110000 lux dans mon jardin

… ou quelques considérations de photométrie. Avez vous réalisé que l’achat d’une simple ampoule électrique était devenu compliqué ? Autrefois vous n’aviez que les modèles incandescents à filament tungstène avec embase baïonnette, verre clair ou dépoli de formes diverses, avec la seule puissance électrique comme variable d’éclairement. Vous disiez : « - je vais acheter une ampoule de 60W ». Aujourd’hui, tungstène, halogène et fluocompact sont amenés à disparaître au profit des LED. Vous trouvez encore des dizaines d’embases/culots différents dont les B17 (baïonnette), E27 et E14 à vis, plus tout le reste. Avec les nouveaux produits, oubliez les watts (W) mais considérez les lumens (lm).

Le lumen est l’unité de flux lumineux. C’est la puissance lumineuse émise dans toutes les directions. Le rapport lux/watt caractérise le rendement lumineux (l’efficacité) de la source.

Si l’émission est restreinte à l’intérieur d’un certain angle solide (ce qui est le cas normal), on appelle intensité lumineuse exprimée en candela ou chandelle (cd) la lumière émise dans une certaine direction. Elle peut être nulle dans la direction du culot.

Ensuite, il y a l’éclairement reçue par une surface (quelle que soit la ou les sources qui l’éclairent) exprimée en lux (lx). Ça se mesure avec un luxmètre. Dans mon jardin à midi en plein soleil et dans la direction de celui-ci, je mesure 110000 lx. Cette valeur est plausible (le luxmètre semble donner des données fiables). Lumen et candela ont la dimension du watt, le lux celle du watt/m². Le stéradian est un nombre sans dimension [0 – 4 π].

Exemple : Si je prends une ampoule de 800 lm possédant un angle de diffusion de 150° (on suppose que toute la lumière se répartit de façon homogène à l’intérieur de ce cône de 150°), 150° correspondent à 4,66 stéradians (sr) (ah, ça c’est de la géométrie !). A 1,50 mètre de la lampe, la lumière éclaire une surface sphérique S = 1,5² x 4,66 = 10,48 m² (on ne le croirait pas, hein ?). Sur cette surface, l’intensité lumineuse est constante et vaut 800/4,66 = 171,18 cd et l’éclairement homogène vaut 800/10,48 = 76,35 lx. C’est trop faible pour lire (en France, la norme légale est de 300 lx). Bien sûr si l’intensité lumineuse varie à l’intérieur du cône de diffusion, il faut passer aux intégrales doubles, mais ici on s’en fout, hein ?

Les sources lumineuses ont d’autres caractéristiques, à commencer par leur luminance (cd/m²). Plus la luminance est forte, plus la source éblouit. Ainsi pour le soleil au niveau de la mer par temps clair elle vaut 1,5. 10⁹ cd/m². Si on s’intéresse aux caractéristiques énergétique d’une source, on va revenir au watt/m² /sr. C’est sans intérêt pour une lampe.

Tout ça est très bien détaillé par la page web ‘Lumens, candelas et lux expliqués sous ma douche’ si on ne veut pas se perdre sur Wikipédia.

Autre caractéristique des ampoules, la température de couleur. C’est la grandeur qui détermine si la source donne un blanc « chaud » ou un blanc « froid ». Cette température s’exprime en [degrés] kelvin (K). Le blanc bien chaud commence autour de 2400K (Tungstène), le blanc froid vers 6000K. Pour les artistes, une valeur de 5000K (lumière blanche dite naturelle) est convenable, mais il existe un indice spécifique pour le rendu des couleurs, c’est l’IRC dont la valeur varie entre 0 (nul) et 100 (parfait). On rentre ici dans des considération spectrales compliquées.

Les étiquettes marchandes donnent un encodage à 3 chiffres. Exemple 830 signifie IRC=80, Température de couleur 3000K. Si on ne sait pas, on ne peut pas deviner.

Exercice. Un torche à LED (achetée pour moins de 10€ chez les chinois) est soi-disant donnée pour 5000 lm. En dé-zoomant, elle projette une image de sa matrice de diodes de dimension 23 cm x 23 cm à 1,5 mètres (rien n’est émis en dehors). A cette distance, on mesure un éclairement de 2400 lx dans la zone éclairée. Quelle est la puissance lumineuse réelle (lm) de la torche ? Moi j’ai trouvé une valeur bien au dessous de l’annonce.

NB : J’ai rédigé cette page comme pense-bête à mon usage. C’est fou ce qu’on oublie vite.

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Remarque … Les unités de mesures s’écrivent en minuscules et sont du genre masculin (un watt) ; le pluriel prend un ‘s’ : 60 watts. Le symbole en est W (majuscule), kW pour kilowatt.  D’une façon générale, les symboles issus de noms propres s’écrivent en majuscules : kelvin (K), joule (J), ampère (A), maxwell (M), newton (N), pascal (Pa), etc. Les unités dérivées comme candela, lumen, lux s’écrivent en minuscules. Elles prennent un ‘s’ au pluriel sauf lux. Leurs symboles cd, lm, lx s’écrivent également en minuscules et sont invariables.