Luxmètre unité de mesure

L’œil humain est sensible à une très large gamme d’intensités lumineuses, mais à de faibles niveaux d’éclairement, il peut perdre la capacité de différencier certains détails. 

 

Pour cette raison, il est très important de pouvoir mesurer correctement les niveaux de lumière en fonction de l’utilisation de notre espace afin d’avoir un éclairage correct. Depuis Faro Barcelona, nous voulons vous donner quelques conseils pour que vous puissiez mesurer la lumière correctement et obtenir le résultat escompté.

 

 

Comment mesure-t-on la lumière ?

 

La lumière est la forme d’énergie qui éclaire les choses et les rend visibles. C’est une onde électromagnétique qui peut être perçue par l’œil humain et dont la fréquence détermine sa couleur. 

 

Pour mesurer la lumière, selon le Système International de Mesure, il faut se baser sur trois aspects spécifiques et sur la distance de l’ensemble des rayons lumineux à partir d’une même origine.

 

Les 3 unités de mesure de l’éclairement

• Le lumen (Lm) : Un quantité d’énergie visible que l’on peut effectivement mesurer. C’est le

  : Un lumen est laC’est le flux lumineux d’un rayonnement monochromatique caractérisé par une fréquence de 540×1012 hz et un flux d’énergie radiante de 1/683 watts.

• Lux (Lx) : unl’énergie produite par un lumen incident sur une surface de 1 m2.

  : un lux est l’équivalent de

• Candela (Cd) : c’est l’unité de base qui mesure l’intensité lumineuse. Une candela est équivalente à 1 lumen par stéradian (lm/sr). Elle est définie comme l’intensité lumineuse allant dans une direction spécifique, et est donc liée à l’angle d’ouverture vers la lumière.

   

Un luxmètre est utilisé pour mesurer la luminance, mais en quoi consiste exactement cet instrument de mesure ?

 

 

Qu’est-ce qu’un luxmètre et à quoi sert-il ?

 

Le luxmètre est un outil qui permet de mesurer les conditions d’éclairage d’un espace intérieur. Comme son nom l’indique, l’unité de mesure du luxmètre est le lux.

 

En d’autres termes, c’est un appareil de mesure qui permet de connaître la quantité de lumière ou de luminosité présente dans un environnement avec laquelle la lumière est perçue par l’œil humain. 

 

Comment mesurer la luminosité avec un luxmètre ?

 

L’opération est très simple, mais avant de mesurer la lumière, il est conseillé de prendre en compte les conditions préalables. Ainsi, la distance et l’angle entre le luxmètre et l’objet à mesurer doivent être fixés afin d’obtenir des résultats d’une grande reproductibilité. 

 

Les luxmètres peuvent avoir différentes échelles en fonction de la quantité de lumière à mesurer, afin de pouvoir avoir une précision plus exacte en cas de luminosité plus ou moins forte.

 

Comment utiliser un luxmètre ?

 

Il y a un certain nombre d’étapes à suivre pour obtenir des performances optimales de ce compteur :

1. Placer le photorécepteur, qui est chargé d’absorber la lumière, devant la source lumineuse à mesurer.

2. Sur le lecteur du luxmètre, nous devons placer l’échelle appropriée, en tenant toujours compte de la force ou de la faiblesse de la lumière que nous allons mesurer.

3. Nous devons appuyer sur le bouton d’alimentation du lecteur et attendre que la lecture apparaisse sur l’écran, cette étape nécessite quelques secondes d’attente. 

4. Une fois que la lecture apparaît, le résultat doit être multiplié par le nombre de l’échelle qui a été sélectionnée. Par exemple, si l’on a choisi une échelle de 200 lux et que la mesure est de 30, la valeur est de 200×30 = 6000.

    

Grâce au capteur situé à l’intérieur du luxmètre, nous pouvons obtenir, en un point donné, la valeur de l’intensité lumineuse. De cette façon, nous pouvons savoir si la lumière, artificielle ou naturelle, captée par le luxmètre respecte ou non les valeurs minimales pour que sa conversion soit adéquate.  

 

Quelles sont les parties d’un luxmètre ?

 

Le luxmètre est composé de deux parties :

• Un photorécepteur. Chargé de percevoir l’intensité lumineuse à mesurer et de la transformer en énergie électrique, qui est ensuite transportée vers le lecteur. Partie d’une photorésistance.
• Un lecteur. Chargé de recevoir le signal électrique envoyé par le photorécepteur et de le transformer en une mesure de luminosité. Cette mesure est ensuite affichée sur l’écran.

