# Vidéo-luminancemètre : La mesure des luminances par la numérisation d'images vidéo

Michel Garcia

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Michel Garcia. Vidéo-luminancemètre : La mesure des luminances par la numérisation d'images vidéo. Les Cahiers du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, 1992, Cahier 2593 (Livraison 330). hal-04868876

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# Vidéo-luminancemètre

## La mesure des luminances par la numérisation d'images vidéo

Michel Garcia

<figure><img src="image_1.png" /></figure>
## RÉSUMÉ

Le vidéo-luminancemètre de la Division Éclairage se présente comme un dispositif d'analyse de l'environnement lumineux. Deux exemples d'application de ce dispositif sont traités : éclairage électrique des locaux d'habitation, éclairage naturel d'une salle de classe. Cet outil, basé sur l'utilisation d'une micro-caméra vidéo est très performant. Utilisable aussi bien en laboratoire qu'in situ, il est essentiel pour l'aide à la décision pour les maîtres d'ouvrage et les maîtres d'œuvre.

## MOTS CLÉS

Luminance – Éclairement – Environnement visuel – Images numériques – Diagnostic – Mesures – Éclairage intérieur.

## SUMMARY

The Lighting Division's Video Luminance Meter is a device for analyzing the luminous environment. Two application examples of this device are examined: electrical lighting of inhabited premises, and natural lighting of a classroom. This tool, based on the use of a micro-camcorder, performs extremely well. Usable in the laboratory as well as in situ, it is an essential aid in decision making by project managers and builders.

## KEY WORDS

Luminance – Illuminance – Visual Environment – Digital images – Diagnosis – Measurements – Interior lighting.

## RESUMEN

El videoluminancímetro de la División de Alumbrado se presenta en forma de un dispositivo de análisis del entorno luminoso. Se mencionan en este artículo dos ejemplos de aplicación: alumbrado eléctrico de locales habitados, iluminación natural de un aula. Este instrumento, fundado en la utilización de una microcámara video presenta interesantes características y prestationes. Se puede utilizar con la misma facilidad en laboratorio que in situ y constituye un elemento primordial para los contratantes y contrastistas de obras.

## TERMINOS CLAVE

Luminancia – Iluminancia – Iluminación – Entorno visual – Imágenes digitales – Diagnóstico – Mediciones – Alumbrado de interiores.

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle de cet ouvrage faite sans le consentement du CSTB est illicite. Elle constitue une contrefaçon au sens de la loi du 11 mars 1957
ERRATUM

au cahier 2585, livraison 329 de mai 1992, intitulé :

**Communiquer pour mieux concevoir.**

Page 16, article 4,1, 4e paragraphe, il convient de lire :

La maîtrise d'ouvrage est assurée par la SACOGIVA, SEM d'HLM à Aix-en-Provence.
<figure><img src="image_2.png" /></figure>
# Vidéo-luminancemètre
## La mesure des luminances par la numérisation d'images vidéo

Michel GARCIA
ingénieur au CSTB

## sommaire

Introduction .................................................................................. 1

1 Luminance .................................................................................. 2

2 Critères de confort visuel .......................................................... 3

3 Mesure des luminances .......................................................... 4

4 Application aux luminaires pour l'éclairage des habitations .................................................................................. 6

5 Application à l'éclairage naturel. Étude sur maquette en ciel artificiel .................... 11

6 Conclusion .................................................................................. 12

## introduction

L'environnement visuel et les ambiances lumineuses doivent être décrits en premier lieu en utilisant la notion de *luminance*. Quelle que soit la tâche visuelle à accomplir, la seule notion d'éclairement est insuffisante et la répartition des luminances dans l'espace visuel des usagers doit être déterminée. Pour faciliter cette détermination dans les études in situ ou en laboratoire sur maquette, le CSTB a mis au point un vidéo-luminancemètre. Un logiciel de numérisation d'images permet de visualiser sur moniteur N et B des zones grises représentant des paliers de luminance. Cette image vidéo avec zones iso-luminance que nous appelons « image iso-luminance » est reproduite sur imprimante Laser.

