Rudiments de photométrie/Efficacité lumineuse

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Efficacité lumineuse spectrale

Dans le chapitre précédent, nous avons vu que pour un faisceau monochromatique, le flux lumineux Φ(λ) (en lumens) est proportionnel à la puissance P(λ) (en watts) du faisceau. Le facteur de proportionnalité K(λ) en lm/W) n’est pas le même selon la longueur d’onde du faisceau. Ce facteur de proportionnalité est ce que l’on appelle l’efficacité lumineuse spectrale.

$K(\lambda )={\frac {\Phi (\lambda )}{P(\lambda )}}$

Elle dépend de la sensibilité de l’œil définie par la fonction d'efficacité lumineuse relative spectrale V(λ) dans le domaine photopique et V'(λ) dans le domaine scotopique.

Comme on l’a vu, la sensibilité de l’œil le jour (vision photopique) est maximale pour une longueur d’onde de 555 nm. C’est pour cette longueur d’onde que l’efficacité lumineuse spectrale sera la plus grande. Elle vaut alors K_m = 683 lm/W d’après la définition de la candela.

$K(\lambda )=K_{m}\cdot V(\lambda )$

En ce qui concerne la vision de nuit (vision scotopique), nous savons que la vision n’est plus assurée par les cônes mais par les bâtonnets. Les valeurs précédentes sont donc changées. Le maximum de sensibilité est alors obtenu pour 507 nm et l’efficacité lumineuse spectrale maximale est de K'_m = 1 700 lm/W.

$K'(\lambda )=K'_{m}\cdot V'(\lambda )$

Efficacité lumineuse

Plus généralement pour une lumière polychromatique, l’efficacité lumineuse k sera le rapport entre le flux lumineux Φ du faisceau considéré sur l’ensemble de son spectre par son flux énergétique, ou puissance P.

$k={\frac {\Phi }{P}}.$

L’efficacité lumineuse du rayonnement solaire vaut environ 250 lm/W.

Rendement lumineux d'une lampe

Ce que nous avons défini précédemment est l'efficacité lumineuse d'un rayonnement. De façon moins officielle, il est d'usage, en particulier chez les constructeurs de lampes, d'uiliser le terme efficacité lumineuse pour nommer ce qui est nommé officiellement rendement lumineux d'une lampe. C'est le rapport entre le flux lumineux Φ émis par la lampe et la puissance électrique P_e consommée par la lampe (au lieu de la puissance rayonnée par la lampe en watt).

$r={\frac {\Phi }{P_{e}}}.$

Les notations utilisées pour l'efficacité lumineuse officielle ou l'efficacité lumineuse officieuse peuvent fortement varier selon les auteurs, mais dans les deux cas, elles s'expriment en lumen par watt.

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Exemple de calcul

Calculer Le flux lumineux d’une lampe de 50 Watts dont l’efficacité lumineuse est de 15 lm/W.

Le flux lumineux de cette lampe sera 15 × 50 = 750 lm.

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Exemple de rendements lumineux (souvent appelé efficacité lumineuse)

• Lampe à incandescence est d’environ 15 lm/W ;
• Lampe halogène est d’environ 20 lm/W ;
• Tube fluorescent est d’environ 70 à 80 lm/W ;
• Autres exemples sur Wikipédia.

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