Un luxmètre est un capteur permettant de mesurer l’éclairement dans le spectre visuel[1]. La mesure est absolue et non relative. L’unité de mesure est le lux.

Le luxmètre permet une mesure de la lumière réellement reçue en un point donné (architecture d’intérieur, environnement nocturne , etc.).

Principe de fonctionnement

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Modèle ancien, à aiguille, de 1968 (russe).

Luxmètre de photographe , avec mesure numérique.

Les luxmètres modernes fonctionnent selon le principe d’une cellule C.C.D ou cellule photovoltaïque ; un circuit intégré reçoit une certaine quantité de lumière (photons constituant le « signal » qui est une énergie de rayonnement) et la transforme en signal électrique (signal analogique). Ce signal est visualisé par le déplacement d’une aiguille, l’allumage d’une diode, l’affichage d’un chiffre… Une photo-résistance associée à un ohmmètre jouerait le même rôle.Un filtre de correction de spectre permet d’éviter que les différences de spectre ne faussent la mesure (la lumière jaune est par exemple plus efficace que la bleue pour produire un électron à partir de l’énergie d’un paquet de photons).

Animation du fonctionnement d’un luxmètre

Les luxmètres peuvent avoir plusieurs échelles pour s’adapter aux faibles ou fortes luminosités (jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de lux).L’unité traditionnelle de mesure est le lux, qui correspondait à la lumière portée par une flamme de bougie à 1 mètre de distance de la lumière réellement reçue en un point donné (architecture d’intérieur, environnement nocturne).

Le luxmètre a d’abord été utilisé par les photographes ou cinéastes[2], par les éclairagistes. Il est de plus en plus utilisé par les énergéticiens pour optimiser l’éclairage intérieur (20 à 60 % de l’électricité est consommée par l’éclairage) ou extérieur (qui gaspille souvent beaucoup d’énergie). On les utilise aussi plus rarement pour mesurer la luminosité du ciel en météorologie, pour mesurer la lumière reçue au sol en forêt ou dans une serre.

Depuis quelques années, il est utilisé par des écologues, astronomes ou architectes « HQE » (Haute qualité environnementale) pour établir des indices quantitatifs de pollution lumineuse ou de l’intrusion lumineuse afin de les réduire par des matériels et stratégies d’éclairage adaptées.Cet appareil est utilisé aussi par les ingénieurs biomédicaux dans le domaine médical au niveau de bloc opératoire pour mesurer la puissance d’éclairage des scialytiques.Il est aussi utilisé en industrie afin de déterminer si les travailleurs ont l’éclairage nécessaire pour effectuer leur travail.

Notes et références

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Le luxmètre est un appareil qui permet de mesurer l’éclairement lumineux reçu par unité de surface et donné en luxlux (lx). Un lux correspond à l’éclairement d’une surface qui reçoit un flux lumineux d’un lumenlumen par mètre carré.

Le luxmètre est principalement utile aux professionnels de l’éclairage, quel que soit leur domaine de prédilection : cinéma, éclairage d’extérieur ou intérieur, ergonomie du poste de travail, etc.

Fonctionnement du luxmètre

Le fonctionnement d’un luxmètre repose sur un capteurcapteur CCD ou sur un capteur photovoltaïque. Celui-ci reçoit un flux de photonsphotons qu’il convertit en signal électrique plus ou moins fort en fonction de l’intensité du flux de lumière reçu.

Certaines couleurscouleurs de lumièrelumière sont plus efficaces à produire des électronsélectrons à partir de l’énergieénergie reçue par des photons. Les luxmètres sont donc généralement équipés de filtres de correction de spectrespectre. Ils s’adaptent également, grâce à des échelles de mesures distinctes, aux faibles et aux fortes intensités.

En physique, le luxmètre est un appareil avec sonde permettant de mesurer l’intensité de la lumière : l’unité de mesure est le lux, diminutif du mot luxmètre. Très utilisé dans le milieu de l’architecture d’intérieur ou de la météorologie, cet instrument de mesure fonctionne grâce à une cellule photovoltaïque. Elle capte une certaine quantité de lumière et la transforme en signal numérique affiché de façon digital sur l’écran. Retrouvez dans cette catégorie tous les luxmètres électroniques de la boutique : des modèles à tous les prix pour les professionnels et particuliers. À noter que le luxmètre enregistreur autonome est très pratique puisqu’il permet d’analyser les résultats sur son ordinateur avec la possibilité donc de concevoir des statistiques.

