COEFFICIENTS de VISIBILITé

-coefficients de visibilité

La visibilité est la qualité de l'oeil, lui permettant d'appréhender les détails colorés d'une structure donnée.

Violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge, sont les plages du spectre visible,  soit 7 zones, dites teintes (ou couleurs) Celles-ci proviennent d'une source lumineuse qui émet sous des longueurs d'onde  comprises entre  l = 380 nm (le violet extrême) et l = 730 nm (le rouge extrême).Au milieu, où l = 555 nm, l'acuité de l'oeil est la meilleure.

Le découpage en 7 zones colorées comme l'arc en ciel, est purement arbitraire, car il y a une continuité infinie de couleurs et leurs limites (subjectives) ne sont qu’approximativement délimitables (rien ne ressemble plus à un rouge-orangé qu’un orangé-rouge !) Mais il était nécessaire de faire des compartimentages (curieusement inégaux) alors, on en a choisi 7, car c'est un chiffre mythique....

 

Une même intensité lumineuse (une puissance spatiale) reçue par le même oeil est perçue variablement, en fonction de la couleur concernée -donc en fonction de la fréquence de l'onde--

Deux lois essentielles ont été édictées:

-l'une établiun comparatif entre l'intensité émise en amont par la source et l'intensité résultante perçue par l'oeil.

-une autre loi exprime l'évolution de ce rapport, qui est variable en fonction de la fréquence. Cette évolution est quasiment en forme de courbe en cloche.

 

1-première loi: nouvelles unités

Un système spécial d'unités a été créé pour exprimer les diverses grandeurs reçues en photométrie: c'est le système psychophysique (ou psychométrique) Il nous impose d'abord une unité d'intensité lumineuse reçue par l'oeil, nommée candela:

la candela est l'unité d'intensité visuelle procurée par une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 5,4.1014 Hz,au moyen d'une intensité énergétique dans cette direction de 1/683 Watt par stéradian

On rencontre donc le nombre 683,nommé  équivalent mécanique de la lumière (symbolisé ye  dans cet ouvrage) et qui est le nombre de candelas que l'oeil mesure quand la source émet 1 Watt

Son inverse (1/683) est nommé coefficient correctif physiologique.

Ce (y683) va servir identiquement de coefficient d'équivalence mécanique pour changer les unités des grandeurs voisines >>>

--l'unité psychométrique de puissance (ou luminosité) est le lumen(lm)= (1/683)W,

--l'unité psychométrique de puissance surfacique spatiale (ou luminance) est le nit,

=(1/683) W/m²-sr

--l'unité psychométrique d'énergie (ou éclairage) est le lumen-seconde (lm-s = (1/683) J

--l'unité psychométrique de puissance surfacique (ou éclairement) est llm/m² = (1/683)W/m²

 

2-deuxième loi: comparatif de puissances

2.1.l'efficacité spectrale ou  facteur de visibilité (symbolisé F'1)

représente le rendement  F'= puissance émise / puissance perçue

en fonction de la longueur d'onde.C'est un rendement, donc les puissances sont évidemment exprimées toutes deux en mêmes unités (des Watts) 

Le point haut de la courbe en cloche de ce rendement (donc la valeur maxi de F'1= 1) est atteint pour un vert légèrement jaune ayant pour longueur d'onde  555 nanomètres (soit 5,4.1014 Hertz) Dès qu'on s'éloigne de ce summum, F'1 chute très rapidement, comme le montre la liste des valeurs exprimées ci-après, échelonnées entre 0 (pour longueurs d'onde aux limites de l'infrarouge ou de l'ultraviolet) et 1 (pour l quasi centrale = 555 nm)

En (Watt par Watt) >>> l de 385 nm(< 0,001)--l de 400 nm(=0,02)--l de 420 nm(=0,03)--

de 440 nm(=0,05)--de 460 nm(=0,08)--de 480 nm(=0,15)--  de 500 nm(=0,40)--

 de 520 nm(=0,80)-- de 540 nm(=0,95)-- de 555 nm(=1)-- de 560 nm(=0,98)--

 de 580 nm(=0,88)-- de 600 nm(=0,70)--  de 620 nm(=0,40)-- de 640 nm(=0,23)--

 de 660 nm(=0,10)-- de 680 nm(=0,05)-- de 700 nm(=0,04)-- de 720 nm(=0,03)--

 de 740 nm(=0,01)--  de 760 nm(< 0,001)--

 