L'étude présentée ici est une application de ce dispositif de mesures à des luminaires pour locaux d'habitation. Les mesures effectuées sont destinées à caractériser l'environnement lumineux que ces luminaires sont susceptibles de créer, sur un plafond, sur un mur ou sur une table, en termes de luminance.

Un autre exemple d'utilisation de ce dispositif est également présenté, relativement à une étude d'éclairage naturel sur maquette; on a donc ainsi une version so-phistiquée du maquettoscope, bien connu des archi-tectes. En effet, la taille réduite de la caméra vidéo utilisée permet de se déplacer à l'intérieur des ma-quettes sans perturber l'ambiance lumineuse et, de plus, ce dispositif mesure les luminances.
# 1 luminance

## 1,1 définition

Pour caractériser l'émission de lumière d'une source, la photométrie fait appel aux notions de flux lumineux (puissance rayonnée dans tout l'espace) et d'intensité lumineuse (puissance lumineuse rayonnée dans une direction donnée de l'espace). Ces notions s'appliquent très bien à des sources ponctuelles. Lorsqu'il s'agit de préciser l'aspect plus ou moins « brillant » d'une source de dimension même réduite, il y a lieu de faire intervenir la notion de luminance.

Une cellule de luxmètre équipée d'un cache permet d'isoler une zone de l'espace (voir figure 1). La cellule mesure alors le seul flux provenant de cette zone : on a isolé un faisceau. Soit $Ω_r$, l'ouverture de l'angle solide ainsi délimité ; si $Ω_r$ est petit, la valeur de l'éclairement $E$ mesurée par la cellule, et exprimée en lux, est égale à :

$$E = L \cdot Ω_r$$

$L$ étant la luminance moyenne de la source exprimée en candelas par mètre carré

$Ω$ angle solide exprimé en stéradian

Donc la mesure de $E$ permet de calculer la luminance moyenne de $L$.

Le luminancemètre est basé sur ce principe.

On définit, et on mesure, la luminance d'une source primaire (lampe, ciel, soleil) ou d'une source secondaire, c'est-à-dire d'une surface qui réfléchit la lumière (plafond, mur, plan de travail).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1 Principe d'adaptation d'un luxmètre en luminancemètre.
La luminance est relative au flux émis par la source L'éclairement est relatif au flux reçu par la cellule du luxmètre</figcaption></figure>

## 1,2 cas de la réflexion lumineuse des surfaces mates

La notion de surface apparente entraîne celle de direction d'observation. La plupart des matériaux réfléchissent la lumière inégalement dans l'espace, c'est le cas des peintures brillantes, céramiques, certains métaux,... On voit donc que, pour ces matériaux, la luminance varie selon la direction d'observation.

Pour d'autres matériaux parfaitement mate, qui réémettent la lumière de façon diffuse (suivant la loi de Lambert), la luminance est constante dans toutes les directions.

$$L = \frac{\rho \cdot E}{\pi}$$

$\rho$: facteur de réflexion diffuse de la surface

$E$: éclairement reçu par la surface mate exprimé en lux

$L$: luminance de cette surface, exprimée en candelas par mètre carré

Ainsi, deux feuilles de même papier mises côte à côte mais recevant des éclairements différents $E_1$ et $E_2$ n'auraient pas la même clarté car les luminances qu'elles renvoient ne sont pas égales. Soit $L_1$ et $L_2$ ces luminances, l'œil humain, adapté à la vision photopique ou vision diurne, percevra une différence si l'on a :

$$C = \frac{|L_1 - L_2|}{L_1} \geq 0,01$$

A l'inverse, il est possible que l'œil n'établisse aucune différence entre une feuille de papier gris clair, peu éclairée, juxtaposée à une feuille gris plus sombre, très éclairée, si l'on a :

$$C = \frac{|L_1 - L_2|}{L_1} < 0,01$$
## 2 critères de confort visuel

La qualité d'un environnement lumineux dépend de la répartition des luminances dans le champ visuel. Elle ne dépend pas seulement de la luminance des sources artificielles ou naturelles, mais aussi de la luminance des murs, du plafond, du sol.

