Pour aborder les notions de photométries, on va considérer les sources lumineuses (lampes, LED,..) comme étant une source ponctuelle émettant des rayons lumineux dans différentes directions. Exemple de la figure 1, une LED rouge émet des rayons lumineux à l’intérieur d’un cône qui viennent éclairer une surface. Afin de faciliter la compréhension des unités et formules photométriques, une analogie sera faite avec le domaine de l’électricité.

fig 1 : Source lumineuse

Intensité lumineuse

Unité : candela [cd].
Note : l’intensité lumineuse est parfois exprimée en mcd, qui est le milli-candela. 1 mcd=0,001 cd.
L’intensité lumineuse caractérise l’intensité des rayons lumineux émis par la source lumineuse. Plus l’intensité lumineuse sera grande, et plus la surface éclairée sera lumineuse.
Analogie électrique : l’intensité lumineuse est analogue dans le domaine de l’électricité au courant exprimé en ampère [A].

Flux lumineux

Unité : lumen [lm].
Le flux lumineux exprime la puissance de la source lumineuse. Pour mieux comprendre la notion de flux lumineux, on peut dire que celui-ci est équivalent à un “débit” de lumière. Analogie électrique : le flux lumineux est analogue dans le domaine de l’électricité à la puissance exprimé en watt [W].

Angle solide

Unité : stéradian [sr] L’angle solide d’une source lumineuse correspond à la surface (en m²) qui serait directement éclairée si cette source était placée au centre d’une sphère d’un rayon d’ un mètre. Cette valeur varie entre 0 et 4π (cas d’une source émettant dans toutes les directions, 4π étant la surface d’une sphère de rayon 1m). Analogie électrique : L’angle solide est analogue dans le domaine de l’électricité à la tension exprimé en volt (V). Pour le cas d’une une source lumineuse de type conique dont le demi angle au sommet du cône est α, l’angle solide vaut 2π(1-cos(α)).

Pour les LED, voici quelques valeurs d’angle solide en fonction de leur angle d’emission :

Type de led	Angle Solide
LED 15°	0,054 sr
LED 20°	0,095 sr
LED 25°	0,149 sr
LED 30°	0,214 sr
LED 40°	0,379 sr
LED 50°	0,589 sr
LED 60°	0,842 sr
LED 90°	1,84 sr
LED 180°	6.28 sr

Eclairement

Unité : Lux [lux]
L’éclairement caractérise la quantité de lumière reçue par une surface. La notion d’éclairement est utilisée pour le dimensionnement de la puissance des éclairages. En fonction de l’usage (éclairage rue, éclairage domestique, travail,...), les surfaces éclairées doivent avoir un éclairement minimum.

Quelques valeurs :
Eclairage public (éclairement la nuit des rues, carrefour, places ), de 10 à 50 Lux.
Eclairage domestique, de 100 à 200 Lux.
Eclairage lieu de travail, de 300 à 500 Lux.

Relation entre Flux lumineux, intensité lumineuse et angle solide

Flux lumineux [lm] = Intensité lumineuse [cd] * angle solide [sr]

Exemple : si on considère une LED parfaite émettant une intensité lumineuse constante de 10 cd dans un cône de 20°, et sachant que l’angle solide d’un cône de demi angle au sommet de 10° est de 0,095 sr, alors la puissance lumineuse de la LED est de 10*0,095 = 0,95 lm.

L'efficacité lumineuse

Unité : Lumens/watt [lm/W]
L’efficacité lumineuse d’une lampe caractérise sa capacité à transformer la puissance électrique en lumière. C’est une notion de rendement. A quantité de lumière produite équivalente, plus l’efficacité lumineuse est importante, moindre sera la consommation électrique.

Exemple : si on considère une LED parfaite émettant une intensité lumineuse constante de 10 cd dans un cône de 20° pour une tension électrique de 3,6 V et un courant de 20 mA, sachant que la puissance lumineuse de la LED est de 0,95 lm, alors le rendement de cette LED est de 13,2 lm/W ( 0,95 lm / 72 mW )

Loi de l'éclairement

Eclairement d’une surface [lux] = Quantité de lumière reçue par la surface [lm] / Aire de la surface [m²]
Exemple : si on considère une LED parfaite émettant une intensité lumineuse constante de 10 cd dans un cône de 20° éclairant perpendiculairement une surface situé à 80 cm, sachant que la puissance lumineuse de la LED est de 0,95 lm, alors la surface éclairée sera un disque de rayon 14cm (80cm * tan(10)) correspondant à une surface 0,0616 m², et l’éclairement de cette surface sera de 15,5 lux ( 0,95 lm / 0,0616 m²).

Loi des distances photométriques

Eclairement en un point donné d’une surface [lux] = Intensité lumineuse [cd] * sin( angle entre le rayon lumineux et la surface) / (distance entre source lumineuse et la surface [m])²
E=I*sin(alpha)/d² avec alpha = angle surface/rayon lumineux.

Exemple : si on considère une LED parfaite émettant une intensité lumineuse constante de 10 cd dans un cône de 20° éclairant perpendiculairement une surface situé à 80 cm, alors l’éclairement du point central de la surface éclairée sera de 15,6 lux ( 10 cd * sin (90°) / (0,8m *0,8m), et un point situé en bordure de la surface éclairée aura un éclairement de 15,4 lux (10 cd * sin (80°) / (0,8m *0,8m).