2.2.l'efficacité spectrale relative (F'2)

est la même chose que le ci-dessus facteur de visibilité, sauf que les valeurs sont alors exprimées en pourcentages (au lieu de morceaux d'unité) et elles sont donc 100 fois plus fortes

Les efficacités spectrales relatives, symbolisées maintenant F'2 s'échelonnent entre 0 (aux extrêmes fréquences visibles) et 100 (pour le vert 555 nm) selon chiffrage ci-après >>> l de 385 nm(< 1)--l de 400 nm(=2)--l de 420 nm(=3)-- de 440 nm(=5)-- de 460 nm(=8)-- de 480 nm(=15)-- de 500 nm(=40)-- de 520 nm(=80)--  de 540 nm(=95)-- de 555 nm(=100)-- de 560 nm(=98)-- de 580 nm(=88)--de 600 nm(=70)-- de 620 nm(=40)-- de 640 nm(=23)--de 660 nm(=10)-- de 680 nm(=5)-- de 700 nm(=4)-- de 720 nm(=3)-- de 740 nm(=1)-- de 760 nm(<1)

 

2.3.la sensibilité lumineuse spectrale (F'3)

est la même chose que le ci-dessus facteur de visibilité, sauf que les valeurs reçues sont maintenant exprimées en unités psychophysiques (au lieu d'unité S.I.+) et elles sont donc 683 fois plus fortes

Les valeurs de F'3 sont échelonnées entre 0 (aux extrêmes fréquences visibles) et 683 (pour le vert 555 nm) selon chiffrage ci-après(en lm/W) >>>

l de 385 nm(< 5)--l de 400 nm(=10)--l de 420 nm(=20)--l de 440 nm(=30)--l de 460 nm(=54)--l de 480 nm(=102)--l de 500 nm(=275)--l de 520 nm(=546)--l de 540 nm(=650)--l de 555 nm(=683)--l de 560 nm(=670)--l de 580 nm(=600)--l de 600 nm(=478)--l de 620 nm(=273)--l de 640 nm(=157)--l de 660 nm(=68)--l de 680 nm(=34)--l de 700 nm(=27)--l de 720 nm(=20)--l de 740 nm(=10)--l de 760 nm(< 5)

Nota 1: les données ci-dessus correspondent à la lumière du jour (elles sont dites photopiques).La nuit, les bâtonnets de l'œil prennent le relais sur ses cônes et la longueur d'onde de sensibilité maxi est plus faible (507 nm) et on dit que c'est le domaine scotopique. Dans ce cas, toutes les valeurs ci-dessus sont dévaluées (par ex. à 555 nm, F'3 = 402)

Nota 2: la sensibilité spectrale (F'3) n'est pas toujours très précise pour un œil standard, car celui-ci favorise un peu les bleus, quand l'intensité émise par la source est faible.

Nota 3: l'appréciation des intensités lumineuses est nommée leucie.

Nota 4: si F'3 est assez important, l'indice de rendu des couleurs (IRC) reste assez faible (et réciproquement)

Nota 5: on trouve souvent cette sensibilité lumineuse spectrale dénommée rendement lumineux sur les notices commerciales. Mais c'est une tricherie verbale, car les marchands d'ampoules essaient ainsi de faire croire que le rendement de leur produit est très au-dessus de 1 (alors qu'un vrai rendement ne peut jamais être supérieur à 1 !)

En pratique, les sources habituelles de lumières (qui sont des ampoules électriques) présentent d'importantes pertes -à cause de l'effet Joule, à cause de l'angle solide de diffusion, à cause de la dissipation des longueurs d'ondes variées, etc- et on n'atteint jamais mieux que 35% de leurs théoriques 683 lm/W

Quelques valeurs de ce pseudo-rendement lumineux (en lumen par Watt)

9 lm/W pour les anciennes faibles lampes à incandescence (< 50 W)

13 lm/W pour les anciennes moyennes lampes à incandescence (60 à 120 Watts)

17 lm/W pour les anciennes fortes lampes à incandescence (> à 200 Watts)

24 lm/W pour les lampes à iode

50 à 80 lm/W pour les tubes fluorescents

230 lm/W  pour les meilleures LED

Le soleil lui-même ne fait guère mieux, car il produit un éclairement moyen de 40.000 lux et il donne par ailleurs une densité de flux de chaleur de 168 W/m² ce qui équivaut à 238 lm/W

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