L'intensité lumineuse

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L’intensité lumineuse exprime la capacité à éclairer d'une source de lumière. Il s'agit de la grandeur de base de la photométrie, discipline scientifique qui étudie les caractéristiques des sources lumineuses telles qu'elles sont perçues par l’œil humain. Dans le domaine de l'éclairage, on préfère souvent indiquer le flux lumineux pour quantifier les performances d'une ampoule. Il est cependant intéressant de connaître la notion d'intensité lumineuse, et la notion d'éclairement qui en découle directement. Cela permet en effet de choisir le type d'ampoule LED le mieux adapté à une situation donnée.

flamme de bougie, faisant référence à la candela, unité de mesure de l'intensité lumineuse

Qu'est-ce que l'intensité lumineuse ?

Définition de l'intensité lumineuse

L'intensité lumineuse est une grandeur physique qui correspond à la capacité d'une source ponctuelle de lumière à éclairer dans une direction donnée. Elle quantifie donc la quantité de lumière émise dans cette direction et est liée à la notion de luminosité. Son unité de mesure officielle est la candela (cd), ce qui signifie « chandelle » en latin. En effet, cette unité a été définie de façon à ce qu'une candela corresponde à la quantité de lumière émise par une bougie dans une direction donnée.

L'intensité lumineuse est indépendante de la distance d'observation : elle ne caractérise pas la quantité de lumière observée, mais la quantité de lumière émise.

Relation avec le flux lumineux

Pour indiquer le degré de luminosité d’un éclairage LED, on utilise couramment la notion de flux lumineux. Celui-ci est exprimé en lumen (lm). Le flux lumineux est la quantité totale de lumière émise par une source lumineuse sur l'ensemble de son angle d'éclairement. Cette notion caractérise bien une ampoule qui éclaire de façon relativement uniforme avec un angle d'éclairage important.

L'intensité lumineuse, en revanche, est plus intéressante pour caractériser une source lumineuse très directive, telle une lampe torche par exemple. De plus, certaines sources lumineuses n'éclairent pas de la même façon dans toutes les directions. La notion d'intensité lumineuse permet alors d'exprimer la distribution spatiale du flux lumineux. Elle précise ainsi la façon dont la lumière est répartie sur l’ensemble de l'angle d'éclairage.

Pour mieux visualiser la différence entre les deux notions, faisons une analogie avec un tuyau d'arrosage dont la buse est réglable. Suivant ce réglage, on obtient soit un jet puissant et fin, soit une fine pluie de gouttelettes sur une grande surface. Le flux lumineux peut être comparé au débit d'eau : dans les deux cas, ce débit est le même. L'intensité lumineuse, quant à elle, peut être comparée à la quantité d'eau dans chaque jet.

La conversion entre les candelas et les lumens est donnée par la formule suivante :
1 candela = 1 lumen / 1 stéradian.

Le stéradian est l'unité de mesure des angles solides (angles en 3 dimensions), c'est à dire des portions de la surface d'une sphère. La surface totale d'une sphère mesure 4xPi stéradians.

Intensité lumineuse et éclairement

L'intensité lumineuse est une grandeur abstraite, qui n'est pas directement observable par l’œil humain. Afin de définir une quantité de lumière selon la perception humaine, on utilise la notion d'éclairement. Contrairement à l'intensité et au flux lumineux, l'éclairement ne concerne pas la quantité de lumière émise par la source lumineuse, mais celle reçue par un objet éclairé. L'unité de mesure de l'éclairement est le lux (lx). On peut définir l'éclairement de deux façons différentes, en le reliant soit à l’intensité, soit au flux lumineux.

D'un point de vue rigoureux, l'éclairement est défini comme la quantité de lumière reçue en un point de l'objet éclairé. Sur un objet éclairé de façon uniforme, on peut généraliser cette définition en utilisant la formule suivante : éclairement = flux lumineux / surface éclairée. Défini de cette façon, on peut dire que l'éclairement en lux est la quantité de lumen au mètre carré.

Mais l'éclairement peut également être relié directement à la notion d'intensité lumineuse. L'éclairement est en effet l'intensité interceptée par l'objet éclairé. Le lien entre les deux notions n'est alors plus la surface mais la distance entre la source lumineuse et l'objet.
Il s'exprime de la façon suivante : éclairement = intensité lumineuse / carré de la distance.

Cela se comprend aisément : si l'objet éclairé se trouve proche de la source de lumière, la surface éclairée est petite mais reçoit beaucoup de lumière. En revanche, si l'objet est plus éloigné de la source, la zone éclairée sera bien plus grande, mais la quantité de lumière reçue en chaque point sera beaucoup plus faible.

Pour terminer de faire le lien entre les notions d’intensité lumineuse, de flux lumineux et d’éclairement, retenons qu'une source dont l'intensité est de 1 candela produit à une distance de 1 mètre 1 lumen par mètre carré, donc 1 lux.

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Choisir la bonne intensité lumineuse pour une lampe LED

Pour l'éclairage ambiant d'une pièce, la caractéristique déterminante d'un éclairage LED est le flux lumineux en lumen. Le but est d’obtenir un éclairage relativement homogène dans toute la pièce. En revanche, lorsqu'il s'agit d'éclairer précisément un endroit d'une pièce, il est nécessaire de prendre en compte la notion d'intensité lumineuse.

La quantité de lumière nécessaire pour les différentes activités est le plus souvent indiquée en lux. On estime que l'éclairement nécessaire en fonction du besoin est le suivant :

Plan de travail dans la cuisine : 400-500 lux.
Éclairage de lecture : 300 lux.
Miroir de salle de bain : 400-500 lux.

Or, comme nous l'avons vu, pour le même nombre de candelas émis par un éclairage LED, le nombre de lux diminue fortement avec la distance. Pour ne pas gaspiller d'énergie, il est donc préférable de positionner les sources lumineuses au plus près de la zone de travail. La même ampoule LED fournira en effet quatre fois moins de lux sur un plan de travail de cuisine si elle est située à une hauteur de deux mètres que si elle est située à un mètre. De plus, placer l'éclairage au plus près de la zone à éclairer permet de générer le moins possible de lumière parasite alentour. Cela s'avère particulièrement utile dans le cas d'une liseuse de chevet, qui doit pouvoir être utilisée sans déranger l'autre personne présente dans le lit.Lorsque l'on veut éclairer fortement une zone précise, le paramètre important à prendre en compte n'est donc pas le nombre de lumens. Il est dans ce cas plus intéressant de baser son choix d'ampoule LED sur le nombre de candelas émis, et de placer cette ampoule au plus près de la zone de travail.