Lumière
Mesurer la lumière : radiométrie et photométrie
Quelle est la « force » de la lumière ? Il y a deux réponses à cela : une réponse physique en énergie, et une réponse qui tient compte de l’œil humain. Pour les écrans, c’est la seconde qui compte. Cet article explique la différence, avec le lumen, la candela, le lux et le nit.
On peut « mesurer » la lumière de deux façons. La première compte simplement la quantité d’énergie contenue dans la lumière, comme le ferait un appareil. La seconde regarde à quel point la lumière paraît intense pour nos yeux.
Ces deux choses ne sont pas identiques ! Notre œil voit certaines couleurs bien mieux que d’autres. C’est pourquoi, pour les écrans, on utilise toujours la seconde façon : mesurer comme un humain le voit.
Il existe deux systèmes de mesure de l’intensité de la lumière. La radiométrie mesure l’énergie de rayonnement pure, exprimée en watts ou en joules, indépendamment de l’œil. La photométrie mesure la même énergie, mais pondérée selon la façon dont l’œil humain y réagit. Pour les écrans, la photométrie est la bonne méthode.
Quatre grandeurs photométriques
| Grandeur | Unité | Ce qu’elle indique |
|---|---|---|
| Flux lumineux | lumen (lm) | Quantité totale de lumière qu’une source émet dans toutes les directions. |
| Intensité lumineuse | candela (cd) | Quantité de lumière qui part dans une direction donnée. |
| Éclairement | lux (lx) | Quantité de lumière qui arrive sur une surface. |
| Luminance | cd/m² (nit) | À quel point une surface paraît lumineuse : au plus près de la « luminosité ». |
Pourquoi la photométrie pour les écrans
Un écran est conçu pour être regardé par des personnes. C’est pourquoi nous exprimons la luminosité en nits (cd/m²), une grandeur photométrique. Cela permet de comparer les écrans d’une manière qui correspond à ce qu’un observateur voit réellement, plutôt qu’en énergie invisible.
La radiométrie quantifie l’énergie de rayonnement en unités physiques absolues (flux énergétique en watts, intensité énergétique en W/sr, éclairement énergétique en W/m², luminance énergétique en W/sr/m²). La photométrie pondère chaque grandeur radiométrique par la fonction d’efficacité lumineuse photopique V(λ), qui culmine à 555 nm. Ainsi, chaque grandeur radiométrique obtient une contrepartie photométrique.
Les quatre grandeurs photométriques du SI
| Grandeur | Symbole | Unité SI | Contrepartie radiométrique |
|---|---|---|---|
| Flux lumineux | Φv | lumen (lm) | Flux énergétique (W) |
| Intensité lumineuse | Iv | candela (cd = lm/sr) | Intensité énergétique (W/sr) |
| Éclairement | Ev | lux (lx = lm/m²) | Éclairement énergétique (W/m²) |
| Luminance | Lv | cd/m² (nit) | Luminance énergétique (W/sr/m²) |
La candela est une unité de base du SI. L’éclairement suit la loi de l’inverse du carré : E = I / d². Une source ponctuelle de 36 cd produit à 3 m un éclairement de 36/3² = 4 lux.
La réflexion boucle la chaîne
Sur une surface, la réflexion relie l’éclairement incident (lux) à la luminance réfléchie (cd/m²) : le coefficient de réflexion est le rapport de la luminance à l’éclairement. Pour les écrans extérieurs, c’est crucial : la lumière solaire incidente (des dizaines de milliers de lux) est en partie réfléchie et abaisse le contraste effectif. D’où la combinaison d’une luminance propre élevée et de surfaces d’écran noires à faible réflexion.