Définitions et formules.
Intensité et flux
Une source lumineuse d’intensité (I) égale à 1 candela (cd) génère dans l’angle solide unité1 un flux lumineux (Φ) égal à 1 lumen (lm).
1 Angle solide unité : angle d’un cône ayant pour sommet le centre d’une sphère d’un mètre de rayon et découpant sur celle-ci une calotte sphérique d’un mètre carré de surface ; l’unité de mesure d’un angle solide est le stéradian.
N.B. : Une candela représente approximativement l’intensité lumineuse d’une bougie.
Éclairement
Une surface située à une distance (R) égale à un mètre d’une source lumineuse d’intensité égale à 1 candela reçoit un éclairement (E) égal à 1 lux (lx), soit 1 lumen par mètre carré.
L’éclairement est proportionnel à l’intensité de la source lumineuse et inversement proportionnel au carré de la distance la séparant de celle-ci ; mesuré en un point, l’éclairement d’une surface varie selon son orientation par rapport à la source lumineuse.
La formule permettant de calculer l’éclairement d’une surface est donnée par la relation suivante :
E = I ÷ R2 × cos α
Légende :
- E : éclairement, exprimé en lux (lx)
- I : intensité, exprimée en candelas (cd)
- R : distance de la source lumineuse au point de mesure, exprimée en mètres (m)
- α : angle formé par la surface et la normale à la droite joignant le point de mesure à la source lumineuse
Valeurs de référence :
- 0,001 lux : clair de lune
- 50 000 lux : éclairement moyen par beau temps
- 120 000 lux : Éclairement maximum donné par le soleil au zénith à l’équateur
Luminance
La luminance (L) d’une surface exprime l’intensité de la lumière réfléchie par celle-ci ; la luminance d’une surface dépend de son éclairement (E) et de sa réflectance (r) définie par le rapport lumière réfléchie / lumière incidente.
L’unité légale de mesure de la luminance est la candela par mètre carré (cd/m2) ; la formule permettant de calculer la luminance d’une surface est donnée par la relation suivante :
L = E × r ÷ π
- L : luminance, exprimée en candela par mètre carré (cd/m2)
- E : éclairement, exprimé en lux (lx)
- r : réflectance, exprimée en %
En photographie, la réflectance d’une surface gris neutre est égale à 18%.
Voir aussi : Législation relative à l’éclairement des lieux de travail.
Lumination
La lumination – ou exposition – est égale au produit de l’éclairement par la durée du temps d’exposition.
La lumination s’exprime en lux par seconde (lx-s).
Détermination de l’exposition
En photographie, l’exposition est souvent exprimée par un indice de lumination (IL) déterminant un ensemble de couples de valeurs {ouverture relative, temps de pose} équivalents.
Pour un capteur numérique de sensibilité ISO (S) connue, l’indice de lumination (IL) pour lequel l’exposition sera correcte, peut être estimé à partir de la moyenne des luminances (L) du sujet, ou de son éclairement (E) – compte tenu d’une réflectance (r) égale à 18% pour un « gris neutre » – selon les formules suivantes :
IL = log2 (L × S ÷ K)
IL = log2 (E × S × r ÷ K ÷ π)
Définitions :
- IL : indice de lumination
- S : sensibilité ISO
- L : luminance exprimée en candela par mètre carré (cd/m2)
- E : éclairement, exprimé en lux (lx)
- K : constante d’étalonnage des posemètres, égale à 11,4
- r : réflectance, égale à 18% pour un gris neutre
Le tableau ci-dessous donne, en fonction de l’éclairement ou de la luminance du sujet et de la sensibilité ISO, les indices de lumination correspondants.
| Éclairement (lux) | Luminance (cd/m2) | 100 ISO | 200 ISO | 400 ISO | 800 ISO | 1600 ISO |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 0,11 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 4 | 0,23 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 8 | 0,46 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 16 | 0,91 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 32 | 1,8 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 64 | 3,6 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 130 | 7,3 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 250 | 15 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 510 | 29 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 000 | 58 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 2 000 | 120 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 4 100 | 230 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 8 100 | 470 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 16 000 | 930 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 33 000 | 1 900 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 65 000 | 3 700 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| 130 000 | 7 500 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 260 000 | 15 000 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
| 520 000 | 30 000 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
Le tableau suivant donne, en fonction des indices de lumination (IL), les couples de valeurs {ouverture relative, temps de pose} équivalents du point de vue de l’exposition.
| IL | f/1 | f/1.4 | f/2 | f/2.8 | f/4 | f/5.6 | f/8 | f/11 | f/16 | f/22 | f/32 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | ||||||||||
| 1 | 2 | 1 | |||||||||
| 2 | 4 | 2 | 1 | ||||||||
| 3 | 8 | 4 | 2 | 1 | |||||||
| 4 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | ||||||
| 5 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | |||||
| 6 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | ||||
| 7 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | |||
| 8 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | ||
| 9 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 | |
| 10 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 11 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | 2 | |
| 12 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | 4 | ||
| 13 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | 8 | |||
| 14 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | 15 | ||||
| 15 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | 30 | |||||
| 16 | 1000 | 500 | 250 | 125 | 60 | ||||||
| 17 | 1000 | 500 | 250 | 125 | |||||||
| 18 | 1000 | 500 | 250 |
Exemple : pour un indice de lumination (IL) égal à 13, on obtient les couples équivalents : 1/1000e de seconde à f:2,8, 1/500e de seconde à f:5,6, etc.