Éclairement énergétique

Appareil de laboratoire équipé d'un contrôleur d'irradiance.

Données clés
Unités SI	watt par mètre carré
Dimension	M·T⁻³
Nature	Grandeur scalaire intensive
Symbole usuel	$E_{\mathrm {e} }$
Lien à d'autres grandeurs	$E_{v}$ = $K_{m}$ $E_{e}$

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L’éclairement énergétique ou irradiance est un terme radiométrique qui quantifie la puissance d'un rayonnement électromagnétique frappant par unité de surface perpendiculaire à sa direction. C'est la densité surfacique du flux énergétique arrivant au point considéré de la surface. Dans le Système international d'unités, elle s’exprime en watts par mètre carré (W/m² ou W m⁻²). La grandeur d'émission associée est l'exitance.

La distribution hémisphérique de l'éclairement énergétique reçu sur un élément de surface est la luminance énergétique. L'équivalent en photométrie de l'éclairement énergétique est l'éclairement lumineux.

L'éclairement énergétique ne considère que l'énergie arrivant sur l'élément de surface, par opposition à l'énergie émise par cet élément, qui est l'exitance.

L'irradiance peut être mesuré à l'aide d'un albédomètre.

Photométrie

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.

Détermination

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

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

avec :

E

, l'amplitude complexe de l'onde du champ électrique ;

n

, l'indice de réfraction du milieu ;

c

, la vitesse de la lumière dans le vide ;

\varepsilon _{0}

, la permittivité du vide.

On considère dans cette formule que la susceptibilité magnétique est négligeable, c'est-à-dire que $\mu _{r}\approx 1$ , où $\mu _{r}$ 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.

Références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Irradiance » (voir la liste des auteurs).

↑ (en) David J. Griffiths, Introduction to electrodynamics, Upper Saddle River, NJ u.a., Prentice-Hall, 1999, 3^e éd. (ISBN 0-13-805326-X, lire en ligne).

Voir aussi

Bibliographie

Alain Chiron de la Casinière, Le rayonnement solaire dans l'environnement terrestre, 264 p., éd. Publibook, 2003 (ISBN 9782748302424).
Evelyn Gil, D'où vient la lumière Laser, coll. « Les Petites Pommes du Savoir », Le Pommier, 2006, 64 p.

Articles connexes

v · m

Grandeurs et unités photométriques et radiométriques

La radiométrie et la photométrie recouvrent deux types de métrologie optique destinées à mesurer les rayonnements électromagnétiques.

Grandeurs

Photométriques	Quantité de lumière Flux lumineux Intensité lumineuse Luminance lumineuse Éclairement lumineux Exitance lumineuse Exposition lumineuse
Radiométriques	Énergie électromagnétique Flux énergétique Intensité énergétique Luminance énergétique Éclairement énergétique Exitance énergétique Exposition énergétique

Unités SI

Quantité de lumière Énergie électromagnétique	lumen-seconde (lm⋅s) joule (J)
Flux lumineux Flux énergétique	lumen (lm) watt (W)
Intensité lumineuse Intensité énergétique	candela (cd) watt par stéradian (W⋅sr⁻¹)
Luminance lumineuse Luminance énergétique	candela par mètre carré (cd⋅m⁻²) watt par mètre carré et par stéradian (W⋅m⁻²⋅sr⁻¹)
Éclairement lumineux Éclairement énergétique	lux (lx) watt par mètre carré (W⋅m⁻²)
Exitance lumineuse Exitance énergétique	lumen par mètre carré (lm⋅m⁻²) watt par mètre carré (W⋅m⁻²)
Exposition lumineuse Exposition énergétique	lux seconde (lx⋅s) joule par mètre carré (J⋅m⁻²)

Unités hors SI
dont
anglo-saxonnes

Intensité lumineuse	bougie carcel rayleigh (R)
Luminance lumineuse	nit (nt) stilb (sb) blondel ou apostilb (asb) candela per square inch (cd⋅in⁻²) candela per square foot (cd⋅ft⁻²) lambert (L) footlambert (fL) skot (sk)
Éclairement lumineux	phot (ph) foot-candle (fc) nox (nx)