L'éblouissement correspond à des conditions de vision dans lesquelles on éprouve soit une baisse de la perception visuelle, soit une sensation désagréable avec ou sans trouble de la vision des objets.

On notera quelques exigences de confort, en éclairage artificiel d'une part et en éclairage naturel d'autre part.

a) En éclairage artificiel, un premier critère de qualité est la limitation de la luminance des sources, c'est-à-dire des luminaires. Par exemple, on trouve au tableau 1 les valeurs limites des luminances à ne pas dépasser en fonction de l'angle Θ défini en figure 2 (1), valeurs qui traduisent les exigences de confort dans les salles de classe.

<table><caption>Tableau 1 Valeurs des luminances des luminaires à ne pas dépasser pour des directions Θ (cf. figure 2)</caption><thead><tr><td>Directions par rapport à la verticale</td><td>Luminance moyenne (cd/m²)</td></tr></thead><tbody><tr><td>θ = 75°</td><td>2 000</td></tr><tr><td>θ = 65°</td><td>4 000</td></tr><tr><td>θ = 55°</td><td>7 000</td></tr><tr><td>θ = 45°</td><td>12 000</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 2 Direction de visée Θ par rapport à la verticale descendante au luminaire</figcaption></figure>

Un deuxième critère de qualité est relatif au rapport de luminances entre le luminaire et le plafond. Pour obtenir un bon confort, on doit avoir :

$$L_e / L_{pl} < 20$$

L_e : luminance du luminaire dans la direction Θ (voir figure 2)

L_{pl} : luminance du plafond à proximité du luminaire

b) En éclairage naturel, la vue directe du ciel est cause de gêne dès que la luminance du ciel est supérieure à 2 000 cd/m². Il faut alors recourir à une protection des ouvertures.

Par ailleurs, le rapport de luminance entre le ciel et un trumeau doit être inférieur à 20 pour garantir un bon confort.

<footnote n="1">1. « Cahier des Recommandations Techniques – Constructions scolaires », Ministère de l'Éducation Nationale.</footnote>
# 3 mesure des luminances

## 3,1 luminancemètre

Un luminancemètre sera donc un appareil qui permettra de mesurer, à distance, la lumière provenant d'une source dans un cône de révolution d'angle solide Ω (voir figure 1). Cet «angle de visée» est en général caractérisé par la valeur du diamètre angulaire du cône. Le luminancemètre sera d'autant plus élaboré qu'il disposera de plusieurs angles de visée. Certains appareils de grande précision offrent la possibilité de mesurer dans un angle de 2 minutes, option indispensable en éclairage public où l'on doit faire des mesures à grande distance (> 100 m), de luminance de lanternes de petite dimension (figure 3).

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 3 Luminancemètre Pritchard 1980 - Tête optique et console de mesure</figcaption></figure>

Chaque fois que l'on aura besoin de caractériser un environnement visuel, il sera nécessaire de faire des mesures de luminances. Les différents luminancemètres disponibles sur le marché offrent une large gamme de possibilités en terme de précision et d'angles de visée. Certains sont portables et légers, très pratiques pour les mesures in situ. D'autres, plus précis, sont destinés aux mesures photométriques en laboratoire.

Le principe de mesure reste toujours le même, ces appareils à visée donnent la luminance d'une zone d'autant plus restreinte que l'angle de visée est petit et la scène proche.

On voit d'après le tableau 2 que, pour une distance à la scène de 5 m (situation correspondant à un local), le diamètre de la zone mesurée varie de 26 cm à 2,5 mm suivant l'angle de visée.

