Éclairement énergétique

L’éclairement énergétique ou irradiance est un terme radiométrique qui quantifie la puissance d'un rayonnement électromagnétique frappant par unité de surface perpendiculaire à sa direction. C'est la densité surfacique du flux énergétique arrivant au point considéré de la surface. Dans le Système international d'unités, elle s’exprime en watts par mètre carré (W/m² ou W m⁻²). La grandeur d'émission associée est l'exitance.

Éclairement énergétique

Appareil de laboratoire équipé d'un contrôleur d'irradiance.

Données clés

Unités SI	watt par mètre carré
Dimension	M·T −3
Nature	Grandeur scalaire intensive
Symbole usuel	$E_{\mathrm {e} }$
Lien à d'autres grandeurs	$E_{v}$ = $K_{m}$ $E_{e}$

Irradiance spectrale solaire (distribution du rayonnement solaire).

La distribution hémisphérique de l'éclairement énergétique reçu sur un élément de surface est la luminance énergétique. L'équivalent en photométrie de l'éclairement énergétique est l'éclairement lumineux.

L'éclairement énergétique ne considère que l'énergie arrivant sur l'élément de surface, par opposition à l'énergie émise par cet élément, qui est l'exitance.

L'irradiance peut être mesuré à l'aide d'un albédomètre.

Photométrie

En photométrie l'éclairement qualifie communément la puissance du flux lumineux reçu par unité de surface. Voici quelques ordres de grandeur :

• l'éclairement solaire au sommet de l'atmosphère terrestre (constante solaire) est de 1 360,8 W m⁻². Cette puissance par unité de surface au sol est de l'ordre de 1 000 W m⁻² à midi solaire. L'effet d'une simple loupe permet d'atteindre un éclairement presque mille fois supérieur, égal à environ 1 MW m⁻² ou, dans une unité plus pratique, 100 W cm⁻². Il est capable d'enflammer un papier ou un corps organique fin et sec ;
• un banal stylo laser émet un flux lumineux cohérent d'environ 1 mW par une fine section circulaire de 2 mm de diamètre. Ce flux de photons peut être dangereusement focalisé par le récepteur oculaire performant qu'est l'œil humain en un point de 10 µm de diamètre, ce qui représente 167 fois la vision directe du Soleil ;
• un bistouri laser au CO₂, émettant à une longueur d'onde infrarouge de 10,6 µm, éclaire de 5 à 50 mW mm⁻², ce qui est suffisant pour découper en la chauffant légèrement une tranche de chair.

Détermination

L'éclairement d'une onde lumineuse monochromatique en question est déterminé par son champ électrique par :

$I\approx {\frac {c\,n\,\varepsilon _{0}}{2}}|E|^{2}$,

avec :

$E$, l'amplitude complexe de l'onde du champ électrique ;

$n$, l'indice de réfraction du milieu ;

$c$, la vitesse de la lumière dans le vide ;

$\varepsilon _{0}$, la permittivité du vide.

On considère dans cette formule que la susceptibilité magnétique est négligeable, c'est-à-dire que $\mu _{r}\approx 1$, où $\mu _{r}$ est la susceptibilité magnétique du rayon lumineux. Cette approximation est notamment valide pour une onde dans le spectre visible et dans un milieu transparent.

L'éclairement énergétique est également la moyenne temporelle de la composante du vecteur de Poynting perpendiculaire à la surface.

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Irradiance » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Bibliographie

• Alain Chiron de la Casinière, Le rayonnement solaire dans l'environnement terrestre, 264 p., éd. Publibook, 2003 (ISBN 9782748302424).
• Evelyn Gil, D'où vient la lumière Laser, coll. « Les Petites Pommes du Savoir », Le Pommier, 2006, 64 p.

Articles connexes

• Insolation/ensoleillement
• Solarisation