Efficacité lumineuse d'une source

L'efficacité lumineuse d'une source est le rapport entre le flux lumineux émis par cette source lumineuse et la puissance absorbée par la source^[1],[2]. Elle s'exprime en lumens par watt (lm/W) dans le Système international d'unités.

Si l'on note P la puissance reçue par la source, le plus souvent sous forme électrique, et ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$ le flux lumineux émis, alors L'efficacité lumineuse d'une source ${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }}$ vaut par définition :

${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{P}}}$.

Elle donne une information sur les performances d'une source lumineuse. Les fabricants indiquent couramment sa valeur parmi les données techniques des lampes. Certains auteurs^[3],[4] utilisent aussi le terme de rendement lumineux pour désigner cette efficacité.

Contributions à l'efficacité lumineuse

L'efficacité lumineuse d'une source possède en général deux contributions principales :

• le rendement énergétique de la source, noté ${\displaystyle \rho }$. Il exprime le fait que toute la puissance reçue n'est pas convertie en rayonnement, mais qu'une partie est perdue en chaleur (conduction et convection) :

${\displaystyle \rho ={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }}{P}}}$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }}$ est le flux énergétique émis. Rapport de deux puissances, il s'agit d'une grandeur sans dimension ;

• l'efficacité lumineuse du rayonnement, notée ${\displaystyle K}$. Elle exprime le fait qu'une partie seulement du rayonnement est perçue sous forme de flux lumineux, le reste étant une nouvelle perte sous forme de rayonnement invisible pour l'œil :

${\displaystyle K={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{\Phi _{\mathrm {e} }}}}$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$ est le flux lumineux émis. Lorsque la source n'est pas monochromatique mais que sa longueur d'onde appartient à un domaine étendu, le flux énergétique vaut :

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda }$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )}$ est la densité spectrale de flux énergétique. Le flux lumineux vaut lui, selon la loi d'Abney :

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {v} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda =K_{\mathrm {m} }\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda }$

où ${\displaystyle V(\lambda )}$ est la fonction sans dimension d'efficacité lumineuse spectrale exprimant la sensibilité de l'œil humain aux différentes longueurs d'onde, par rapport au maximum, ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$, qui vaut environ 683 lm/W en vision photopique.

Globalement, l'efficacité lumineuse d'une source est le produit de ces deux contributions : ${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }=\rho \cdot K}$.

Comparaison de différentes sources

Les valeurs de l'efficacité lumineuse des sources varient considérablement en fonction de la technologie, de la puissance et de la couleur de la lumière.

Efficacité lumineuse en lm/W

Catégorie	Type	lm/W
Lampes à incandescence	Lampe halogène 20 W (2700 K)	≈ 12[5]
	Lampe halogène 116 W (2800 K)	≈ 18[5]
	Lampe halogène 400 W (2900 K)	≈ 22[6]
	Lampe halogène 2000 W (3200 K)	≈ 26[7]
Lampes fluorescentes	Tube fluorescent	60 à 114[8],[9]
	Lampe fluocompacte	55 à 70[8],[9]
Lampes à arc et à décharge	Lampe au xénon	13 à 47[8]
	Lampe à vapeur de sodium haute pression	81 à 150[8],[9]
	Lampe à vapeur de sodium basse pression	167 à 206[9]
	Lampe aux halogénures métalliques	70 à 100[10]
Lampes à diode électroluminescente	LED blanche	80 à 200[8],[9]
	LED blanche (2014) (5 100 K)	≈ 300[11]

Notes et références

1. « ISO 80000-7:2008(fr) — Grandeurs et unités — Partie 7 : Lumière », sur iso.org (consulté le 4 juillet 2016).
2. « Efficacité lumineuse d'une source », sur electropedia.org (consulté le 6 mai 2016).
3. Électroluminescence des matériaux organiques. Principes de base. sur Google Livres.
4. Les lasers en dermatologie sur Google Livres.
5. « HALOGEN CLASSIC A | HALOGEN CLASSIC | OSRAM », sur osram.fr (consulté le 25 juin 2017).
6. « HALOLINE PRO | HALOLINE | OSRAM », sur osram.fr (consulté le 25 juin 2017).
7. « Lampes studio mono culot | Lampes halogènes... | OSRAM », sur osram.fr (consulté le 25 juin 2017).
8. « La lumière est OSRAM | OSRAM », sur osram.fr (consulté le 25 juin 2017).
9. « Philips Lighting France », sur lighting.philips.fr (consulté le 25 juin 2017).
10. Lampes aux halogénures métalliques pour la photo, l'optique, le cinéma, la télévision, le spectacle, traduit de l'allemand par Paul Burgstahler et François Stoessel, OSRAM GmbH, 1996, 83 p., p. 5, 22-24.
11. (en) « Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier », sur cree.com (consulté le 25 juin 2017).

Voir aussi

SI grandeurs photométriques

v · d · m

Grandeur		Unité		Dimension (hors unité SI)[nb 1]	Notes
Nom	Symbole[nb 2]	Nom	Symbole
Quantité de lumière	Qv[nb 3]	lumen seconde	lm s	T⋅J	Le lumen seconde est parfois appelé le talbot.
Flux lumineux	Φv[nb 3]	lm (= candela stéradian)	lm (= cd sr)	J	Quantité de lumière par unité de temps
Intensité lumineuse	Iv	candela (= lumen par stéradian)	cd (= lm/sr)	J	Flux lumineux par unité d'angle solide
Luminance	Lv	candela par mètre carré	cd/m^2 (= lm sr^−1 m^−2))	L^−2⋅J	Flux lumineux par unité d'angle solide par unité de surface de source projetée. Le candela par mètre carré est parfois appelé le nit.
Éclairement lumineux	Ev	lux (= lumen par mètre carré)	lx (= lm/m^2)	L^−2⋅J	Flux lumineux incident sur une surface
Exitance lumineuse	Mv	lumen par mètre carré	lm/m^2	L^−2⋅J	Flux lumineux émis depuis une surface
Exposition lumineuse	Hv	lux seconde	lx s	L^−2⋅T⋅J	Éclairement lumineux intégré en fonction du temps
Densité de quantité de lumière	ωv	lumen seconde par mètre cube	lm s/m^3	L^−3⋅T⋅J
Efficacité lumineuse (d'un rayonnement)	K	lumen par watt	lm/W	M^−1⋅L^−2⋅T^3⋅J	Quotient du flux lumineux sur le flux énergétique
Efficacité lumineuse (d'une source)	η[nb 3]	lumen par watt	lm/W	M^−1⋅L^−2⋅T^3⋅J	Quotient du flux lumineux sur la puissance consommée
Coefficient lumineux	V			1	Efficacité lumineuse normalisée par l'efficacité maximale possible
Voir aussi : SI Photométrie Radiométrie

1. Les symboles dans cette colonne indiquent des dimensions ; Aussi, "M", "L", "T" et "J" correspondent à la masse, la longueur, la durée et l'intensité lumineuse, et non les symboles des unités mètre, litre, tesla et joule.
2. Les Organismes de normalisations recommendent que les grandeurs photométriques soient dénotées avec un "v" (pour "visible") afin d'éviter la confusion avec les grandeurs radiometriques ou de photons. Par exemple : USA Standard Letter Symbols for Illuminating Engineering USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
3. Symboles alternatifs parfois utilisés: W pour la quantité de lumière, P ou F pour le flux lumineux, et ρ pour l'efficacité lumineuse d'une source.

• Efficacité lumineuse
• Température de couleur