Examine la physique et la perception de l'éclairage de scène, en retraçant les théories historiques de la lumière et en expliquant les unités photométriques, l'optique (réflexion, réfraction, loi de l'inverse du carré) et la réponse visuelle humaine, avec des conseils pratiques pour les concepteurs, les techniciens et les chorégraphes afin de créer des images scéniques plus claires et plus cohérentes
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Vladimir Lukasevich (1956–2014) était un éclairagiste exceptionnel qui s'est consacré à la scénographie et au travail avec la lumière. Ce texte est le résultat de ses recherches méticuleuses et de son expérience scénique généralisée.
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Le texte présenté est destiné à un usage éducatif.
Puisse la mémoire de cet artiste talentueux continuer à vivre dans ses œuvres et inspirer une nouvelle génération de professionnels du théâtre.
Cette section, Partie 2 : Physique et Perception, explique les fondations physiques et perceptuelles de la vision scénique. Elle guide le lecteur à travers la nature et l'histoire de la lumière (théories corpusculaire vs. ondulatoire, théorie électromagnétique), les grandeurs photométriques utilisées dans le travail d'éclairage (flux lumineux, intensité, illuminance, luminance, exitance), et les lois optiques pratiques (réflexion, réfraction, transmission, loi de l'inverse du carré)
Elle relie les mesures physiques à la perception humaine et donne des exemples pratiques pertinents pour l'éclairage scénique (par exemple, l'éclairage latéral pour la danse)
Le texte signale également les figures et équations qui doivent être insérées textuellement depuis l'original et se termine par des références et des notes de traducteur/rédacteur sur la terminologie et les écueils potentiels
Nous avons déjà dit que, tout comme un sculpteur révèle une composition en supprimant l'inutile d'un bloc de pierre, un concepteur lumière, en extrayant des objets et des figures de l'obscurité, révèle une composition scénique au public. En ce sens, l'éclairage de scène crée une “vision scénique.” Ce processus de “vision scénique” est multi-étapes et complexe, et toutes ses étapes ne sont pas clairement comprises ou exhaustivement étudiées. Après tout, à ce jour, la nature de la lumière n'est pas traitée de manière univoque : comme compromis entre des théories concurrentes, elle est acceptée comme présentant une “dualité onde-particule.”
Si nous décomposons le processus de “vision scénique” en ses composantes, nous obtenons la séquence suivante : une source lumineuse émet de l'énergie lumineuse ; cette énergie, après avoir réfléchi sur les surfaces situées sur la scène et réfracté dans l'œil, atteint la rétine.
La rétine transforme l'énergie reçue en impulsions électriques via un mécanisme photochimique ; ces impulsions voyagent le long du nerf optique vers le cerveau, qui à son tour ne fait pas que simplement lire ces signaux — il les interprète d'une manière spécifique. Il est très important de comprendre que ces étapes ne sont pas connectées de manière strictement linéaire. Le simple fait que l'image formée sur notre rétine soit inversée, mais que nous la percevions néanmoins correctement, démontre que les signaux entrants sont interprétés par le cerveau à un niveau inconscient. Il s'agit d'un petit mais révélateur exemple; ci-dessous, nous discutons des caractéristiques de la perception plus en détail. Pour l'instant, il est important de noter que chaque étape de la vision dépend du mécanisme de cette étape. Une source lumineuse émet de l'énergie qui, dans notre contexte, est transformée de nombreuses manières avant d'atteindre l'œil du spectateur, régie par des lois physiques — réflexion, réfraction, transmission, diffraction, etc. — puis, en atteignant l'œil, elle est transformée selon les particularités physiologiques de la vision, et ensuite, elle est également interprétée par le cerveau, en tenant compte non seulement de l'expérience psychologique mais, comme nous le verrons plus tard, sociale de la personne que nous appelons le spectateur. Il est probablement impossible pour un concepteur d'éclairage d'étudier en profondeur chaque facette de la psychophysiologie de la perception visuelle — c'est le travail d'autres professions — mais la connaissance des lois principales et des caractéristiques de la chaîne complète du processus de “vision scénique” permettra à un concepteur de prendre des décisions meilleures et plus précises dans la recherche des moyens pour atteindre leurs objectifs.
Les premières notions sur la nature de la lumière sont apparues parmi les penseurs grecs et égyptiens anciens. Avec l'invention et l'amélioration des instruments optiques (miroirs paraboliques, microscope, télescope), ces notions ont évolué et se sont transformées.
À la fin du XVIIe siècle, deux théories de la lumière ont émergé : la théorie corpusculaire (Isaac Newton) et la théorie ondulatoire (Robert Hooke et Christiaan Huygens).
Selon la théorie corpusculaire, la lumière est un flot de particules (corpuscules) émises par des corps lumineux. Newton croyait que le mouvement des corpuscules de lumière obéissait aux lois de la mécanique. Ainsi, la réflexion de la lumière était comprise de manière analogue à la réflexion d'une balle élastique sur une surface plane. La réfraction était expliquée comme un changement de vitesse des corpuscules lorsqu'ils passent d'un milieu à un autre. Pour le cas de la réfraction à la limite vide-milieu, la théorie corpusculaire conduisait à une formulation de la loi de la réfraction qui impliquait une relation entre la vitesse de la lumière dans le vide (c) et la vitesse de la lumière dans le milieu (v).
