Photométrie

Définition

La photométrie est la science de la mesure de la lumière avec la luminosité perçue par l'oeil ou un capteur. Elle étudie la capacité du rayonnement électromagnétique à stimuler un système visuel en mesurant la gamme de longueurs d'onde de la lumière à l'aide d'un photomètre.

Mesure en photométrie :

1. Le flux lumineux est le flux lumineux total intégré (dans le spectre visible) émanant de la source lumineuse et pondéré par la réponse de l'oeil humain. L'unité de mesure est le lumen (lm). 2. L'intensité lumineuse est la quantité de flux lumineux dans une direction donnée (θ) par angle solide (stéradian). 3. L'éclairement lumineux détermine la quantité de lumière tombant sur une surface et se mesure en lux (lm/m) ou en pied-bougie (lm/ft). 4. L'oeil est capable de détecter un objet en percevant la lumière réfléchie par celui-ci, définie par la luminance, l'intensité lumineuse par mètre carré se propageant dans la direction donnée (angle de vision) a (figure 1) et mesurée en cd/m.

Explications

La photométrie est la science qui consiste à mesurer des intensités lumineuses ou des radiations à l'aide d'un photomètre. Un appareil photométrique mesure donc l'intensité des rayonnements de lumière et constitue une partie de la physique optique. Il ne faut pas la confondre avec la radiométrie, responsable de la mesure de la lumière en termes de puissance absolue.

⭐ Voir aussi la spectrophotométrie.

Ce qui est photométrique qualifie un rapport avec les photons, c'est-à-dire la lumière. Désigne le plus souvent un appareil exploitant la lumière et pouvant mesurer son intensité, c'est-à-dire un photomètre.

On peut distinguer deux grands axes au sein de la photométrie : la photométrie optique et la photométrie astronomique.

Oeil humain et photométrie

L'oeil humain n'a pas la même sensibilité pour toutes les longueurs d'onde qui composent le spectre visible. La photométrie introduit ce fait en pesant les différentes grandeurs radiométriques mesurées pour chaque longueur d'onde par un facteur qui représente la sensibilité de l'oeil pour cette longueur.

La fonction qui introduit ces poids est appelée la fonction de luminosité ou la fonction d'efficacité lumineuse relative d'un oeil modèle, qui est généralement désignée par V_λ, V(λ). Ce modèle standard ou observateur est très similaire à ceux de la colorimétrie. Cette fonction est différente selon que l'oeil est adapté à de bonnes conditions d'éclairage (vision photopique) ou médiocre (vision scotopique). Ainsi, dans des conditions photopiques, la courbe atteint son pic à 555 nm, tandis que dans des conditions scotopiques, elle le fait à 507 nm.

La cytophotométrie est photométrie microscopique pour les cellules ayant un cytoplasme.

Photométrie astronomique

La photométrie astronomique est la branche de l'astronomie dédiée à la mesure de la luminosité de différentes étoiles : étoiles, planètes, satellites, astéroïdes, comètes, etc. L'échelle de luminosité des étoiles a été établie par l'astronome grec Hipparque de Nicée, qui a divisé cette luminosité en cinq degrés ou magnitudes; plus tard, avec l'invention du télescope par Galileo en 1609, l'échelle a été agrandie d'inclure ces étoiles télescopiques, invisibles à l'oeil humain en raison de leur extrême faiblesse.

Les étoiles les plus brillantes (comme le soleil) ont une magnitude négative tandis que les plus faibles ont une magnitude positive, plus elles sont fortes, plus elles sont faibles : le soleil a une magnitude de -26,8, Sirius -1,5, l'étoile polaire 2, 12, Uranus 5.8, Neptune 7.2 et Pluton 13.6. Les étoiles les plus faibles qu'un télescope professionnel peut capturer sont supérieures à 25.

Au 19^ème siècle, Norman Pogson a correctement déterminé l'échelle de magnitude, de telle sorte que le saut d'une amplitude à l'autre (par exemple, du 1^er au 2^ème, ou du 2^ème au 3^ème) correspond à un changement égal à 2512 fois, cette valeur étant la cinquième racine de 100.

Relation avec la radiométrie

Considérons, par exemple, la magnitude radiométrique de l'énergie rayonnante, Q_e, qui décrit l'énergie totale mesurée par un détecteur "physique" en présence de rayonnement électromagnétique. Il est intéressant d'obtenir une mesure de la quantité de lumière qui serait perçue par un oeil humain, quelle que soit la quantité d'énergie qui lui est associée : quantité de lumière Q_V. Pour cela, il faudrait connaître l'énergie rayonnante correspondant à chaque longueur d'onde, multiplier par les valeurs correspondantes de la fonction de luminosité et intégrer toutes les longueurs d'onde.

L'energie rayonnante spectrale, Q_E(λ) est mesurée en J/m. En échange, Q_V est mesurée en lm · s. La constante K prend la valeur de 683 lm/W en conditions photopiques et de 1 700 lm/W en conditions scotopiques.

En rapport avec "photométrie"

• axonométrie

  

  Une axonométrie montre une image d'un objet tel qu'il se voit à partir d'une direction oblique, cela permet de révéler plus d'un côté dans la même image.

• cytométrie

  

  La cytométrie est l'analyse des caractéristiques (mesures) des cellules soit par l'inspection microscope ou la mesure automatisée des propriétés particulières...

• photomètre

  

  Le photomètre est un appareil photométrique servant à mesurer les intensités lumineuses.

• spectrophotomètre

  

  Un spectrophotomètre est un photomètre conçu pour effectuer une spectrophotométrie; cela permet de mesurer l'intensité en fonction de la longueur d'onde...