Lumière : notions et indicateurs de qualité

La qualité de la lumière produite peut être envisagée sous bien des aspects, qui sont d’ailleurs traités à différents niveaux sur ce site :
– d’une part comme le résultat de l’éclairage mis en place, ce qui est traité notamment par la norme d’éclairage intérieur avec des notions comme l’éclairement, l’uniformité, la luminance, l’UGR, les contrastes, le modelé
– d’autre part en ce qui concerne la lumière en elle même avec des notions et des mesures comme le rendu des couleurs, l’IRC mais également des notions expliquées ci-dessous comme la température de couleur proximale, les ellipses de McAdam avec SDCM.

Température de couleur et température de couleur proximale

A cause des compositions très variées des spectres électromagnétiques de la lumière blanche (qui dépendent des sources comme expliqué ici), la lumière blanche propose une variété infinie de subtilités (par exemple blanc tirant plus tôt vers l’orangé – blanc chaud – ou vers le bleu – blanc froid -) qu’il est nécessaire de préciser et codifier pour que l’ensemble des acteurs soient sûr de parler d’une lumière aux propriétés identiques. La température de couleur proximale (ou corrélée) d’une source de lumière est cet indicateur.

La lumière blanche émise par une source est comparée à celle d’un corps noir théorique, qui, en fonction de sa température, émet de la lumière blanche allant en chauffant du blanc chaud au blanc froid, voir schéma ci-dessous. Cette courbe est très pratique puisqu’elle propose une référence commune, un point de repère pour comparer les différentes lumières blanches : la correspondance entre la température du corps noir et la couleur associée permet de définir le concept de température de couleur.

Définitions

– Température de couleur : température d’un corps noir idéal dont la chromaticité est celle d’un objet ou d’une lumière donnée. Elle est exprimée en degré Kelvin.
– Température de couleur proximale (ou température de couleur corrélée) : température d’un corps noir idéal donc la couleur perçue est la plus proche de l’objet ou de la lumière observée. La température de couleur proximale est couramment utilisée car dans les faits, rares sont les sources à avoir des spectres équivalents aux corps noirs. Elle est également exprimée en degré Kelvin.

Dans le diagramme de chromaticité CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) ci-dessous, apparaissent clairement :
– la forme de fer à cheval extérieur correspond au spectre visible avec les longueurs d’onde associées écrites en bleu
– la courbe noire au centre ainsi que les nombres associés correspondent à la couleur d’un corps noir dont la température est indiquée, il s’agit donc de la température de couleur
– les segments qui viennent couper cette dernière courbe proposent des lignes où la température de couleur proximale est identique

lumiere-temperature_proximale

Sur le schéma ci-dessous, des aires sont définies de manière plus précise en ce qui concerne la température de couleur proximale.

lumiere-aire_ellipse

Ellipse de McAdam et SDCM

Un autre concept est particulièrement utilisé pour les LED qui ont des caractéristiques très variables en sortie de production et qui nécessite donc un tri spécifique appelé binning. Ce binning est essentiel pour avoir une homogénéité du flux lumineux et de la tension directe mais également pour générer des couleurs suffisamment proches.

Le concept d’ellipse de McAdam – qui permet de définir des espaces colorimétriques d’un même aspect dans le diagramme CIE 1931 – est donc particulièrement utile et pratique, voir ci-dessous. Les ellipses de McAdam sont définies pour la lumière blanche mais également pour la couleur, et des extensions en 3D ont également été développées avec des ellipsoïdes pour couvrir l’ensemble de l’espace colorimétrique.

Définition

Ellipse de McAdam : zone du diagramme de chromaticité CIE 1931 en forme d’ellipse où la couleur située au centre de l’ellipse ne peut être distinguée de toutes les autres couleurs contenues dans l’ellipse (zone de confusion colorimétrique visuelle). La taille de l’ellipse permet de déterminer la zone dans laquelle une couleur peut varier, soit à l’état initial, soit à maintenir : plus la taille est faible, plus étroite sera la tolérance chromatique.

Exemples d’ellipse de McAdam :

lumiere-ellipse_macadam

Enfin, un dernier concept, le SDCM (Standard Deviation Colour Matching) permet de caractériser la taille de l’ellipse de McAdam. Le SDCM est un chiffre compris entre 1 et 8 et plus le chiffre est petit, plus l’ellipse aura des dimensions faibles et plus étroite sera la tolérance chromatique.

Les LED de qualité sur le marché proposent un SDCM 3 ou 4.

lumiere-ellipse_SDCM

Code photométrique

Un standard efficace a vu le jour pour résumer les caractéristiques photométriques d’une source :

1er chiffre 2 et 3ème chiffre 4ème chiffre 5ème chiffre 6ème chiffre
Définition Dizaine du Ra de l’IRC Millier et centaine de la température de couleur SDCM initial SDCM à 25% de la durée de vie (maximum 6 000 h) Dizaine du % flux lumineux après 25% de la durée de vie (maximum 6 000 h) par rapport au flux lumineux initial
Exemple 7 45 3 5 9
Signification Ra de l’IRC compris entre 70 et 79 Température de couleur de 4 500 °K Taille de l’ellipse de Mc Adam à l’allumage de 3 Taille de l’ellipse de Mc Adam à 25% de la durée de vie (maximum 6 000 h) de 5 Flux initial maintenu après 25% de la durée de vie (maximum 6 000 h) supérieur à 90%

Accueil – Lumière : Théorie – Types de sources – Normes et règlements – Définitions