Lumière : généralités

La lumière naturelle

Onde et particule

Lorsqu’on parle de lumière, on considère qu’elle est à la fois une particule élémentaire (photon) et une onde électromagnétique.

L’onde électromagnétique est caractérisée par :

  • Une amplitude ;
  • Une longueur d’onde (ou fréquence) ;
  • Une vitesse de propagation.

La relation suivant unit la longueur d’onde et la vitesse de propagation :

λ = C / F

où :

  • λ : longueur d’onde en nanomètre ;
  • C : est la vitesse en m.s-1 ;
  • F : fréquence en Hz.

Pour une vitesse de la lumière de 299,792,458 m.s-1 et une longueur d’onde de 380 nm (bleu) la fréquence de propagation est de :

F = 299,792,458 / 450 x 10-9 = 780 THz

À titre comparatif, le tableau suivant donne une idée des longueurs d’onde de différents types de rayonnement :

Longueur d’onde (dans le vide) Domaine Fréquence Commentaire
Plus de 10 m radio inférieure à 30 MHz
de 1 mm à 30 cm micro-onde (Wifi, téléphones portables, radar, etc.) de 1 GHz à 300 GHz incluse dans les ondes radio
de 780 nm à 500 µm infrarouge norme NF/en 1836
de 380 nm à 780 nm lumière visible de 350 THz à 750 THz rouge (620-780 nm)
orange (592-620 nm)
jaune (578-592 nm)
vert (500-578 nm)
bleu (446-500 nm)
violet (380-446 nm)
de 10 nm à 380 nm ultraviolet de 750 THz à 30 PHz
de 10-11 m à 10-8 m rayon X de 30 PHz à 30 EHz
< à 5 x 10-12 m Rayon γ (gamma) supérieure à 30 EHz

Remarque : le spectre de la lumière naturelle est changeant suivant l’état du ciel : en fonction de la présence ou pas de nuage, leur densité, leur forme, … le spectre lumineux évolue.

Spectre lumière naturelle.

Lumière blanche artificielle

En éclairage artificiel, on tente toujours de se rapprocher de la lumière naturelle qui est, par définition, une lumière blanche. C’est indispensable de s’en rapprocher pour une question principalement de confort visuel. On imagine difficilement pour des occupants de bâtiments tertiaires de travailler dans une ambiance de couleur jaune comme c’est le cas, par exemple, chez certains fabricants de téléviseur.

Spectre lampe à incandescence.

Lampe à incandescence : bon exemple de lumière blanche.

La lumière blanche artificielle qui se rapproche le plus de la lumière naturelle est donnée par la lampe à incandescence. Indépendamment des considérations énergétiques (cette lampe est amenée à disparaître à terme), la lampe à incandescence reste, sans conteste, la source de référence par rapport à la qualité visuelle d’une lampe artificielle.

Diagramme de chromaticité

Toutes les couleurs du spectre visible peuvent être représentées dans un diagramme de chromaticité de la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE).

Diagramme de chromaticité

Quelques paramètres caractéristiques :

  • La courbe du fer à cheval représente les couleurs pures (teintes) de tout le spectre visible depuis le rouge (λ= 700 nm) jusqu’au violet (λ= 420 nm) ;
  • Le segment de droite qui joint les extrémités du fer à cheval représente les pourpres ;
  • le point de coordonnées (x=1/3 ;y = 1/3) est le blanc ;
  • la température de couleur pour le blanc est de 6 000 K ;
  • Le centre du fer à cheval focalise les différentes couleurs blanches. L’arc de cercle gradué de 10 000 à 1 500 K représente les températures de couleur qui caractérisent les différences sources lumineuses entre elles par rapport à la lumière blanche.