Éclairement énergétique

Éclairement énergétique

Appareil de laboratoire équipé d'un contrôleur d'irradiance.

Données clés

Unités SI	watt par mètre carré
Dimension	M·T −3
Nature	Grandeur scalaire intensive
Symbole usuel	${\displaystyle E_{\mathrm {e} }}$
Lien à d'autres grandeurs	${\displaystyle E_{v}}$ = ${\displaystyle K_{m}}$ ${\displaystyle E_{e}}$

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L’éclairement énergétique ou irradiance est un terme radiométrique qui quantifie la puissance d'un rayonnement électromagnétique reçue par unité de surface perpendiculaire à sa direction. C'est la densité surfacique du flux énergétique arrivant au point considéré de la surface. Dans le Système international d'unités, elle s’exprime en watts par mètre carré (W/m² ou W m⁻²). La grandeur d'émission associée est l'exitance énergétique.

La distribution hémisphérique de l'éclairement énergétique reçu sur un élément de surface est la luminance énergétique. L'équivalent en photométrie de l'éclairement énergétique est l'éclairement lumineux.

L'éclairement énergétique ne considère que l'énergie arrivant sur l'élément de surface, par opposition à l'énergie émise par cet élément, qui est l'exitance.

L'irradiance peut être mesuré à l'aide d'un albédomètre.

Photométrie

En photométrie l'éclairement qualifie communément la puissance du flux lumineux reçu par unité de surface. Voici quelques ordres de grandeur :

• l'éclairement solaire au sommet de l'atmosphère terrestre (constante solaire) est de 1 360,8 W m⁻². Cette puissance par unité de surface au sol est de l'ordre de 1 000 W m⁻² à midi solaire. L'effet d'une simple loupe permet d'atteindre un éclairement presque mille fois supérieur, égal à environ 1 MW m⁻² ou, dans une unité plus pratique, 100 W cm⁻². Il est capable d'enflammer un papier ou un corps organique fin et sec ;
• un banal stylo laser émet un flux lumineux cohérent d'environ 1 mW par une fine section circulaire de 2 mm de diamètre. Ce flux de photons peut être dangereusement focalisé par le récepteur oculaire performant qu'est l'œil humain en un point de 10 µm de diamètre, ce qui représente 167 fois la vision directe du Soleil ;
• un bistouri laser au CO₂, émettant à une longueur d'onde infrarouge de 10,6 µm, éclaire de 5 à 50 mW mm⁻², ce qui est suffisant pour découper en la chauffant légèrement une tranche de chair.

Détermination

L'éclairement d'une onde lumineuse monochromatique en question est déterminé par son champ électrique par :

${\displaystyle I\approx {\frac {c\,n\,\varepsilon _{0}}{2}}|E|^{2}}$,

avec :

${\displaystyle E}$, l'amplitude complexe de l'onde du champ électrique ;

${\displaystyle n}$, l'indice de réfraction du milieu ;

${\displaystyle c}$, la vitesse de la lumière dans le vide ;

${\displaystyle \varepsilon _{0}}$, la permittivité du vide.

On considère dans cette formule que la susceptibilité magnétique est négligeable, c'est-à-dire que ${\displaystyle \mu _{r}\approx 1}$, où ${\displaystyle \mu _{r}}$ est la susceptibilité magnétique du rayon lumineux. Cette approximation est notamment valide pour une onde dans le spectre visible et dans un milieu transparent.

L'éclairement énergétique est également la moyenne temporelle de la composante du vecteur de Poynting perpendiculaire à la surface.

Grandeurs et unités photométriques et radiométriques

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Le tableau ci-dessous rassemble les grandeurs, symboles, unités et dimensions des grandeurs énergétiques ou radiométriques, ainsi que des grandeurs lumineuses ou photométriques qui leur sont associées selon la norme ISO 80000-7.