Luxmètre

Les luxmètres, parfois appelés luminomètres, sont utilisés pour mesurer une intensité lumineuse. Ils fonctionnent grâce à une cellule photovoltaïque contenue dans l’appareil, qui permet de transformer la lumière reçue en signal électrique. L’unité de mesure utilisée est le lux. Les luxmètres sont davantage destinés à des usages professionnels : on les emploie notamment en architecture dans la réalisation d’éclairages intérieurs ou extérieurs.

Les luxmètres sont équipés d’un écran digital permettant de lire la mesure. Certains modèles possèdent une fonctionnalité d’enregistrement et de comparaison des mesures réalisées.
Les luxmètres permettent de mesurer des intensités lumineuses allant jusqu’à 300 klux. Les marques Essilor et Chauvin Arnoux sont reconnues sur ce marché. Récemment ont été développées des applications de luxmètre simplifié pour iPhone et Android.

 

Depuis longtemps, les smartphones ne servent pas qu’à téléphoner. Équipés de capteurs – GPS, gyroscope, caméras – ils peuvent se transformer en instruments de mesure. De nombreuses applications promettent ainsi d’avoir un luxmètre incorporé… gratuitement ! Peut-on espérer avoir des mesures aussi fiables qu’avec un appareil dédié de plusieurs centaines d’euros ?

Qu’est-ce qu’un luxmètre ?

Un luxmètre mesure un éclairement en lux, c’est-à-dire un flux de lumière par unité de surface. Comme pour tout instrument de mesure, le prix d’un luxmètre (jusqu’à plus de 1000€ pour les marques les plus réputées) dépend beaucoup de la qualité de l’étalonnage. Si les applications luxmètre des smartphones sont gratuites, c’est qu’elles ne délivrent pas de certificat d’étalonnage qui permettrait de quantifier et garantir les incertitudes de mesure. Cette différence est fondamentale et rend la comparaison délicate.

Il est toutefois intéressant d’indiquer la précision d’un luxmètre, pas du tout chirurgicale, des appareils commerciaux : +/- 2% pour les meilleurs appareils. Ainsi une valeur affichée de 500 lux est à interpréter comme étant comprise entre 490 et 510 lux. Est-ce que les applications sur smartphone permettent d’atteindre une telle précision ?

Extrait des caractéristiques du luxmètre Minolta T-10A – Données constructeur Minolta

ModèleLuxmètre T-10ATypeLuxmètre numérique avec détecteur de mesure séparableClasse d’instrument

Conforme aux exigences Classe AA de JIS C 1609-1: 2006 « Illuminance meters Part 1: General measuring instruments »

Conforme aux exigences de DIN 5032 Part 7 Classe B

DétecteurPhotodiode au siliciumRéponse spectrale relativeInférieure à 6% (f1´) de la courbe d’efficacité lumineuse V (λ) définie par la CIECorrection cosinusInférieure à ±1% à 10° ; Inférieure à ±2% à 30° ; Inférieure à ±6% à 50° ; Inférieure à ±7% à 60° ; Inférieure à ±25% à 80°Expression des résultatsLux (lx) or foot candle (fcd) (commutable)Echelle de mesureEchelle automatique (5 échelles manuelles lors de la sortie de données analogique)Gamme de mesureÉclairement : 0.01 à 299 900 lx (0.001 à 29 990 fcd)Calibrage personnaliséFacteur de correction CCF (Color Correction Factor)Précision±2% ±1 chiffre de la valeur affichéeInfluence de la températureInférieure à ±3%

Mieux vaut un smartphone récent

L’obtention de l’éclairement diffère selon les marques de téléphone. Pour les téléphones avec le système d’exploitation Android, type smartphone, comme ceux de la marque Samsung que nous avons testés, les applications luxmètre se contentent d’afficher la valeur donnée par le capteur de luminosité en face avant.

Les applications ne font donc rien à l’affaire : la différence n’intervient que dans l’affichage et dans la possibilité de « calibrer » la mesure en proposant de multiplier la valeur affichée par un simple facteur. Ce qui est essentiel n’est donc pas l’application mais le type de téléphone. Fabriqués en série, on peut espérer que les capteurs de luminosité donnent des mesures proches pour des smartphones de la même gamme. En revanche, les différences vont être importantes en fonction de l’ancienneté du téléphone, en particulier concernant la sensibilité aux faibles éclairements. A titre d’exemple, l’éclairement minimal détectable était d’environ 6 lux pour la tablette T10-1 en 2011 et de 1 lux pour le téléphone S9 en 2018.