<table><caption>Tableau 2 Diamètre de la zone de mesure (en cm) en fonction de l'angle de visée et de la distance à la scène</caption><thead><tr><th rowspan="2">Distance<br>à la scène<br>(m)</th><th colspan="5">Angle de visée</th></tr><tr><th>3°</th><th>10</th><th>20'</th><th>6'</th><th>2'</th></tr></thead><tbody><tr><td>300</td><td>15,7</td><td>5,2</td><td>1,7</td><td>0,5</td><td>0,17</td></tr><tr><td>100</td><td>5,2</td><td>1,7</td><td>0,56</td><td>0,17</td><td>0,05</td></tr><tr><td>5</td><td>0,26</td><td>0,08</td><td>0,03</td><td>0,008</td><td>0,0025</td></tr></tbody></table>

Ainsi le temps nécessaire pour explorer avec un luminancemètre la totalité d'une scène, en vue d'obtenir des courbes iso-candelas/m², peut être très long. La mesure étant faite point par point, le nombre de prises de measures devient vite très grand.

Il nous est apparu intéressant de développer un système permettant à la fois d'augmenter le nombre de points de mesure et de diminuer le temps d'exécution.

## 3,2 vidéo-luminancemètre

La Division Éclairage a mis au point un processus d'enregistrement d'images vidéo, utilisable sur maquette aussi bien que sur le terrain.

L'image, fournie par une micro-caméra CCD 2/3" à grande sensibilité, est ensuite numérisée via un logiciel approprié.

### Caractéristiques techniques du capteur IVC 500BR

* Technologie : CCD à transfert de lignes*

* Nombre de photo-éléments : 500 (H) X 582 (V)

* Dimension d'un photo-élément : 17 µm x 11 µm

* Zone photosensible : 8,8 mm x 6,6 mm

* Sensibilité : 3,5 lux

* Fréquence pixel : 9,458 MHz

* Diamètre de la caméra : 41 mm

* Longueur de la caméra : 60 mm (sans objectif)

* Poids : 125 g

Les traitements que l'on peut faire sur les images numérisées sont nombreux. On peut cependant les regrouper en trois types :

- amélioration de l'image,

- reconnaissance d'informations,

- mesures proprement dites.

<footnote>* Les dispositifs CCD se présentent comme des circuits intégrés sur lesquels sont implantés des zones photosensibles séparées. Chaque pixel est donc indépendant des autres, et la distorsion géométrique est nulle.</footnote>
## 3,3 étalonnage en luminance

L'originalité du processus mis en place consiste à utiliser « l'outil caméra-vidéo » comme un luminancemètre à condition de trouver la relation existant entre la luminance de la surface mesurée (cd/m²) et le signal de sortie de la caméra (niveaux de gris), repéré sur une échelle allant de 0 à 256 appelé « niveau de gris » (Grey level output). Au tableau 3, on trouve les valeurs de luminances pour neuf ouvertures de diaphragme et seize « niveaux de gris » (16 à 256).

Il a été nécessaire pour cela de réaliser l'expérimentation décrite en figure 4.

Selon l'ouverture utilisée pour le diaphragme sur la caméra, la gamme de mesure de luminance est :

- pour un environnement sombre : de 0 à 49 cd/m²

- pour un environnement visuel courant : de 0 à 2999 cd/m²

- pour la mesure des luminances des sources primaires (luminaires et ciel), on utilise des filtres de densité neutre

De l'étalonnage réalisé, résulte la relation entre la luminance et le « niveau de gris » :

$$L = 25,617 \times e^{-0,242 \times D} \times (G - 14)$$

G : niveau de gris compris entre 16 et 256

D : ouverture du diaphragme (repéré de 3 à 20).

