La vision humaine dépend de la lumière. La lumière se reflète sur les surfaces dans les yeux, traverse la cornée et la pupille pour former une image sur la rétine. L’œil est sensible à une très large gamme d’intensité lumineuse, mais à des niveaux faibles, il perd la capacité de discerner les détails. C’est pourquoi les travaux de précision tels que la chirurgie, les mesures ou l’assemblage doivent être effectués sous une lumière vive. Travailler sous un mauvais éclairage entraîne de la fatigue et des erreurs. Les accidents industriels sont plus fréquents lorsque les niveaux d’éclairage sont faibles. En outre, un bon éclairage détermine la capacité des gens à observer un spectacle et à prendre des photos de qualité. Pour aider à comprendre la mesure de l’intensité lumineuse, ce livre blanc d’OMEGA Engineering aborde :
- Qu’est-ce que la lumière ?
- Comment mesure-t-on la lumière ?
- Situations nécessitant une mesure de la lumière
- Technologie de mesure de la lumière
- Équipement de mesure de la lumière
Qu’est-ce que la lumière ?
La lumière est une forme d’énergie électromagnétique qui se déplace dans l’espace sous forme d’onde. Comme les micro-ondes et les rayons X, ces ondes ont une longueur d’onde et une fréquence. La différence est que les humains possèdent des récepteurs capables de capter l’énergie avec des longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm et de la transformer en images.
Les différentes longueurs d’onde correspondent à des couleurs distinctes. La lumière dont la longueur d’onde se situe autour de 420 nm est perçue comme bleue, 525 nm comme verte et 635 nm comme rouge. Les longueurs d’onde plus longues sont appelées infrarouges (qui sont perçues comme de la chaleur) et les ondes plus courtes sont les ultraviolets puis les rayons X.
Les sources de lumière basées sur la chaleur (sources « incandescentes ») rayonnent de l’énergie électromagnétique sur toutes les longueurs d’onde, c’est pourquoi elles apparaissent blanches. La répartition réelle des longueurs d’onde au sein de cette lumière dépend de la température de la source. Les lampes fluorescentes apparaissent blanches uniquement en raison de la fluorescence d’un revêtement sur le verre ou le tube et les LED n’émettent de la lumière qu’à une longueur d’onde spécifique.
Comment mesure-t-on la lumière ?
Une source de lumière, comme le filament d’une ampoule à incandescence, émet de la lumière dans toutes les directions. En fait, elle se trouve au centre d’une sphère de lumière rayonnée (c’est pourquoi les unités de lumière font référence au stéradian). L’énergie totale de toute la lumière émise est appelée « flux lumineux ».
L’unité fondamentale de la lumière est la candela, nominalement la lumière émise par une bougie, ou plus précisément, « une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 1012 hertz et qui a une intensité radiante dans cette direction de 1/683 watt par stéradian. »
Une candela par stéradian est appelée un lumen, qui est la mesure de l’intensité lumineuse que les gens connaissent le mieux. Cependant, ce qui compte le plus en termes de mesure de l’intensité lumineuse est le nombre de lumens tombant sur une surface, qui est exprimé en lux. Un lux correspond donc à un lumen par mètre carré, ce qui établit un lien entre la luminosité et la distance par rapport à la source. (Aux États-Unis, il est courant d’exprimer l’intensité lumineuse en unités de bougies-pieds. Un foot-candle est équivalent à un lumen par pied carré).
En résumé, alors que le rendement lumineux est exprimé en lumens, l’intensité lumineuse est mesurée en termes de lumens par mètre carré ou lux.
Situations nécessitant une mesure de la lumière
Photographie Studio Les principales raisons de mesurer l’intensité lumineuse sont de s’assurer que les normes minimales d’éclairage sont respectées et de déterminer les temps d’exposition appropriés en photographie et en cinématographie. Quatre situations couramment rencontrées sont présentées ci-dessous.
1. Ergonomie et sécurité
Des niveaux d’éclairement minimum sont recommandés pour de nombreux environnements. Si certains, comme la construction et les chantiers navals, ont des exigences OSHA très spécifiques, pour les applications industrielles générales, l’OSHA se réfère à la norme ANSI/IESNA RP-7-2001, « Practice for Industrial Lighting. » Celle-ci définit l’intensité minimale requise pour effectuer une série de tâches en toute sécurité et avec précision.
