CHAPITRE II

Définitions Photométriques

Etude des Seuils Lumineux

L'idée directrice de l'expérience doit renfermer tout ce qui est déjà connu sur le sujet, afin de guider plus sûrement la recherche vers les problèmes dont la solution peut être féconde.

Claude BERNARD.

Le point de départ de toute mensuration c’est la détermination d’une unité invariable et facile à reproduire.

Mais si, du point de vue purement abstrait, les questions de photométrie se ramènent à des questions de mesures d'énergie transportée par des faisceaux lumineux, du point de vue pratique l’importance de l’œil est telle que l’on est obligé de donner une place à part aux résultats de son jugement. Les photométristes ont réalisé une certain unification des méthodes, des termes utilisés et des unités de mesure. Nous rappelons ici quelques-unes des définitions principales et des unités fondamentales adoptées, en les limitant à celles qui nous sont indispensables à connaître. Nous nous en référons aux notes que M. Haas à eu l’ama-

bilité de nous communiquer.

On nomme source de lumière toute portion ou surface de l’espace qui émet ou qui renvoie de la lumière : une flamme qui émet de la lumière se nomme une source primaire. Un écran qui renvoie de la lumière se nomme source secondaire. On nomme flux lumineux et l’on désigne par la lettre F la quantité d'énergie que représente un faisceau de lumière. L'unité de flux est le lumen qui sera défini plus loin. Mais la répartition de la lumière n’est pas uniforme autour de la source. Pour caractériser ce qui se passe dans une direction donnée on utilise la notion d'intensité et l’on désigne cette grandeur par la lettre I.

L’intensité d’une source varie donc, en général, avec la direction considérée. Ainsi la flamme d’une bougie de stéarine a une intensité beaucoup plus forte dans la direction horizontale que dans la verticale. L’unité d'intensité est la seule unité photométrique qui soit matérialisée par un étalon : cette unité est la bougie internationale, représentée par une lampe électrique type, fonctionnant sous un régime parfaitement déterminé et conservée au Laboratoire central d’électricité.

Nous pouvons maintenant définir le lumen cité plus haut : c’est le flux qui serait émis dans l’angle solide unité (ou sféradian) par une source supposée avoir, dans toutes les directions, une intensité uniforme de 1 bougie internationale. Si l’on fait le quotient du flux lumière émis dans un {rés pelit cône, par l’exposition de ce petit cône en stéradian, on retrouve l’intensité.

On nomme brillance et l’on représente par la lettre B l'aspect visuel d’un élément de la surface apparenté de la source, pour un observateur qui la regarde selon une direction déterminée (la surface apparente est la projection orthogonale de la surface réelle sur un plan normal à la direction considérée). La brillance s’obtient en faisant le quotient de l'intensité dans cette direction, par la

Up =

portion utilisée de l’aire apparente de la source. L'unité de brillance est la bougie par em? ou stilb.

Donc, de deux surfaces de même intensité internationale la plus étendue sera la moins brillante. De même, si l’on considère une source très peu intense, mais très petite, il peut se faire qu’elle soit très brillante. Dans beaucoup de cas de la pratique, la brillance est la même dans toutes les directions : cette circonstance se nomme Loi de Lambert.

Un écran de magnésie, notamment, est une source secondaire qui diffuse selon la Loi de Lambert. Cela est très important à savoir pour le physiologiste, car il en résulte que l’on a le droit de regarder cet écran sous . quelque incidence que ce soit sans modifier la valeur des mesures de brillance dans lesquelles il intervient comme terme de comparaison.

L'éclairement, que l’on désigne par la lettre E, est la densité superficielle du flux au niveau de la surface qui reçoit. On l’évalue donc en faisant le quotient du flux par l’aire de la surface qui le reçoit. L'unité d’éclairement est le lux : c’est celui que produit un flux d’un lumen uniformément réparti sur une aire égale à l’unité (1 m2).

Enfin l’albedo n’est pas une grandeur photométrique mais c’est une propriété des corps qui intervient en photométrie. C’est le rapport du rayonnement diffusé par une surface au rayonnement incident. Il peut arriver que la surface qui reçoit un éclairement donné absorbe complètement la lumière (tel est sensiblement un écran de noir de fumée). Alors l’aspect visuel de cette surface est le noir. Il peut arriver que la surface qui reçoit le même éclairement donné n’absorbe la lumière en aucune proportion (tel est sensiblement l’écran de magnésie). Alors cette surface devient une source secondaire et, sous l’influence de l’éclairement, prend une certaine brillance perceptible à nos yeux, évaluable en stilbs. Il peut arriver enfin que la

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surface qui reçoit le même éclairement donné n’absorbe la lumière que dans une certaine proportion. Elle restitue alors ce qu’elle n’a pas absorbé et devient une source secondaire. Mais la brillance qu’elle prend est inférieure à celle qu’aurait prise l'écran de magnésie.