Grandeurs et unités radiométriques et photométriques

Grandeur radiométrique	Symbole	Unité SI (symbole)	Dimension	Grandeur photométrique	Symbole	Unité SI (symbole)	Dimension
Énergie rayonnée	${\displaystyle Q_{e}}$	joule (J)	M L2 T−2	Quantité de lumière	${\displaystyle Q_{v}}$	lumen seconde (lm s)	J Ω T
Flux énergétique (puissance rayonnée)	${\displaystyle \phi _{e}}$	watt (W)	M L2 T−3	Flux lumineux	${\displaystyle \phi _{v}}$	lumen (lm)	J Ω
Intensité énergétique	${\displaystyle I_{e}}$	watt par stéradian (W sr−1)	M L2 T−3 Ω−1	Intensité lumineuse	${\displaystyle I_{v}}$	candela (cd)	J
Luminance énergétique / Radiance	${\displaystyle L_{e}}$	watt par mètre carré et par stéradian (W m−2 sr−1)	M T−3 Ω−1	Luminance lumineuse / Luminance	${\displaystyle L_{v}}$	candela par mètre carré (cd m−2)	J L-2
Éclairement énergétique / Irradiation / Irradiance	${\displaystyle E_{e}}$	watt par mètre carré (W m−2)	M T−3	Éclairement lumineux	${\displaystyle E_{v}}$	lux (lx)	J Ω L-2
Exitance / Émittance énergétique	${\displaystyle M_{e}}$	watt par mètre carré (W m−2)	M T−3	Exitance / Émittance lumineuse	${\displaystyle M_{v}}$	lux (lx)	J Ω L-2
Exposition énergétique	${\displaystyle H_{e}}$	joule par mètre carré (J m−2)	M T-2	Exposition lumineuse / Lumination	${\displaystyle H_{v}}$	lux seconde (lx s)	J Ω T L-2

Le tableau ci-dessous présente les relations entre les grandeurs radiométriques et les grandeurs photométriques.

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Irradiance » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Articles connexes

• Insolation/ensoleillement
• Solarisation

v · m Grandeurs et unités photométriques et radiométriques
La radiométrie et la photométrie recouvrent deux types de métrologie optique destinées à mesurer les rayonnements électromagnétiques.
Grandeurs	Photométriques Quantité de lumière Flux lumineux Intensité lumineuse Luminance lumineuse Éclairement lumineux Exitance lumineuse Exposition lumineuse Radiométriques Énergie électromagnétique Flux énergétique Intensité énergétique Luminance énergétique Éclairement énergétique Exitance énergétique Exposition énergétique
Unités SI	Quantité de lumière Énergie électromagnétique lumen seconde (lm⋅s) joule (J) Flux lumineux Flux énergétique lumen (lm) watt (W) Intensité lumineuse Intensité énergétique candela (cd) watt par stéradian (W⋅sr−1) Luminance lumineuse Luminance énergétique candela par mètre carré (cd⋅m−2) watt par mètre carré et par stéradian (W⋅m−2⋅sr−1) Éclairement lumineux Éclairement énergétique lux (lx) watt par mètre carré (W⋅m−2) Exitance lumineuse Exitance énergétique lumen par mètre carré (lm⋅m−2) watt par mètre carré (W⋅m−2) Exposition lumineuse Exposition énergétique lux seconde (lx⋅s) joule par mètre carré (J⋅m−2)
Unités hors SI dont anglo-saxonnes	Intensité lumineuse bougie carcel rayleigh (R) Luminance lumineuse nit (nt) stilb (sb) blondel ou apostilb (asb) candela per square inch (cd⋅in−2) candela per square foot (cd⋅ft−2) lambert (L) footlambert (fL) skot (sk) Éclairement lumineux phot (ph) foot-candle (fc) nox (nx)
Autres	Source lumineuse isotrope Source lumineuse orthotrope Loi de Lambert Loi de Bouguer Loi de Stefan-Boltzmann Loi de Planck Loi de rayonnement de Wien Loi de Rayleigh-Jeans Loi du déplacement de Wien Corps noir Rayonnement Loi du rayonnement de Kirchhoff Glossaire de photométrie et de radiométrie
Pour chaque unité SI, la première ligne concerne la notion photométrique et la deuxième ligne la notion radiométrique.

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