<table><caption>Tableau 3 Valeurs des luminances mesurées, exprimées en cd/m², en fonction du « niveau de gris » détecté et de l'ouverture du diaphragme.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Niveau de gris</th><th colspan="8">Repère du diaphragme de la caméra</th></tr><tr><th>3</th><th>5</th><th>7</th><th>9</th><th>11</th><th>13</th><th>15</th><th>17</th><th>20</th></tr></thead><tbody><tr><td>16</td><td>24</td><td>15</td><td>9</td><td>6</td><td>3</td><td>2</td><td>1</td><td>1</td><td>0</td></tr><tr><td>32</td><td>223</td><td>137</td><td>84</td><td>52</td><td>32</td><td>19</td><td>12</td><td>7</td><td>4</td></tr><tr><td>48</td><td>421</td><td>259</td><td>160</td><td>98</td><td>60</td><td>37</td><td>23</td><td>14</td><td>7</td></tr><tr><td>64</td><td>619</td><td>381</td><td>235</td><td>145</td><td>89</td><td>55</td><td>34</td><td>21</td><td>10</td></tr><tr><td>80</td><td>818</td><td>504</td><td>310</td><td>191</td><td>118</td><td>72</td><td>44</td><td>27</td><td>13</td></tr><tr><td>96</td><td>1 016</td><td>626</td><td>386</td><td>237</td><td>146</td><td>90</td><td>55</td><td>34</td><td>17</td></tr><tr><td>112</td><td>1 214</td><td>748</td><td>461</td><td>284</td><td>175</td><td>108</td><td>66</td><td>41</td><td>20</td></tr><tr><td>128</td><td>1 421</td><td>870</td><td>536</td><td>330</td><td>203</td><td>125</td><td>77</td><td>47</td><td>23</td></tr><tr><td>144</td><td>1 611</td><td>993</td><td>612</td><td>377</td><td>232</td><td>143</td><td>88</td><td>54</td><td>26</td></tr><tr><td>160</td><td>1 809</td><td>1 115</td><td>687</td><td>423</td><td>261</td><td>161</td><td>99</td><td>61</td><td>30</td></tr><tr><td>176</td><td>2 007</td><td>1 237</td><td>762</td><td>470</td><td>289</td><td>179</td><td>110</td><td>67</td><td>33</td></tr><tr><td>192</td><td>2 206</td><td>1 359</td><td>838</td><td>506</td><td>318</td><td>196</td><td>121</td><td>74</td><td>36</td></tr><tr><td>208</td><td>2 404</td><td>1 481</td><td>913</td><td>562</td><td>346</td><td>214</td><td>132</td><td>81</td><td>39</td></tr><tr><td>224</td><td>2 602</td><td>1 604</td><td>988</td><td>609</td><td>375</td><td>231</td><td>142</td><td>87</td><td>42</td></tr><tr><td>240</td><td>2 801</td><td>1 726</td><td>1 064</td><td>655</td><td>404</td><td>249</td><td>153</td><td>94</td><td>46</td></tr><tr><td>256</td><td>2 999</td><td>1 848</td><td>1 139</td><td>702</td><td>432</td><td>266</td><td>164</td><td>101</td><td>49</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4 Description de l'étalonnage de la micro-caméra vidéo IVC 500</figcaption></figure>
# 4 application aux luminaires pour l'éclairage des habitations

## 4,1 dispositif expérimental pour la mesure des luminances

Dans le cadre d'un programme d'essais comparatifs et d'études techniques, l'Institut National de la Consommation a confié à la Division Éclairage une étude concernant 17 luminaires d'usage courant.

Pour tester chacun des 17 luminaires dans sa situation d'utilisation spécifique, une scène comprenant un mur, un plafond et une table a été construite (figure 5). Ces parois ont été quadrillées tous les 0,50 m, permettant ainsi un meilleur repérage dans l'espace des différentes zones iso-luminances détectées par la caméra. Selon

le type d'appareil d'éclairage, les mesures ont été effectuées sur une ou plusieurs des surfaces ainsi matérialisées (tableau 4).

