d’un objet est défini comme le flux lumineux par unité de surface qu’il reçoit
Si l’éclairement de la surface est uniforme la formule se simplifie : E 
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reçu
S
S :Surface de l’objet éclairé.
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La loi de Bouguer permet d’exprimer l’éclairement d’une surface en fonction de l’intensité lumineuse :
 E 
I ( ). cos '
avec d=SM
d²
Éclairements en lux, produits par :
ciel nocturne
0,0003
pleine Lune
0,25
lampe de 75 W à 4 m
10
lampe de 75 W à 2 m
40
éclairage public
50
éclairage artificiel correct
100
très bon éclairage artificiel (travail fin) 500
extérieur, temps nuageux
15 000
rue par temps clair
25 000
plein Soleil, en été, à midi
100 000
valeurs conseillées en éclairagisme
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chambre à coucher, tableau, sculpture
150
salle à manger ou cuisine
200
plan de travail écriture ou cuisine,
salle de bains
300
travaux d'aiguille
500
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g.
Surface indicatrice.
Elle caractérise une source. C’est un graphe représentant l’intensité I en fonction de la direction.
direct extensif
direct intensif
semi-direct
mixte
semi-indirect
indirect
.
Sources non isotropes
III . Cas des sources suivant la loi de Lambert.
Dans ce cas la luminance ne dépend pas de la direction d’émission et l’intensité lumineuse dépend de cette direction.
I=I0. Cos 
I0 : intensité lumineuse à la verticale de la source
o
Luminance L et émittance M d’une source suivant la loi de Lambert :
L=I0/.S avec S surface de la source
M   .L
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