Dans certaines organisations, l’intensité lumineuse n’est mesurée que de manière réactive, généralement après une chute ou un autre accident. Une approche plus prudente consiste à effectuer une étude d’éclairage, en documentant les niveaux de lumière sur l’ensemble du lieu de travail. Si des zones sont trouvées en dessous des niveaux minimaux acceptables, un plan d’amélioration peut alors être mis en œuvre.
2. Photographie et cinématographie
L’intensité lumineuse est au cœur de la photographie. Une faible luminosité oblige le photographe à augmenter le temps d’exposition ou à ouvrir le diaphragme de l’objectif, et parfois les deux. Bien que de nombreux appareils photo modernes intègrent la mesure de la lumière, il est toujours avantageux de connaître les niveaux de lumière autour du sujet, en particulier pour la photographie en studio ou le portrait.
Connaître les niveaux de lumière permet également d’assurer la reproductibilité d’une prise de vue, ce qui est une préoccupation en cinématographie. En mesurant les niveaux de lumière, un caméraman peut produire des résultats cohérents, ce qui garantit le maintien de la continuité.
3. Surveillance de la météo
Bien que de nombreux posemètres soient configurés pour la lumière incandescente, ils sont toujours utiles pour fournir des comparaisons en extérieur. Un compteur pourrait par exemple produire des enregistrements montrant la différence d’intensité entre le solstice d’été et d’hiver. Cartographier les intensités lumineuses dans une zone destinée à recevoir des panneaux solaires pourrait aider à déterminer l’emplacement optimal de chaque panneau. Les personnes impliquées dans l’agriculture pourraient bénéficier de l’identification des zones de plus faible intensité lumineuse dans une serre.
4. Décor de théâtre et design intérieur
Les différences d’intensités lumineuses sont un moyen efficace de diriger l’attention d’un public. Un décorateur peut vouloir qu’un accessoire ou un acteur particulier soit projeté dans l’ombre pour une scène et mis en valeur pour la suivante. De même, un décorateur d’intérieur utilisera les différences d’intensité pour créer un aspect et une ambiance particuliers. L’établissement des niveaux de lumière permet également de garantir la reproductibilité d’un aspect et d’une ambiance particuliers, ainsi que de confirmer qu’il y a suffisamment de lumière pour que le public puisse voir les traits des acteurs.
Technologie de mesure de la lumière
La lumière tombe sur un capteur où l’énergie des photons est convertie en charge électrique. Plus la lumière frappe la surface, plus la charge s’accumule. En termes généraux, les deux sont corrélés. Un calibrage dans l’électronique de mesure convertit le courant ou la tension en une valeur en lux.
Compliquant les choses, l’œil humain n’est pas également sensible à toutes les longueurs d’onde de la lumière et a une plus grande sensibilité au vert. Ainsi, si des intensités égales de lumière bleue et de lumière verte tombent sur un compteur, alors que la valeur brute en lux pourrait être la même, l’observateur humain percevrait plus de lumière verte. Pour remédier à ce problème, les luxmètres sont configurés pour recevoir une lumière dont la distribution spectrale correspond à celle d’un éclairage domestique à filament de tungstène. Cette lumière est définie comme l’illuminant standard A de la CIE et ajuste la mesure de l’intensité brute pour mieux correspondre à la perception humaine de la luminosité. Il est recommandé d’utiliser l’illuminant standard A de la CIE dans toutes les applications impliquant l’utilisation d’un éclairage à incandescence.
Mètres de mesure de la lumière
Environnement de travail intérieur Les compteurs environnementaux portatifs robustes pour la mesure des RPM et de la lumière sont conçus comme des instruments portatifs faciles à utiliser pour mesurer l’intensité lumineuse. Basés sur la norme CIE Illuminant A, ces appareils sont idéaux pour une utilisation dans les zones d’éclairage incandescent, et fourniront une lecture sous éclairage fluorescent avec une petite erreur avec une plage de mesure de 1 à 200 000 lux (0 à 18 580 bougies de pied).
Ces instruments sont idéaux pour tous ceux qui ont besoin de vérifier les niveaux de lumière dans des environnements de travail intérieurs, pour la photographie, la conception de décors de théâtre, la décoration intérieure et la cinématographie. Il peut être utilisé à l’extérieur lorsque des valeurs comparatives ou des ratios sont suffisants, mais il ne faut pas s’y fier pour obtenir des valeurs d’intensité précises en raison de son étalonnage CIE.
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