Photométrie et radiométrie

La radiométrie optique, est la discipline concernant la caractérisation théorique et expérimentale des rayonnements optiques. Elle a pour objets les grandeurs qui définissent ces rayonnements, les lois qui en régissent l'émission, la propagation et la détection, de même que les moyens de mesures correspondants.

La partie du spectre électromagnétique de la radiométrie optique s'étend le l'ultraviolet à l'infrarouge.

• Pour l'ultratviolet (U.V) : `100" nm < " lambda_(UV) " < "800" nm" `
• Pour le visible : `400" nm < "lambda_(UV)" < "800" nm" `
• pour l'infra-rouge (I.R) : `0,8" µm < "lambda_(IR)" < " 1000 " µm" `

1. Les grandeurs énergétiques, visuelles et photoniques

1.1. Les grandeurs énérgétiques (grandeurs radiométriques)

Ces grandeurs mesurent l’énergie lumineuse sans tenir compte de la perception humaine.

1.2. Les grandeurs visuelles (grandeurs photométriques)

Elles tiennent compte de la sensibilité de l'œil humain (efficacité lumineuse spectrale) , qui varie avec la longueur d’onde.

1.3. Les grandeurs photoniques ou quantiques

Elles s'appuient sur la nature quantique de la lumière en comptant les photons.

2. Les grandeurs radiométriques

Une source lumineuse rayonne un flux énergétique ϕ${\displaystyle \varphi }$ c'est à dire un débit d'énergie ou encore une puissance en Watt [W]${\displaystyle \left[W\right]}$
Pour une source ponctuelle et dans une direction donnée, ce flux a une intensité lumineuse (flux dans un angle solide considéré).
I=dϕdΩ${\displaystyle I=\frac{d\varphi }{d\Omega }}$ s'exprime en en watt par stéradian [W⋅sr−1]${\displaystyle [W\cdot s{r}^{-1}]}$ Une source ponctuelle peut émettre avec la même intensité dans toutes les direction (source isotrope) ou bien rayonner selon une direction privilégié (source plus ou moins directive). Elle possède ainsi un diagramme de rayonnement ou indicatrice d'intensité. Dès lors que la source est étendue (lampe, sol, ciel, mur ...) la définition précédente de l'intensité ne peut plus être appliquée ("flux détecté" par la source dans un angle solide). Il faut évaluer la quantité d'énergie lumineuse émise par toutes les petites surfaces qui constituent l'intégralité de la source étendue.
La luminance représente cette luminosité.
L=dϕdS⋅cosα=d2ϕdS.dΩ⋅cosα${\displaystyle L=\frac{d\varphi }{dS\cdot \cos \alpha }=\frac{d^2\varphi }{dS.d\Omega \cdot \cos \alpha }}$ s'exprime en watt par stéradian par mètre carré [W⋅sr−1⋅m−2]${\displaystyle [W\cdot s{r}^{-1}\cdot m^{-2}]}$ Si la luminance est la même dans toutes les direction, on parle alors de source lambertienne ou source orthotrope. De plus, lorsque l’on s'éloigne de la source, celle-ci paraît moins « forte ». En effet en s'éloignant la, lumière va se répartir sur des surfaces de plus en plus grandes. (Loi de Bouger).
L'éclairement correspond à ce flux reçu par unité de surface. E=dϕdS${\displaystyle E=\frac{d\varphi }{dS}}$ s'exprime en watt par mètre carré [W⋅m−2]${\displaystyle [W\cdot m^{-2}]}$

3. Les grandeurs photométriques

Le principe consiste à normaliser les grandeurs énergétiques selon la sensibilité optique de l'œil. Il faut encore distinguer la vision diurne sensible aux couleurs (vision photopique) qui se fait par l'intermédiaire des cônes de la rétine et la vision nocturne (vision scotopique) en niveaux de gris qui se fait par l'intermédiaire des bâtonnets de la rétine. L'efficacité lumineuse spectrale est une fonction établie pour un observateur moyen.

Par définition pour un rayonnement monochromatique, le flux énergétique `Phi(lambda)`, et le flux visuel correspondant `F(λ)`, sont reliés par la relation :
`F(λ)=K_m*V(lambda)*Phi(lambda)`

• `V(lambda)` est l'efficacité lumineuse spectrale.
• `K_m` est l'efficacité lumineuse maximale Afficher
  `K_mapprox683" lm"*"W"^-1` en vision diurne et `K_mapprox1700" lm"*"W"^-1` en vision nocturne.

Pour l'ensemble du spectre visible, la relation s'écrit : 𝐹 =𝐾𝑚 ⋅∫∞0𝑉⁡(𝜆) ⋅Φ⁡(𝜆) ⋅𝑑𝜆