 

 

Un luxmètre correct en éclairage frontal

Dans ce premier test, nous éclairons un téléphone Samsung A8 frontalement par un projecteur halogène gradable et comparons avec les valeurs données par un luxmètre Minolta T10-A. Les écarts sont de l’ordre de 15% voire plus pour les plus faibles éclairements. Ces résultats peuvent paraître médiocres, ils sont suffisants dans la plupart des cas lorsqu’il s’agit de quantifier grossièrement des éclairements à partir d’un smartphone. Il faut souligner la bonne linéarité du capteur de luminosité sur une large gamme d’éclairements : lorsque le flux de la source est multiplié par deux, il en est de même de l’éclairement mesuré.

Sensibilité spectrale du capteur

Le lux est une unité photométrique qui tient compte de la vision d’un œil humain, ou plus précisément de « l’observateur standard », défini par la Commission Internationale de l’Eclairage en 1931. Un photodétecteur a généralement un domaine spectral de sensibilité beaucoup plus large que l’œil humain. Une photodiode en silicium permet par exemple de détecter du rayonnement infrarouge contrairement à l’homme. Pour remédier à ce problème, les luxmètres sont corrigés spectralement à l’aide de filtres colorés. Pour les smartphones, les fabricants ne fournissent malheureusement pas la sensibilité spectrale de leurs capteurs… Et mener une caractérisation spectrale complète serait fastidieux.

Pour ce test, nous utilisons un projecteur LED RGB. Quand les trois canaux sont allumés (lumière blanche), la tablette et le luxmètre donnent la même valeur. Nous allumons ensuite chaque groupe de LED, rouge, vert, bleu, séparément. Par comparaison avec le luxmètre étalonné, nous montrons que si le rouge est détecté correctement, le capteur de la tablette est beaucoup plus sensible aux rayonnements bleus et un peu moins aux rayonnements verts qu’un être humain. Ces tendances se vérifient pour l’ensemble des smartphones testés avec des applications luxmètre. Ainsi, sauf pour des lumières rouges, les téléphones ne sont pas fiables pour mesurer des éclairements en lumière colorée. En lumière blanche, les résultats sont davantage acceptables car les défauts de sensibilité spectrale se compensent partiellement.

Correction cosinus de l’éclairement

Quand la lumière arrive de manière oblique sur une surface, l’éclairement varie avec le cosinus de l’angle entre la direction d’illumination et la normale de la surface. Afin que cette loi de la photométrie soit vérifiée, les luxmètres sont « corrigés en cosinus ». En pratique, il s’agit de placer un diffuseur, parfois de forme hémisphérique, devant le photodétecteur. Or les smartphones n’ayant pas cette correction, les résultats sont catastrophiques dès que la lumière incidente est un peu oblique.

Dans le test suivant, le capteur (luxmètre ou tablette) est placé sur une platine de rotation et est éclairé par un projecteur fixe. Nous montrons que l’écart avec le cosinus est très important et que la valeur détectée s’effondre même au-delà de 45°. Ceci s’explique par un effet d’ombrage sur le capteur situé légèrement en retrait de la surface extérieure de la tablette. Les résultats sont à peine meilleurs avec des smartphones plus récents. Pour les installations usuelles d’éclairage intérieur ou public, les applications smartphone vont sous-estimer, parfois fortement, les éclairements car la lumière peut arriver de manière assez oblique.

Pour corriger ce défaut majeur des applications luxmètre, il faut placer un diffuseur, comme une feuille translucide devant le capteur de luminosité, ou acheter un dôme diffusant spécifique conçu pour cet usage en luxmètre. La perte de flux qui en résulte devra être compensée par calibration sur l’application ce qui pose problème pour la détection des faibles éclairements, déjà médiocre sans le diffuseur.

Images tête de l’article : captures d’écran d’application Luxmètre sur smartphone Android, de gauche à droite © Light Meter, Luxmeter, Lux Light Meter, Smart Luxmeter

Conclusions de nos tests

Dans quels cas pouvez-vous raisonnablement utiliser votre smartphone avec des applications luxmètre ? Quand votre téléphone est récent, que l’éclairage est plutôt blanc, peu chromatique, et pour des niveaux d’éclairement pas trop faibles (>100 lux). L’application d’un diffuseur devant le capteur est en outre indispensable. Enfin, si toutes ces conditions sont réunies, il parait difficile d’espérer des incertitudes meilleures que +/-20 %… Pas terrible mais c’est gratuit !

Et vous, que pensez-vous des applications luxmètre ?

 

 

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