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5 Schéma de la scène avec repérage des distances</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau 4 Dénomination des 17 luminaires testés (en grisé luminaires présentés ici)</caption><thead><tr><th rowspan="2">N°</th><th rowspan="2">Type de luminaire</th><th rowspan="2">Puissance (W)</th><th colspan="3">Position des plans de mesure</th></tr><tr><th>Plafond</th><th>Table</th><th>Mur</th></tr></thead><tbody><tr><td>1a</td><td>Lampe à poser halogène (gradateur maxi)</td><td>430</td><td>à 0,40 m</td><td></td><td>à 0,40 m</td></tr><tr><td>1b</td><td>Lampe à poser halogène (gradateur médi)</td><td>290</td><td>à 0,40 m</td><td></td><td>à 0,50 m</td></tr><tr><td>2a</td><td>Lampadaire halogène (gradateur maxi)</td><td>430</td><td>à 0,50 m</td><td>à 1,25 m</td><td>à 0,50 m</td></tr><tr><td>2b</td><td>Lampadaire halogène (gradateur médi)</td><td>340</td><td>à 0,50 m</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2c</td><td>Lampadaire halogène (gradateur mini)</td><td>70</td><td>à 0,50 m</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2d</td><td>Lampadaire halogène (gradateur maxi)</td><td>430</td><td></td><td>Plan incliné</td><td></td></tr><tr><td>3a</td><td>Lampadaire avec abat-jour</td><td>18</td><td>à 1,15 m</td><td></td><td>à 0,50 m</td></tr><tr><td>3b</td><td>Lampadaire avec abat-jour</td><td>18</td><td></td><td>Plan incliné</td><td></td></tr><tr><td>4</td><td>Lampe de chevet</td><td>60</td><td>à 1,50 m</td><td>à 0,30 m</td><td></td></tr><tr><td>5a</td><td>Lampe de bureau halogène TBT (maxi)</td><td>57</td><td></td><td>à 0,50 m</td><td>à 0,50 m</td></tr><tr><td>5b</td><td>Lampe de bureau halogène TBT (mini)</td><td>39</td><td></td><td>à 0,50 m</td><td>à 0,50 m</td></tr><tr><td>6</td><td>Lampe de bureau avec abat-jour</td><td>18</td><td>à 1,15 m</td><td>à 0,60 m</td><td></td></tr><tr><td>7a</td><td>Applique halogène</td><td>270</td><td>à 0,60 m</td><td>à 1,15 m</td><td>à 0,07 m</td></tr><tr><td>7b</td><td>Applique verre</td><td>60</td><td>à 0,60 m</td><td>à 1,15 m</td><td>à 0,00 m</td></tr><tr><td>7c</td><td>Applique opaque</td><td>100</td><td>à 0,60 m</td><td>à 1,15 m</td><td>à 0,00 m</td></tr><tr><td>7d</td><td>Applique globe</td><td>60</td><td>à 0,60 m</td><td>à 1,15 m</td><td>à 0,15 m</td></tr><tr><td>8a</td><td>Plafonnier halogène-verre</td><td>180</td><td>à 0,00 m</td><td>à 1,75 m</td><td>à 1,00 m</td></tr><tr><td>8b</td><td>Plafonnier vite ouvert</td><td>75</td><td>à 0,00 m</td><td>à 1,75 m</td><td>à 1,00 m</td></tr><tr><td>9a</td><td>Hublot 2 lampes (applique)</td><td>40</td><td>à 0,60 m</td><td>à 1,15 m</td><td></td></tr><tr><td>9b</td><td>Hublot 2 lampes (plafonnier)</td><td>40</td><td></td><td>à 1,75 m</td><td>à 1,00 m</td></tr><tr><td>10</td><td>Lustre 5 lampes</td><td>40</td><td>à 0,50 m</td><td>à 1,25 m</td><td>à 2,00 m</td></tr><tr><td>11</td><td>Suspension à éclairage indirect (halogène)</td><td>180</td><td>à 0,50 m</td><td>à 1,25 m</td><td>à 1,00 m</td></tr><tr><td>12a</td><td>Suspension réglable en hauteur (fluorescence globe)</td><td>18</td><td></td><td>à 0,90 m<br>à 1,25 m</td><td>à 2,00 m</td></tr><tr><td>12b</td><td>Suspension réglable en hauteur (incandescence globe)</td><td>60</td><td></td><td>à 0,90 m<br>à 1,25 m</td><td>à 2,00 m</td></tr><tr><td>13a</td><td>Japonais (fluorescence globe)</td><td>18</td><td>à 0,50 m</td><td>à 1,25 m</td><td>à 2,00 m</td></tr><tr><td>13b</td><td>Japonais (incandescence globe)</td><td>60</td><td>à 0,50 m</td><td>à 1,25 m</td><td>à 2,00 m</td></tr></tbody></table>
Les facteurs de réflexion lumineux des parois sont :

