BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR

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1 DOIER 13: OPTIQUE 2 F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 1/6

2 Photométrie (Deuxième partie) I. GRANDEUR 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 = 2 R 0 Ώ 4.π Ω = 2. (1-cos α) α est le demi-angle au sommet du cône. F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 2/6

3 Calotte sphérique phère de rayon R Calculer l angle solide sous lequel on voit : le soleil (Diamètre= km distance : km) la lune (Diamètre=3474,6km distance : 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 F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 3/6

4 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: L I I I '.cos / I est l intensité émise par la surface de la source. apparente I n Luminances en cd/m 2 : seuil de perception de l'œil 0, ciel nocturne 0,0001 pleine Lune, temps clair tubes fluorescents flammes éclairantes papier blanc en plein oleil, en été à midi éblouissement vers filament de carbone filament de tungstène ordinaire filament de lampe de projection cratère positif, arc électrique au charbon apparition possible de lésions oculaires vers arc au xénon lampes à vapeur de mercure à haute pression oleil à travers l'atmosphère lampes-éclair (flashes, pendant quelques µs) 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. i l émittance est uniforme: M émis :urface 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 i l éclairement de la surface est uniforme la formule se simplifie : E reçu :urface de l objet éclairé. F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 4/6

5 La loi de Bouguer permet d exprimer l éclairement d une surface en fonction de l intensité lumineuse : I ( ).cos ' E avec d=m d ² 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 rue par temps clair plein oleil, en été, à midi valeurs conseillées en éclairagisme 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 F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 5/6

6 g. urface indicatrice. BREVET DE TECHNICIEN UPERIEUR 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 ources 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=I 0 /. avec surface de la source M. L F.Duhamel B.T..C.B.H Page N 6/6