L’albédo dépend de la couleur, du grain, de la composition de la surface, et d’autres éléments encore, qui heureusement peuvent être mesurés en bloc, une fois pour toutes, pour chaque sorte de surface, et intervenir dans les calculs sous l’autre nom qu’on lui donne encore, ce qui est préférable, de coefficient de diffusion.

Lorsqu'une surface dont on connaît le coefficient de diffusion est éclairée selon un éclairement connu et évalué en lux, elle prend une certaine brillance qui s’exprimera en bougies par cm? et que l’on calcule à l’aide de la relation

E B———— .Kk 31.400 dans laquelle K est le coefficient de diffusion propre à la surface considérée, et 31.400 le nombre x multiplié par 10.000 pour assurer la correspondance des unités.

De ce que l’on vient de dire, résulte que l’éclairement n’est aucunement caractéristique de l’aspect visuel d’une surface. Peu importe à l’œil que la densité superficielle du flux, ou éclairement, soit énorme sur un écran, sil absorbe alors toute la lumière : l’œil ne perçoit alors que du noir.

La seule quantité photométrique perceptible au sens de la vue est celle que les physiciens appellent généralement à l'heure actuelle «brillance » (terme proposé par M. Blondel) après l'avoir appelé «éclat ».

Si l’on consulte encore les Leçons de Photométrie professées par M. Ch. FaBry à l’Institut d’Optique, et éditées par la Revue. d'Optique, ou encore, du même auteur,

Spin

l’Introduction générale à la Photométrie, on constatera que la seule grandeur dite éclat ou brillance, est considérée par les observateurs qui font les mesures, comme caractéristiques de l’aspect visuel d’une source, d’un écran, ou d'un objet primitivement ou secondairement éclairant.

. La brillance des diverses surfaces que nous regardons caractérise l’aspect que nous leur trouvons. La surface que lon regarde dans le travail (papier blanc) avec l’éclairage artificiel peut être de l’ordre de : 0,001 bougie cm?. En plein jour, dans une pièce bien éclairée, le même papier donnera : 0,01 bougie cm2. Une route blanche au soleil aura au maximum 3 bougies cm2, et la même route éclairée par la pleine lune aura une brillance de 6.10—6 bougie cm2, éclairée par la lumière du ciel nocturne, sans lune environ 10% 8 bougie cm2. La plus petite brillance perceptible sur une large surface sur un fond parfaitement noir dans la nuit complète est de l’ordre de 10—10 bougie cm?. Or, chaque graduation de l’appareil que nous allons utiliser correspond à 3.10—7 bougie cm2.

Nous devons être reconnaissants à MM. E. Haas et J. COUVREUX d’avoir pour la première fois, dans leur travail sur l’acuité visuelle aux basses lumières, proposé aux physiologistes et ophtalmologistes, en employant la brillance pour caractériser un stimulus, de mettre désormais leur langage en harmonie avec celui qui est définitivement adopté par les physiciens.

Pour les expériences anciennes de NicATI, de DRUAULT, de BrocA, de MM. BEYXE et WoRMS, il faut faire intervenir le coefficient K, car ces auteurs semblent avoir employé des tests formés de caractères noirs sur fond blanc, tantôt observés directement, tantôt observés par

transparence.

On peut transposer en brillance les notations qui ont été

données en éclairement E B— —— .kK 31.400

Dans l'ignorance de la valeur de K nous formerons l'hypothèse : K— unité, valeur constamment supérieure à celle qui a été réellement utilisée. Les brillances obtenues par transposition seront donc toujours supérieures aux brillances réellement pratiquées et cette circonstance introduit une erreur systématique dans la lecture des résultats.

Cette dernière remarque était indispensable pour nous permettre d’expliquer, au moins en partie, la divergence apparente des résultats obtenus par les auteurs qui se sont exprimés en lux et par les auteurs qui ont exprimé directement les brillances en bougies par cm2.