Efficacité lumineuse d'une source

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L'efficacité lumineuse d'une source est le rapport entre le flux lumineux émis par cette source lumineuse et la puissance absorbée par la source^[1],[2]. Elle s'exprime en lumens par watt (lm/W) dans le Système international d'unités.

Si l'on note P la puissance reçue par la source, le plus souvent sous forme électrique, et ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$ le flux lumineux émis, alors L'efficacité lumineuse d'une source ${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }}$ vaut par définition :

${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{P}}}$.

Elle donne une information sur les performances d'une source lumineuse. Les fabricants indiquent couramment sa valeur parmi les données techniques des lampes. Certains auteurs^[3],[4] utilisent aussi le terme de rendement lumineux pour désigner cette efficacité.

L'efficacité lumineuse d'une source possède en général deux contributions principales :

• le rendement énergétique de la source, noté ${\displaystyle \rho }$. Il exprime le fait que toute la puissance reçue n'est pas convertie en rayonnement, mais qu'une partie est perdue en chaleur (conduction et convection) :

${\displaystyle \rho ={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }}{P}}}$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }}$ est le flux énergétique émis. Rapport de deux puissances, il s'agit d'une grandeur sans dimension ;

• l'efficacité lumineuse du rayonnement, notée ${\displaystyle K}$. Elle exprime le fait qu'une partie seulement du rayonnement est perçue sous forme de flux lumineux, le reste étant une nouvelle perte sous forme de rayonnement invisible pour l'œil :

${\displaystyle K={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{\Phi _{\mathrm {e} }}}}$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }}$ est le flux lumineux émis. Lorsque la source n'est pas monochromatique mais que sa longueur d'onde appartient à un domaine étendu, le flux énergétique vaut :

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda }$

où ${\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )}$ est la densité spectrale de flux énergétique. Le flux lumineux vaut lui, selon la loi d'Abney :

${\displaystyle \Phi _{\mathrm {v} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {v} ,\lambda }(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda =K_{\mathrm {m} }\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }(\lambda )V(\lambda )\,\mathrm {d} \lambda }$

où ${\displaystyle V(\lambda )}$ est la fonction sans dimension d'efficacité lumineuse spectrale exprimant la sensibilité de l'œil humain aux différentes longueurs d'onde, par rapport au maximum, ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$, qui vaut environ 683 lm/W en vision photopique.

Globalement, l'efficacité lumineuse d'une source est le produit de ces deux contributions : ${\displaystyle \eta _{\mathrm {v} }=\rho \cdot K}$.

Les valeurs de l'efficacité lumineuse des sources varient considérablement en fonction de la technologie, de la puissance et de la couleur de la lumière.

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