coefficient d'efficacité lumineuse

Le COEFFICIENT d'EFFICACITE LUMINEUSE (ou simplement efficacité lumineuse) 

est l'un des 3 coefficients de visibilité traduisant la perception de la lumière par l'oeil

Pour exprimer le rendement entre l'intensité P'p perçue par l'œil et l'intensité P'l émise par une source lumineuse, on utilise 3 notions voisines, qui sont en fait des changements d'unités:

 1. l' EQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA LUMIÈRE

C'est le rapport symbolisé i2 = (P'p / P'l ) entre :

-l'intensité (flux spatial) P'p perçue par l'œil (en unité créée pour la circonstance, dite psychophysique et nommée lux-m²/sr)

-la même intensité P'l du même flux lumineux quand elle est émise et exprimée en Watts

Ce rapport -variable selon la longueur d'onde de la radiation lumineuse- a des valeurs allant de >>

 683 lux-m²/sr (pour une longueur d'onde jaune-verte où l'oeil perçoit alors le maximum de ce qu'il peut ressentir comme sensation lumineuse)

 jusqu'à 1 lux-m²/sr (dans les longueurs d'ondes extrêmes, aux limites de l'infrarouge ou de l'ultraviolet, zones dans lesquelles l'oeil ne perçoit quasiment plus les couleurs)

Ce 683 provient de la définition de la candela (unité d'intensité émise), décrétant qu'elle est produite par un rayonnement monochromatique de fréquence 5,4.1014Hertz, dont l'intensité énergétique est de 1/683 Watt par stéradian.

Ceci signifie que pour cette fréquence la plus favorable (dans le vert-jaune) >>>

une candela (nom de l'unité psycho. d'intensité lumineuse émise)

qui est la même chose qu'une intensité émise de 1 / 683 Watt/sr (exprimée en unité S.I.+)

permet à l'oeil de percevoir une intensité reçue de 1 lux-m²/sr (nom de l'unité psycho. d'intensité reçue)

 

 2. le COEFFICIENT d'EFFICACITE LUMINEUSE (ou plus simplement EFFICACITÉ LUMINEUSE)

est un nombre (symbolisé ye) , inverse de l'équivalent mécanique ci-dessus

(ye = 1 / i2) et donc il est variable (au même rythme que i2) et passe de 1/683 à 1

Nota: l'efficacité lumineuse (ye) n'est pas tout à fait précise pour un œil standard, car elle tire un peu vers le bleu quand la puissance émise par la source est faible.

 

3. le FACTEUR de VISIBILITE- ou sensibilité spectrale relative de l'œil ou aussi coefficient spectral de luminance-

est un nombre, symbolisé F'v égal à (i2 / 683) et donc variable (proportionnellement à i2) en passant de 1/683 à 1

 

Les relations entre ces 3 coefficients se traduisent en formules par

P'p = i2 .P'l     et   P'p = P'l / ye    et   P'p = P'l .(683)

Et pour résumer, les valeurs des 3 coefficients en fonction des couleurs du spectre lumineux sont :

-pour le rouge moyen et le violet moyen >>>

i2 = 20 --- ye = 1/20 = 0,05 --- et F'v= (20/683) soit # 0,03

-pour l'orange moyen et l'indigo moyen >>>

i2 = 50 --- ye = 1/50 = 0,02 --- et F'v = (50/683) soit # 0,07

-pour le jaune moyen et le bleu moyen >>>

i2 = 300 -– ye = 1/300 = 0,003 --- et F'v = (300/683) soit # 0,44

-pour une lampe à incandescence >>>

i2 = 615 -– ye = 1/615 < 0,002 --- et F'v = (615/683) soit # 0,90

-pour la lumière solaire blanche >>>

i2 = 635 -– ye = 1/635 = 0,0016 --- et F'v = (635/683) soit # 0,93

-pour le vert de base,  λ de 556 nm (et fréquence 5,4.1014Hz) >>>

i2 = 683 --- ye = 1/683 = 0,00146 --- et F'v= (683/683) soit 1

Nota : la longueur d'onde λ de sensibilité maximale ci-dessus (556 nm) est dite "photopique" pour la lumière du jour.

Elle devient plus faible la nuit car les bâtonnets de l'œil prennent le relais sur les cônes. On la dit alors "scotopique" et elle vaut 507 nm (la courbe des coefficients de sensibilités en est décalée d'autant, en moins)

 

En bref  x candelas ont besoin -pour être perçues- d'une intensité de (x / ye) ou (x.i2 ) W/sr

 

La première unité psychophysique a être définie (légalement) est la candela (cd), unité d'intensité lumineuse, qui vaut i2 W/sr ou 1/ye W/sr

A partir de la candela, sont déduites toutes les autres unités psychophysiques, selon détail ci-dessous :

1 candela (valant i2 W/sr ou 1/ye W/sr) = unité psychophysique d'intensité lumineuse,

c'est à dire une puissance spatiale émise)

1 lux-m²/sr (valant aussi i2 W/sr ou 1/ye W/sr) = unité psychophysique aussi d'intensité lumineuse, mais quand elle est transmise, reçue, dissipée, réfléchie ou absorbée)

1 nit (valant i2 W/m²-sr ou 1/ye W/m²-sr) = unité psychophysique d'exitance, émittance, éclat ou luminance, c'est à dire une puissance surfacique spatiale émise

1 lux-sr (valant aussi i2 W/m²-sr ou 1/ye W/m²-sr) = unité psychophysique d'illuminance, absorbance, transmittance, dissipance ou réflectance

c'est à dire une puissance surfacique spatiale reçue, absorbée, transmise, dissipée ou réfléchie)

1 lm/m² (valant i2 W/m² ou 1/ye W/m²) = unité psychophysique d'une irradiance c'est à dire une puissance surfacique émise

1 lux (lx) (valant aussi i2 W/m² ou 1/ye W/m²) = unité psychophysique d'éclairement (reçu) ou de flux absorbé ou de réflectance spécifique

1 lumen (lm) (valant i2 W ou 1/ye W) = unité psychophysique deluminosité, de RAYONNEMENT émis ou de flux émis

1 lux-m² (valant aussi i2 W ou 1/ye W) = unité psychophysique de flux lumineux transmis, reçu, absorbé ou réfléchi

1 lm-s (valant i2 J ou 1/ye J) = unité psychophysique de quantité de lumière émise) c'est à dire une énergie émise

1 lx-s-m² (valant aussi i2 J ou 1/ye J) = unité psychophysique d'opalescence (transmise) ou d'éclairage (reçu)