Photométrie
La lumière comme rayonnement
électromagnétique peut
être décrite par une distribution spectrale en
unités énergétiques (par
exemple des Watt) pour chaque longueur d’onde. Mais cette
description ne
rend pas compte de ce que voit un observateur, parce que la
sensibilité des
photorécepteurs de la rétine dépend de
la longueur d’onde. La photométrie a
été
développée pour traduire et rendre mesurable
l’effet de la lumière sur le
système visuel, par opposition à la
radiométrie qui caractérise son
aspect énergétique.
La Commission Internationale de
l’Eclairage a défini un
« observateur de
référence » dont
la courbe de réponse des cônes V(λ)
correspond aux
domaines photopique et haut mésopique. Dans le domaine
scotopique, la fonction V’(λ)
définit la courbe de réponse des
bâtonnets.
Luminance
La luminance caractérise
l’intensité lumineuse émise
par un élément de surface dans une direction
donnée (en général, en direction
d’un observateur). Elle est exprimée en candela
par mètre carré (noté cd/m2).
Sa définition tient compte de la « courbe
de réponse » des
photorécepteurs de la rétine (V(λ) ou
V’(λ)), ce qui permet de traduire le
signal électromagnétique en signal visuel.
L’appareil dédié à sa mesure
est un
luminance-mètre.
Couleur
Les réponses spectrales des
cônes L, M et S
étant légèrement
différentes, les signaux issus de ces
photorécepteurs
dépendent de la couleur du stimulus. C’est ce
phénomène qui explique la vision
colorée. La couleur désigne
l’impression subjective qui est associée. On
parle de stimulus tri-chromatique pour désigner le fait que
le signal
transmis au cortex visuel a trois composantes, issues des trois types
de cônes,
S, L, M.
La couleur est décrite, dans
le système colorimétrique de
la CIE, par trois composantes notées (X,Y,Z). On peut avoir
le
même triplet (X,Y,Z) pour deux stimuli physiquement
différents,
puisqu’on passe, par une projection, d’un espace de
dimension infinie (le
spectre lumineux) à un espace de dimension 3. Les stimuli de
composition
spectrale différente qui sont visuellement
équivalents (mêmes coordonnées X,Y,Z)
sont appelés métamères.
La chromaticité,
notée (x,y) est une mesure
de la couleur indépendamment de
l’intensité lumineuse ; elle se calcule
simplement à partir du triplet (X,Y,Z). C’est par
exemple à partir du
diagramme de chromaticité que l’ont
décrit les domaines de couleur
réglementaires des feux tricolores. Les points
situés sur le bord du diagramme
(Fig. 26) correspondent à des rayonnements monochromatiques
(c’est-à-dire dont
la distribution spectrale ne contient qu’une seule longueur
d’onde). Les
coordonnées (x,y) étant des rapports, sont sans
dimensions.
Autres unités
photométriques
L’intensité
lumineuse (exprimée en candela)
est le flux émis par unité d’angle
solide dans une
direction donnée ; on
l’utilise en général pour
décrire une source
lumineuse ponctuelle.
L’éclairement
rétinien, exprimé en Trolands, est
l’éclairement reçu par la
rétine.
Il est égal à la luminance de l’objet
regardé multipliée par la surface
d’ouverture
de la pupille (en mm2).
D’autres unités
photométriques sont couramment
utilisées : l’éclairement
(exprimé en lux, et mesuré par un
luxmètre)
représente le flux lumineux arrivant sur une surface, par
unité de surface.
C’est donc la lumière reçue, par
opposition à la lumière
réfléchie, et
notamment celle qui est réfléchie vers
l’observateur (la luminance).
L’éclairement est utilisé pour
décrire des systèmes
d’éclairage (automobile ou
éclairage public) car sa valeur ne dépend ni de
la position de l’observateur,
ni de la nature de l’objet éclairé.
Applications
Routières
Le solide photométrique
décrit la manière dont une
source ponctuelle émet de la lumière dans les
différentes directions. La
fonction de réflectance bi-directionnelle (BRDF
d’après l’acronyme
anglais) décrit la manière dont une surface
renvoie la lumière, en fonction de
la direction d’éclairage et de la direction
d’observation. La donnée complète
de la BRDF d’une surface (par exemple, une surface
routière) permet de calculer
la propagation de la lumière, qu’elle soit issue
de l’éclairage public ou
automobile ; elle permet de calculer aussi bien ce que voit
l’automobiliste que le flux émis vers le ciel qui
contribue au halo lumineux.
Dans le domaine routier,
on utilise également le coefficient de
rétro-réflexion, qui décrit la
proportion de lumière ré-émise dans
des directions proches de la direction
d’émission (en cd.m-2.lux-1).
Cette grandeur permet de
quantifier la qualité de service du marquage routier la
nuit, lorsqu’il est
éclairé par les feux de véhicule,
ainsi que celle des films
rétro-réfléchissants qui sont
appliqués sur les panneaux.