Éclairement énergétique

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.

L'éclairement d'une onde lumineuse monochromatique en question est déterminé par son champ électrique par^[1] :

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

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.

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^[2] selon la norme ISO 80000-7^[3].

Davantage d’informations , ...

Grandeurs et unités radiométriques et photométriques

Grandeur radiométrique	Symbole	Unité SI (symbole)	Dimension[4]	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)[5]	${\displaystyle \phi _{e}}$	watt (W)	M L2 T−3	Flux lumineux[5]	${\displaystyle \phi _{v}}$	lumen (lm)	J Ω
Intensité énergétique[5]	${\displaystyle I_{e}}$	watt par stéradian (W sr−1)	M L2 T−3 Ω−1	Intensité lumineuse[5]	${\displaystyle I_{v}}$	candela (cd)	J
Luminance énergétique / Radiance[6]	${\displaystyle L_{e}}$	watt par mètre carré et par stéradian (W m−2 sr−1)	M T−3 Ω−1	Luminance lumineuse / Luminance[7]	${\displaystyle L_{v}}$	candela par mètre carré (cd m−2)	J L-2
Éclairement énergétique / Irradiation / Irradiance[8]	${\displaystyle E_{e}}$	watt par mètre carré (W m−2)	M T−3	Éclairement lumineux[5]	${\displaystyle E_{v}}$	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[9]	${\displaystyle M_{v}}$	lux (lx)	J Ω L-2
Exposition énergétique	${\displaystyle H_{e}}$	joule par mètre carré (J m−2)	M T-2	Exposition lumineuse / Lumination[10]	${\displaystyle H_{v}}$	lux seconde (lx s)	J Ω T L-2

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