$ρ_{plafond}$ = 78 % (plaques de polystyrène)

$ρ_{mur}$ = 52 % (peinture grise)

$ρ_{table}$ = 28 % (nappe en tissu gris)

Ces valeurs correspondent à une combinaison de facteurs de réflexion couramment rencontrée dans l'habitat. Les surfaces prises en compte sont mates, permettant ainsi de passer des valeurs de luminances aux éclairements.

Si l'on applique la formule (1) :

— au plafond :

$$K_p = \pi/0,78 \text{ donc } E_p = 4L_p$$

— au mur :

$$K_m = \pi/0,52 \text{ donc } E_m = 6L_m$$

— au plan de la table :

$$K_t = \pi/0,28 \text{ donc } E_t = 11L_t$$

Les coefficients que l'on vient de déterminer ($K_p$, $K_m$ et $K_t$) sont indiqués en légende des images iso-luminances, pour chacun des luminaires présentés (voir figures 6 à 11).

## 4,2 calcul des éclairements sur des parois mates

Connaissant les luminances des parois mates, on calcule les éclairements en utilisant la relation :

$$\pi L = \rho E$$

$L$: luminance de la paroi en cd/m²

$E$: éclairement de la paroi en lux

$ρ$: facteur de réflexion diffuse de la paroi

On en déduit le coefficient $K$ qui permet de passer des luminances aux éclairements.

$$E = KL$$

avec $K = \pi/\rho$ (angle solide; unité stéradian).

## 4,3 analyse des ambiances lumineuses correspondant à quelques cas de luminaires

Cette étude aura permis de caractériser les ambiances lumineuses des dix-sept luminaires du tableau 4. On donne ici des résultats partiels, sur le mur ou sur la table pour six d'entre eux.

— Cas d'un éclairage indirect avec lampe aux halogènes (figure 6) : les valeurs des luminaires du mur, au-dessus du luminaire sont importantes mais pas réellement éblouissantes.

Si le luminaire est équipé d'un variateur, l'efficacité maximale de la lampe n'est atteinte que pour la valeur maximale de la puissance. Lorsque l'on divise la puissance consommée par 2, les éclairements correspondants sont divisés par 4 environ. Les éclairements varient à peu près comme le carré de la puissance.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6 Lampadaire halogène d'éclairage indirect (cf. tableau 4, 2a)
Valeurs des luminances (cd/m²) sur le mur situé à 0,50 m de la source
Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par $K = 6$</figcaption></figure>
- Cas d'un lampadaire équipé d'une lampe fluorescente compacte « 18 watts » (figure 7) : les valeurs des luminaires du mur sont faibles, dix à vingt fois plus faibles que celles dû cas précédent; mais la puissance consommée est presque vingt-cinq fois plus faible.

- Cas d'un plafonnier halogène avec verre diffuseur (figure 8) : les valeurs des luminances sur les murs

sont très inférieures à celles du lampadaire halogène d'éclairage indirect (figure 6). Les luminances sont plus proches de celles de la figure 7, mais avec une meilleure répartition. On notera (voir tableau 4) que les mesures ont été effectuées sur un mur situé à un mètre de la source, alors que, dans les deux premiers cas, le mur était seulement à cinquante centimètres. Une ambiance lumineuse différente correspond donc à chacun de ces trois luminaires.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 7 Lampadaire avec abat-jour (cf. tableau 4 : 3a)</figcaption></figure>

Valeurs des luminances (cd/m²) sur le mur situé à 0,50 m de la source

Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par K = 6

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 8 Plafonnier halogène-verre (cf. tableau 4 : 8a)</figcaption></figure>

Valeurs des luminances (cd/m²) sur le mur situé à 1,00 m de la source

Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par K = 6
- Cas d'une lampe de chevet (figure 9) : sur le plan horizontal du chevet, les valeurs des éclairements sont importantes (1 000 lux environ) dans les zones très proches du pied de la lampe. La décroissance des éclairements étant très rapide, c'est un objet lumineux qui pourra difficilement servir pour la lecture.

