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Les unités de mesure de la lumière
Il existe plusieurs unités de mesure, qui se rapportent aux différentes propriétés de la lumière et d'une source lumineuse donnée.
Dans un premier temps, nous nous intéresserons à la mesure de la quantité de lumière produite par une source lumineuse - dans toutes les directions -, et à la quantité de lumière qui arrive sur une surface donnée :
o Le Watt (W) et le W/m2 font référence, respectivement, à l'énergie électrique consommée par une source lumineuse et à cette énergie rapportée à la surface éclairée. Ces deux mesures, directement liées à la consommation d’énergie électrique, ne peuvent nous renseigner sur la quantité de lumière produite que si nous avions connaissance du rendement de la source lumineuse étudiée.
o Le lumen et le lux (1 lux = 1 lum/m2) sont issus des standards industriels et se rapportent à une source lumineuse de référence de 540.1012 Hz et 1/683 Wt. Cette longueur d'onde correspond à une radiation auquel notre oeil est particulièrement sensible (vert-jaune). Lumen et lux sont donc appropriés pour quantifier des sources de lumière de type commerciales destinées à notre confort visuel. Elles le sont beaucoup moins lorsqu'il s'agit d'étudier des phénomènes biologiques comme la photosynthèse (cf. ci-dessous).
o Le micro-Einstein (µE) quantifie lui le nombre de photons émis ou reçus par un corps. Un Einstein correspond à 1 mole de photon (6.023.1023 photons). Cette unité de mesure ne tient pas compte de l'énergie des photons (l'énergie des photons varie en fonction de la longueur d'onde, cf. chapître précédent ). L’Einstein est un bon indicateur de l’action de la lumière sur l'activité photosynthétique des végétaux. En effet, les mécanismes biologiques qui sont mis en jeu lors de la phase lumineuse de la photosynthèse ne sont pas dépendants de l'énergie de chacun des photons, mais de leur nombre global, et c'est justement ce qu'exprime l'Einstein.
o Le PAR (Photosynthetic Avalaible Radiation, unité : µE/m2/s) donne une mesure de la quantité de photons arrivant sur une surface dans un temps donné, dans la plage des longueurs d'onde correspondant à la lumière visible (entre 400 et 700 nm). C'est en effet dans cette portion du spectre que l'on trouve les pics d'absorption des pigments de la photosynthèse. Mais comme les pigments n'absorbent pas de manière égale dans toute la plage 400-700 nm, mais préférentiellement à certaines longueurs d'onde, certains préfèrent utiliser le PUR (Photosynthetic Useable Radiation) pour quantifier le nombre de photons réellement utilisés par les cellules photosynthétiques. La définition du PUR dépend donc à la fois de la source lumineuse (spectre d'émission, intensité) et des pigments étudiés (spectre d'absorption des pigments). A laisser donc aux spécialistes... A titre indicatif, dans les zones tropicales et lorsque le soleil est au zénith dans un ciel sans nuage, le PAR mesuré à la surface de la mer tourne autour de 2,5 E/m2/s.
Si PAR et PUR font références à certaines portions du spectre d'une source lumineuse, la température de couleur permet quant à elle de décrire la totalité du spectre d'émission de cette source. Vous connaissez vraisemblablement la notion de température de couleur au travers de vos achats d'ampoules HQI (les fameux 10000, 14000 ou 20000K). Pourquoi parler de température plutôt que de longueur d'onde ? Tout simplement pour pouvoir comparer des spectres lumineux.
La plupart des lumières artificelles qui nous entourent ne sont pas monochromatiques mais se composent d'un ensemble de longueurs d'ondes. Lorsque l'on parle d'une source lumineuse, il devrait donc être nécessaire de présenter un graphe décrivant les différentes longueurs d'onde qui composent cette source.
Il a été démontré que lorsqu'un "corps noir" émet de la lumière par incandescence son spectre ne dépend que de sa température. Ce qui revient à dire qu'en connaissant sa température on est capable de décrire son spectre lumineux. On pourrait donc en conclure que deux sources lumineuses de 10000K (Soit 9727°C avec K = °C +273) devraient avoir des spectres identiques. Le problème, c'est qu'un corps noir se définit comme un corps opaque, totalement isolé et que les ampoules sont très loin de répondre à cette définition.
Dans le cas d'un corps noir, comme notre soleil, le spectre est continu alors qu’il est discontinu dans le cas des ampoules. Cela est dû, entre autre, au fait qu'à l'intérieur de l'ampoule différents halogénures métalliques émettent chacun leur propre spectre.
Spectre Hit Lite 10000 K
La température de couleur d'une ampoule, ou plus précisément sa valeur extrapolée, nous renseigne donc plus sur sa longueur d'onde dominante que sur son spectre réel. Le tableau ci-dessous vous donne quelques points de repère. On notera qu'à 5500K un corps noir émet approximativement la même quantité d'énergie dans toutes les longueurs d'onde et on qualifie son spectre de "lumière du jour" (daylight en anglais). En-dessous de cette valeur la lumière a tendance à tirer vers le jaune et au-dessus vers le bleu - même si notre oeil ne le perçoit pas forcément dès cette limite.
Quelques valeurs chiffrées:
o Lumière d'une bougie 600 K
o Lampe à incandescence de 75 W 2850 K
o Lampe à incandescencede 150 W 3000 K
o Lampe halogène (quartz-iode) 3400 K
o Lumière du jour 5500/6500 K
o Ciel sans nuage de 10000 K à 20000 K
L'Indice de Rendu des Couleurs, ou IRC, indique la capacité d'une source lumineuse à restituer de façon naturelle les couleurs des objets qu’elle éclaire. L’indice maximum (IRC 100) correspond à une lumière blanche, avec un spectre complet et continu de longueurs d’onde qui restitue donc toutes les nuances colorées. Une lampe qui n’émet que des raies spectrales correspondant aux trois teintes de base (bleu, vert, rouge) peut cependant afficher un bon rendu des couleurs. La combinaison de ces trois couleurs primaires permet à l’oeil de percevoir les nuances du spectre. Ceci à la condition que chaque couleur soit présente de façon égale, comme dans le cas de la lumière du jour. L'IRC n'a donc d'intérêt que pour évaluer le rendu esthétique d'une ampoule sur le milieu, sans présager de son utilité pour les habitants de l'aquarium.
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