BTS photographie Sciences appliquées Cours. Photométrie
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- Rose Boisvert
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1 BTS photographie Sciences appliquées Cours Photométrie I / La lumière et l œil : 1. Spectre de la lumière blanche : La lumière du Soleil est : elle est composée d un ensemble de radiations monochromatiques et peut être décomposée en traversant un milieu dispersif comme un prisme. Chaque radiation (ou couleur) correspond à caractérisée par sa longueur d onde. Le spectre visible se compose des longueurs d onde comprises entre. et. Rappel : la longueur d onde d une radiation est liée à la fréquence ν (nu) par la relation : è, é è é! =3,00 10 '. )* Milieu de propagation Indice de réfraction n Vitesse de propagation : = +,-./ 0 air n = 1,0003 eau n = 1,33 verre n = 1,5 2. Réponse de l œil à la lumière : Les cellules de la rétine reçoivent les différentes radiations de la lumière visible. Elles les convertissent en impulsions électriques transmises au cerveau par le nerf optique. Elles ne présentent pas la même sensibilité pour toutes les longueurs d onde : - en vision diurne, l œil présente un maximum de sensibilité à.. ; - en vision nocturne ce maximum est à..
2 II / La photométrie visuelle : La photométrie est l étude de la lumière d un point de vue énergétique. L œil humain sert de référence pour établir les unités visuelles des grandeurs de la photométrie. La photométrie fait une distinction entre lumière émise (caractéristiques de la source) et lumière reçue (caractéristiques de la surface réceptrice) : - flux lumineux ΦL, efficacité lumineuse e (ou rendement lumineux K) et intensité lumineuse I caractérisent uniquement la source ; - l éclairement E caractérise la surface éclairée ; - la luminance L est une caractéristique visuelle, elle décrit la lumière reçue par l œil. 1. Flux lumineux ΦL en. (..) : Une ampoule du commerce émet un rayonnement qui devrait être caractérisé par sa puissance ou flux énergétique Φe exprimé en watt (W). Dans la pratique, l étiquette de l ampoule indique sa puissance lumineuse ou flux lumineux ΦL exprimé en lumen (lm). Cette grandeur tient compte de la sensibilité de l œil (voir I.2.) de façon à ne considérer qu une puissance susceptible de provoquer la sensation visuelle. Par exemple, si une ampoule émet un flux énergétique Φe = 1W constant sur l ensemble des longueurs d onde, le flux lumineux correspondant ΦL sera de : lm à λ = 555 nm (sensibilité maximale de l œil) ; - 26 lm à λ = 450 nm (sensibilité de l œil très faible). On retiendra donc que le flux lumineux ΦL caractérise la puissance lumineuse émise par une lampe. Il est noté ΦL (parfois F) et s exprime en lumens (lm). 2. L efficacité lumineuse e (ou rendement lumineux K) en lumens par watt (lm.w -1 ) : L efficacité lumineuse correspond au flux lumineux émis par la source par watt électrique consommé. e : efficacité énergétique en lumens par watt (lm.w -1 ) ΦL : flux lumineux en lumens (lm) Pélect : puissance électrique consommée en watts (W)
3 3. L intensité lumineuse I en candela (cd) : Elle caractérise l importance du flux lumineux émis dans une direction donnée. L unité de mesure est la candela (cd). 4. L éclairement E en lux (lx) : L éclairement E d une surface S correspond au flux lumineux qu elle reçoit par unité de surface : 1 lx = 1 lm.m -2. E : éclairement en lux ΦL : flux lumineux en lumens (lm) S : surface éclairée en mètre carré (m 2 ) L éclairement se mesure avec un luxmètre 5. La luminance L en candela par mètre carré (cd.m -2 ) : Les mesures d éclairement quantifient uniquement la quantité de lumière reçue par unité de surface. La lumière qui tombe sur une surface n est vue qu après réflexion ; l œil humain ne perçoit généralement que la lumière réfléchie. L impression visuelle ne dépend donc pas uniquement de la quantité de lumière produite mais également des propriétés de réflexion des surfaces. Le facteur de réflexion caractérise la capacité d une surface à réfléchir la lumière qu elle reçoit. Il est exprimé par le rapport entre le flux lumineux réfléchi par la surface et le flux lumineux reçu par cette surface. Son symbole est ρ et il n a pas d unité. 1= 2 3 4é56é !ç9 Relation entre la luminance et l éclairement d une surface : (Loi de Lambert) Lorsqu une surface reçoit un certain éclairement, elle réfléchit de la lumière et présente ainsi une luminance. Si cette surface est mate et parfaitement diffusante, il existe une relation simple entre l éclairement reçu et la luminance de la surface. Loi de Lambert : 6. L exposition lumineuse H ou lumination en lux.seconde (lx.s) : Dans certains domaines comme la photographie, le temps pendant lequel une surface photosensible reçoit un éclairement doit être pris en compte. L'exposition lumineuse (anciennement nommée lumination) est égale au produit de l'éclairement et de la durée d'exposition et s'exprime en lux-seconde (lx.s). H : exposition lumineuse ou lumination en lx.s E : éclairement de la surface photosensible en lx t : durée d exposition en seconde (s)
4 7. La relation fondamentale de la photométrie : Soit S une source lumineuse d intensité lumineuse I. Plaçons un luxmètre au point A et mesurons l éclairement en ce point : E : éclairement en lux (lx) I : intensité de la source lumineuse S en candela (cd) α : angle entre l axe optique et le rayon SA d : distance de la source S au point A en mètre (m)
5 III / Sources de lumière : 1. Sources lumineuses et spectres associés : Un système dispersif comme un prisme ou un réseau permet de décomposer la lumière émise par une source lumineuse et de visualiser le spectre associé. Remarques : - Un corps chaud (soleil, lampe à filament, bougie) émet un rayonnement de. - Le spectre de la lumière émise par un gaz sous faible pression (lampe à vapeur de mercure, lampe au sodium, lampe fluocompacte) est... - Une ampoule à incandescence et une ampoule halogène sont des ampoules à et émettent une lumière dont le spectre est continu. Une ampoule à incandescence produit de la lumière par échauffement jusqu à incandescence d un filament conducteur parcouru par un courant électrique. Le filament utilisé est un filament de tungstène ; l ampoule est remplie d un gaz noble (krypton ou argon) qui empêche la combustin instantanée du filament mais pas sa vaporisation. Pour obtenir une lumière plus blanche, on peut ajouter un gaz halogène (iode et brome) dans l ampoule, ce qui permet d augmenter la température du filament tout en limitant la vaporisation du filament. 2. Température de couleur : Un corps chauffé à une certaine température émet un spectre électromagnétique, avec un maximum d énergie pour une longueur d onde λmax qui dépend de sa température. Si on chauffe progressivement un métal, il émet d abord des rayonnements infrarouges, puis une couleur rougeoyante. Si on continue à augmenter la température, on obtient un métal «chauffé à blanc» : le maximum d énergie émis par le métal chauffé se décale vers des longueurs d onde coutes (bleus-violets), ce qui rend la couleur perçue blanche.
6 Pour les ampoules du commerce, cela donne une indication sur l ambiance lumineuse associée à la lumière émise : - à faible température de couleur, la lumière est.. - pour des couleurs plus élevées, la lumière est plus...
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