- Cas d'une lampe de bureau avec abat-jour (figure 10) : sur le plan horizontal de travail, les valeurs maximales des éclairements sont inférieures à celles du cas précédent (300 lux environ au pied de la lampe), mais la répartition bien meilleure permettra une vision confortable si un éclairage général du local vient apporter son complément.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 9 Lampe de chevet (cf. tableau 4 : 4)**
Valeurs des luminances (cd/m²) sur la table située à 0,30 m de la source
Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par K = 11</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 10 Lampe de bureau avec abat-jour (cf. tableau 4 : 6)**
Valeurs des luminances (cd/m²) sur la table située à 0,60 m de la source
Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par K = 11</figcaption></figure>
— Cas d'une lampe de bureau halogène Très Basse Tension (TBT) : sur le plan horizontal de travail, situé à 0,50 m du point lumineux, la répartition des éclairements est relativement homogène sur une zone bien dégagée (contrairement aux deux cas précédents). Le niveau moyen d'éclairement sur la tâche visuelle est de l'ordre de 5 à 600 lux.
L'analyse de la répartition des luminances dans l'environnement visuel doit donc être considéré comme une aide au choix de l'appareil d'éclairage.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 11 Lampe de bureau halogène TBT (cf. tableau 4 : 5a)
Valeurs des luminances (cd/m²) sur la table située à 0,50 m de la source
Pour obtenir les éclairements (lux) multiplier les valeurs des luminances par K = 11</figcaption></figure>
## 5 application à l'éclairage naturel – étude sur maquette en ciel artificiel

Le vidéo-luminancemètre utilisé en maquettoscope est un complément indispensable aux études sur maquette effectuées à Nantes dans le Ciel Artificiel. En figure 12, on trouve la répartition des luminances à l'intérieur d'une salle de classe comportant deux types d'ouverture :

- fenêtres verticales en façades;

- lanterneau horizontal dans la zone opposée aux fenêtres;

Cette disposition des ouvertures garantit un équilibre des luminances satisfaisant sur le mur pignon ; le complément fourni par le lanterneau est particulièrement efficace et le vidéo-luminancemètre permet très rapidement d'optimiser la surface éclairante qui ne doit pas être très importante.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 12 Valeurs des luminances en cd/m²</figcaption></figure>
# 6 conclusion

Pour les études d'éclairage naturel sur maquette éclairée en Ciel Artificiel, ce nouveau procédé de mesure des luminances, en passant par l'intermédiaire d'une échelle de niveaux de gris, est un outil de conception qui s'adresse tout particulièrement aux architectes, concepteurs, maîtres d'œuvre.

Cet outil présente l'avantage de pouvoir matérialiser en temps réel, sur un moniteur vidéo, les zones iso-luminances sur une paroi quelconque d'un projet architektural lors d'un travail sur maquette. Toute modification de la taille d'une ouverture, de son emplacement, du matériau verrier installé, etc. pourra être prise en compte par le système et l'impact des modifications sera visualisé en terme de luminances.

Pour les études d'éclairage artificiel en laboratoire, on a vu que le vidéo-luminancemètre est un dispositif très performant pour caractériser les ambiances lumineuses créées par un luminaire implanté dans son environnement.

Pour les études in situ en éclairage artificiel, naturel ou mixte, suivis ou diagnostics par exemple, on utilisera ce procédé d'enregistrement d'images qui seront traitées et analysées en laboratoire en vue soit de vérifier la qualité de l'éclairage du lieu, soit de déterminer les améliorations à apporter.