Photographie/Éclairage/Les sources lumineuses, généralités

Toute source lumineuse reçoit une puissance P, le plus souvent sous forme électrique, et restitue un flux énergétique ${\displaystyle \Phi \,}$ dont une partie seulement est visible et perçue sous la forme d'un flux lumineux F.

Le rendement énergétique d'une source peut s'écrire (sans unité !) :   ${\displaystyle \rho ={\frac {puissance\ {\acute {e}}mise\ \Phi }{puissance\ fournie\ P}}={\frac {\int \Phi _{\lambda }d\lambda }{P}}}$

L'efficacité lumineuse de cette source sera, en lm/W : ${\displaystyle V={\frac {flux\ lumineuxF}{flux\ {\acute {e}}nerg{\acute {e}}tique\ \Phi }}={\frac {\int V_{\lambda }\Phi _{\lambda }d\lambda }{L\int \Phi _{\lambda }d\lambda }}}$

Le rendement lumineux global s'exprimera, en lm/W : ${\displaystyle \eta ={\frac {\int V_{\lambda }\Phi _{\lambda }d\lambda }{LP}}}$

La relation existant entre les trois grandeurs ci-dessus est : ${\displaystyle \eta =\rho \cdot V}$

Les deux valeurs du rendement global et de l'efficacité lumineuse sont souvent confondues à tort, c'est le premier qui est généralement fourni par les fabricants de lampes comme caractéristique de leurs fabrications, même s'ils ont la fâcheuse habitude de l'appeler efficacité. Il faut souligner ici le fait important que ce rendement ne varie pas de 0 à 1 comme il est habituel en physique, mais de 0 à 683 lm/W. C'est donc une grandeur qui possède une dimension.

À titre indicatif, nous pouvons ici essayer de calculer le rendement global de la source-étalon qui servait à définir la candela : considérons une sphère de corps noir de surface projetée 1/60e cm², qui aura donc pour diamètre 1,45 mm et pour surface totale 6,6 mm². Portée à la température de solidification du platine, 2 045 K (température absolue) , cette sphère émet dans toutes les directions une intensité de 1 cd, soit dans tout l'espace un flux de 4π lm.

L'exitance de cette sphère est ${\displaystyle M=\sigma \cdot T^{4}=5,7\cdot 10^{-8}\cdot 2045^{4}\approx 10^{6}W/m^{2}=1W/mm^{2}\,}$

La puissance totale émise est donc ${\displaystyle P=6,6W\,}$

Pour un corps noir, ρ = 1 par définition, donc ${\displaystyle \eta =V={flux\ {\acute {e}}mis\ F \over puissance\ P}={4\ \pi \over 6,6}=1,9\ lm/W}$

On pourra replacer cette valeur dans le tableau ci-dessous, qui donne des valeurs moyennes de rendement global pour différents types de sources lumineuses usuelles. Pour beaucoup de sources, ces valeurs sont très variables en fonction de facteurs tels que la tension d'alimentation, la qualité de la fabrication le degré de vieillissement, etc.

Il existe divers types de diodes électroluminescentes, entre autres celles qui émettent dans l'infrarouge et que l'on utilise pour des applications telles que les télécommandes des appareils audiovisuels et celles qui émettent dans le domaine visible, auxquelles nous nous intéresserons ici.

Il est possible, en mélangeant les lumières émises par des DELs de diverses couleurs, d'obtenir un rayonnement global se rapprochant de la lumière blanche. On fabrique ainsi pour l'éclairage domestique des lampes qui se substituer à leurs homologues à incandescence, des lampes frontales pour les campeurs, etc.

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  Trois DELs rouge, verte et bleue
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  Association des lumières de 3 DELs
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  Lampe formée en groupant des DELs
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  Les lampes à DELs peuvent remplacer les lampes halogène classiques
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  Ampoules à DELs
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  Lampe à culot E27 comportant 38 DELs
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  Émission comparée de quelques modèles de DELs

Pour l'instant, ces DELs ne sont pas encore vraiment utilisées pour l'éclairage photographique en raison de leurs puissances trop faibles mais on peut penser que dans ce domaine, leur développement n'est qu'une question de quelques années, au moins pour les petites installations.

Par rapport aux lampes à incandescence, elles se distinguent par l'absence d'émission dans l'infrarouge et leur faible dégagement de chaleur. Le faisceau émis est très directif, l'essentiel de la lumière rayonne dans un cône de demi-angle au sommet voisin de 25 à 30 °. Il faut les alimenter sous une tension précise ; un excès de tension peut les détériorer de façon irréversible, un manque de tension ne leur permet pas de fonctionner avec un rendement convenable. Elles nécessitent donc un module d'alimentation spécifique.

Contrairement aux lampes à incandescence ou à d'autres sources, les DELs sont utilisables à haute fréquence ; les temps d'allumage et d'extinction sont très brefs et l'intervalle entre deux périodes d'éclairage est très court.

La durée de vie des DEL est définie comme la durée au bout de laquelle elles n'émettent plus que 50 % de leur flux initial. Le problème du vieillissement rapide des premières DELs est aujourd'hui résolu et les durées de vie atteignent facilement 100 000 heures, soit une dizaine d'années de fonctionnement ininterrompu. Ce sont par ailleurs des composants solides du point de vue mécanique, peu sensibles aux vibrations.