Le flux lumineux

Le flux lumineux est une grandeur physique utilisée en photométrie. Il correspond à la quantité de lumière visible par l’œil humain, émise par une source de lumière. Il s'agit de la valeur la plus couramment utilisée comme indicateur de la capacité à éclairer d'une ampoule. Il est donc intéressant de comprendre cette notion lors du choix d'un éclairage LED. Flux et rendement lumineux sont deux grandeurs directement liées. On peut également relier le flux aux notions d'intensité lumineuse et d'éclairement.

flux lumineux d'une suspension LED design

Qu'est-ce que le flux lumineux ?

Définition

Le flux lumineux désigne la quantité totale de lumière visible émise par une source lumineuse. Par « lumière visible », on entend la partie du spectre lumineux visible par l’œil humain. Une lampe à ultraviolets, même très puissante, aura donc un flux lumineux égal à zéro, alors même qu'elle émet un rayonnement intense. L'unité de mesure du flux lumineux est le lumen, dont le symbole est lm. Il ne s'agit pas d'une grandeur directement mesurable : sa mesure passe par celle de l'éclairement.

Une grandeur dépendante de la couleur d'éclairage

Nous l'avons dit, le flux lumineux est dépendant de la perception humaine. Or, pour une même quantité de rayonnement lumineux émis, l’œil humain perçoit une sensation lumineuse plus ou moins forte en fonction de la longueur d'onde. La couleur perçue comme la plus lumineuse est le jaune. L’œil est moins réceptif au rouge et au bleu. Ainsi, pour la même puissance électrique consommée et le même rayonnement total émis, le flux lumineux d'une ampoule jaune sera plus important que celui d'une ampoule rouge ou bleue.

Flux et rendement lumineux

Avant l'apparition des ampoules basse consommation, la capacité d'éclairage d'une ampoule était indiquée par sa puissance en Watt. Cette valeur est en fait la puissance électrique consommée par l'ampoule. Avec l'avènement des ampoules fluocompactes, puis des ampoules LED, la puissance électrique consommée a perdu de son sens pour quantifier le rendu lumineux d'une ampoule. En effet, la capacité d'une LED à convertir l’électricité en lumière est très importante. Pour quantifier la lumière émise par une ampoule, on a donc commencé à utiliser la notion de flux lumineux, plutôt que la puissance électrique.

La notion de rendement lumineux est alors apparue, afin d'indiquer l'efficacité d'une ampoule. Le rendement lumineux est défini de la façon suivante : rendement lumineux = flux lumineux/puissance électrique consommée. Plus une ampoule est efficace, plus elle produit de lumière pour la même puissance consommée, donc plus le rendement est élevé. Le rendement lumineux n'a cessé d'augmenter avec l'évolution des technologies d'éclairage, pour atteindre son maximum à ce jour avec l'éclairage LED.

Relation avec l'intensité lumineuse et l'éclairement

Flux et intensité lumineuse

Le flux lumineux correspond à la quantité totale de lumière émise par la source de lumière sur l'ensemble de son angle d'éclairage. La quantité de lumière effectivement reçue en un point donné de la zone éclairée est donc directement liée à cet angle. Plus l'angle d'éclairage est important, plus la lumière est diffuse, donc plus faible est la quantité de lumière émise dans chaque direction.

De plus, la notion de flux ne dit rien sur la répartition spatiale de la lumière émise. Or, suivant sa forme, une lampe LED peut émettre beaucoup de lumière dans certaines directions, et très peu dans d'autres. Il est donc intéressant de connaître la notion d'intensité lumineuse, qui correspond à la quantité de lumière émise dans une direction donnée. L'intensité lumineuse est exprimée en candelas (cd). Le flux et l'intensité lumineuse sont liés par l'expression suivante : flux = intensité x angle solide. Dans cette expression, l'angle solide est la notion d'angle étendue à un espace à 3 dimensions.

Flux lumineux et éclairement

L'intensité lumineuse permet de définir la quantité de lumière émise dans une direction donnée, mais il ne s'agit pas d'une grandeur directement perceptible pour l’œil humain. Elle n'est donc pas un bon intermédiaire pour la mesure du flux lumineux. Pour cela, on va plutôt utiliser la notion d'éclairement. L'éclairement est la quantité de lumière reçue par unité de surface d'un objet éclairé par la source de lumière. Son unité est le lux (lx). L'éclairement est mesurable grâce à un appareil appelé luxmètre.

Le flux et l'éclairement sont liés par la relation suivante : flux = éclairement x aire de la zone éclairée. La mesure de l'éclairement sur toute la surface éclairée permet donc de calculer le flux lumineux d'une ampoule LED.

Un critère de choix pour les luminaires LED

Le flux lumineux exprimé en lumen est l'un des critères déterminants dans le choix d'une ampoule ou lampe LED. Cette donnée est particulièrement pertinente lorsqu'il s'agit de l'éclairage ambiant d'une pièce. En effet, la répartition spatiale de la lumière est peu importante dans ce cas. La quantité de lumens nécessaire pour une lampe LED dépend de la pièce à éclairer, et plus précisément des activités usuelles dans la zone éclairée. Elle dépend aussi fortement de la taille de la pièce ou zone à éclairer.

En effet, la valeur perceptible par l’œil humain est l’éclairement. Or, on a vu que l'éclairement diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la source de lumière. Plus une pièce est grande, plus le flux lumineux émis par une lampe LED doit être important afin d'obtenir un éclairage ambiant suffisant. À titre indicatif, on peut préconiser les valeurs suivantes en lumen par mètres carré en fonction de la pièce et de la zone :

  • Entrée, couloir, escalier : 100 lm/m2.
  • Cuisine, éclairage ambiant : 200 à 300 lm/m2.
  • Cuisine, plan de travail : 400 à 500 lm/m2.
  • Salle de bain, éclairage ambiant : 200 lm/m2.
  • Salle de bain, lavabo et miroir : 300 à 500 lm/m2.
  • Table de salle à manger : 300 lm/m2.
  • Séjour, zone de repos : 50 à 200 lm/m2.
  • Chambre, éclairage ambiant : 100 à 200 lm/m2.
  • Chambre, zone de lecture : 300 lm/m2.

Pour connaître la puissance lumineuse de la lampe LED à choisir, il suffit de multiplier les valeurs données ci-dessus par la surface de la zone à éclairer. Pour des grandes pièces, ou des pièces de forme complexe, il peut être judicieux d'opter pour plusieurs lampes en différents points de la pièce au lieu d'une seule lampe centrale. C'est le cas également si la pièce a plusieurs usages en fonction de la zone, ou si la même zone est utilisée de différentes manières en fonction du moment de la journée.