Les sources de lumière.
1. La lumière.
La lumière fait partie des ondes électromagnétiques qui vont des rayons cosmiques aux ondes radar.
Ces ondes se différencient par leur longueur d’onde et par l’énergie qu’elles transportent.
Elles se déplacent dans le vide et correspond à la variation du champ électrique et du champ magnétique.
2. Emission lumineuse.
2.1. Principe général
La production d'énergie lumineuse se fait grâce aux électrons.
Apport d’énergie absorption saut sur une orbitale supérieure retour à un état stable en libérant un photon.
2.2. La théorie sur l’émission atomique.
La vitesse de propagation de la lumière dans le vide est une constante universelle dont la valeur est c = 2, 998.108 m/s
L’énergie du rayonnement électromagnétique est donnée par : E = h . υ où h est la constante de Planck (1858 – 1947 / Prix Nobel de physique en 1918) et υ (nu) est la fréquence du rayonnement en Hertz.
h = 6,62 . 10-34 J.s
Les niveaux d’énergie accessibles aux électrons d’un atome sont quantifiés.
Exemple de l’atome d’hydrogène.
Energie de l’électron dans l’atome d’hydrogène :
n est le nombre quantique principal, il désigne le numéro de la couche dans laquelle se situe l’électron.
Valeur des énergies par niveau :
n = 1
Niveau fondamental, le plus stable car d'énergie la plus basse
n = 2 Premier niveau excité n = 3 Deuxième niveau excité n = 4 Troisième niveau excité n = 5 Quatrième niveau excité n = 6 Cinquième niveau excité, etc
Chaque radiation émise est fonction de l’écart d’énergie entre les niveaux concernés :
3. Types de spectre.
Les différentes sources lumineuses peuvent être classées en quatre groupes, selon le type de spectre qu'elles émettent.
Spectre continu.
Sources thermiques : lampe à incandescence, bougie, soleil.
Spectre discontinu.
Décharge électrique dans un gaz.
Spectre continu d’une ampoule halogène
Spectre discontinu d’une lampe à vapeur de mercure
Spectre combiné.
Tube fluorescents.
Spectre de raies.
Laser : sources presque monochromatique.
Laser infrarouge CD : 780nm Laser orange DVD : 650/635 nm Laser Blu-ray : 405 nm
4. Température de couleur.
C'est vers une température de 5500 Kelvin qu’une source thermique idéale (corps noir) émet approximativement la même quantité d'énergie dans toutes les longueurs d'onde.
Par comparaison avec un corps noir, on peut également assigner à toutes les sources thermiques une valeur de température de couleur, exprimée en Kelvin, qui précise la répartition spectrale des sources thermiques.
Les sources dont la température de couleur est inférieure à 5500 K ont une tendance jaunâtre, et inversement, les sources possédant une température de couleur supérieure à 5500 K sont bleuâtres.
Lampe à incandescence : 2500 K domestique, hôtellerie (warm white) Lampe halogène: 3400 K Bureau
Tube fluo « Blanc neutre » :4000K Bureau, industrie Tube fluo : 5000 K Photo, musée Lumière du jour : 5500K « cool white »
Tube fluo « ciel ouvert » : 6500K Hôpitaux Ecran du Macintosh: 7000 K
Télévision: 9000 K
Pour observer les couleurs dans des conditions idéales, il faut donc travailler avec une source lumineuse possédant les deux qualités suivantes:
Spectre continu
Température de couleur proche de 5500 K.
Aucune source artificielle ne remplit parfaitement ces deux conditions, mais on les approche au mieux avec les lampes Xénon ou des combinaisons particulières de tubes fluorescents.
Diverses sources de lumière ont été normalisées : ce sont les illuminants standard.
Illuminant A: lumière du corps noir à 2848 K llluminant B: lumière du corps noir à 4800 K
Illuminant C: lumière du corps noir à 6700 K correspondant à la lumière moyenne du jour
llluminant D65: lumière du corps noir à 6500 K. Définit le blanc utilisé en télévision.
5. Indice de rendu des couleurs (IRC).
Définition : Capacité d’une source de lumière à restituer les différentes couleurs du spectre visible sans en modifier les teintes. C’est le rapport entre la largeur totale de la partie visible du spectre d’émission de la lampe et la largeur du spectre visible. Avec un mauvais IRC, certaines couleurs ne sont pas visibles.
L’indice maximum RA = 100, correspond à une lumière blanche solaire.
6. Tube fluorescent.
Les lampes fluorescentes contiennent un mélange d’argon et de vapeur de mercure à basse pression et pas forcément de néon. La lumière visible est produite par deux processus successifs :
Ionisation du mélange gazeux lumière ultraviolette énergétique invisible
Poudres fluorescentes sur la surface interne conversion en lumière visible moins énergétique.
La couleur de la lumière produite provient de la composition de la poudre.
Le néon produit une lumière rouge ...
Marquage 840 :
8 = IRC compris entre 80 et 89 40 = Tpt de couleurs de 4000K
Autre marquage commercial : 1A : 0.9 ≤ IRC < 1 1B : 0.8 ≤ IRC < 0.9 2 : 0.6 ≤ IRC < 0.8 3 : 0.4 ≤ IRC < 0.6
7. Notion d’éclairement lumineux
Le lux (lx) est une unité de mesure de l’éclairement lumineux. Il résulte de deux autres grandeurs exprimées en lumen et en candela.
L’œil humain peut s’accommoder à des niveaux d’éclairement de 130 000 lux à 1 lux (nuit de pleine lune). Minima requis : 5 lux pour se déplacer, 150 lux pour la lecture.
8. Lumière laser
Principe basé sur le processus d’émission stimulée des atomes et amplification des émissions par des absorptions successives.