La théorie ondulatoire, contrairement à la théorie corpusculaire, traitait la lumière comme un phénomène ondulatoire, similaire aux ondes mécaniques. La base de la théorie ondulatoire était le principe de Huygens : chaque point atteint par une onde devient le centre de vibrations secondaires, et l'enveloppe de ces vibrations donne la position du front d'onde à l'instant suivant. En utilisant le principe de Huygens, les lois de la réflexion et de la réfraction ont été expliquées.
Dans le cas de la réfraction à la frontière vide-milieu, la théorie ondulatoire a conduit à une conclusion différente concernant la relation entre v et c. La loi de la réfraction dérivée de la théorie ondulatoire était en conflit avec le résultat de Newton : la théorie ondulatoire prédisait v < c, tandis que la théorie corpusculaire prédisait v > c.
Ainsi, au début du XVIIIe siècle, il y avait deux approches opposées pour expliquer la nature de la lumière : la théorie corpusculaire de Newton et la théorie ondulatoire de Huygens. Les deux expliquaient la propagation rectiligne de la lumière et les lois de la réflexion et de la réfraction. Tout le XVIIIe siècle a été un siècle de lutte entre ces théories. Cependant, au début du XIXe siècle, la situation a fondamentalement changé. La théorie corpusculaire a été rejetée et la théorie ondulatoire a triomphé. Beaucoup de crédit pour cela revient au physicien anglais Thomas Young et au physicien français Augustin-Jean Fresnel, qui ont étudié l'interférence et la diffraction. Une explication complète de ces phénomènes ne pouvait être donnée que sur la base de la théorie ondulatoire. Une confirmation expérimentale significative de la théorie ondulatoire est venue en 1851, lorsque Jean Foucault a mesuré la vitesse de la lumière dans l'eau et a obtenu une valeur montrant v < c.
Bien qu'à la mi-XIXe siècle la théorie ondulatoire ait été généralement acceptée, la question de la nature des ondes lumineuses restait non résolue.
Dans les années 1860, James Clerk Maxwell a établi les lois générales du champ électromagnétique, ce qui l'a amené à conclure que la lumière est une onde électromagnétique Une confirmation importante de ce point de vue a été la coïncidence de la vitesse de la lumière dans le vide avec la valeur dérivée des constantes électromagnétiques
La nature électromagnétique de la lumière a été confirmée par les expériences de Heinrich Hertz sur les ondes électromagnétiques (1887–1888). Au début du vingtième siècle, après les expériences de Peter N. Lebedev mesurant la pression de la lumière (1901), la théorie électromagnétique de la lumière est devenue fermement établie
Un rôle essentiel dans la clarification de la nature de la lumière a été joué par la détermination expérimentale de sa vitesse. À partir de la fin du XVIIe siècle, de nombreuses tentatives ont été faites pour mesurer la vitesse de la lumière par diverses méthodes (méthodes astronomiques telles que celles utilisées par Ole Rømer et méthodes par Armand Fizeau, Albert A. Michelson). Les techniques laser modernes permettent de mesurer la vitesse de la lumière avec une précision extrêmement élevée basée sur des mesures indépendantes de la longueur d'onde λ et de la fréquence ν (c = λ · ν). Cette approche a donné une valeur dont la précision dépasse les résultats antérieurs de plus de deux ordres de grandeur
La lumière joue un rôle extraordinairement important dans nos vies. La grande majorité des informations sur le monde environnant parvient à un être humain par la lumière. En optique — la branche de la physique traitant de la lumière — le terme « lumière » se réfère généralement non seulement à la lumière visible mais aussi aux gammes adjacentes du spectre électromagnétique : infrarouge (IR) et ultraviolet (UV). Physiquement, la lumière ne diffère pas fondamentalement du rayonnement électromagnétique dans d'autres gammes spectrales — les portions du spectre diffèrent seulement par la longueur d'onde λ et la fréquence ν
Pour mesurer les longueurs d'onde dans la gamme optique, nous utilisons les unités nanomètre (nm) et micromètre (µm)
1 nm = 10⁻⁹ m = 10⁻⁷ cm = 10⁻³ µm
La lumière visible occupe environ 400 nm à 780 nm, ou 0.40 µm à 0.78 µm
La théorie électromagnétique de la lumière a expliqué de nombreux phénomènes optiques tels que l'interférence, la diffraction, la polarisation, etc. Cependant, cette théorie n'a pas complété notre compréhension de la lumière. Au début du XXe siècle, il est devenu clair que la théorie électromagnétique seule ne pouvait pas expliquer les phénomènes à l'échelle atomique qui se produisent lorsque la lumière interagit avec la matière. Expliquer des phénomènes tels que le rayonnement du corps noir, l'effet photoélectrique et l'effet Compton a nécessité l'introduction de concepts quantiques. La science est revenue à l'idée de corpuscules — quanta de lumière. Le fait que la lumière montre des propriétés ondulatoires dans certaines expériences et des propriétés de particules dans d'autres signifie que la lumière a une nature duale complexe, communément caractérisée comme la dualité onde-particule
Une mesure photométrique fondamentale est le flux lumineux, noté par la lettre F.
Le flux lumineux est une mesure de la puissance rayonnante pondérée par la sensibilité spectrale de l'œil humain ; il est défini comme la quantité d'énergie lumineuse passant à travers une unité de surface par unité de temps.
Un lumen est défini comme 1/683 d'un watt de rayonnement monochromatique de fréquence correspondant à une longueur d'onde de 555 nm, ce qui est au sommet de la fonction d'efficacité lumineuse photopique (la sensibilité spectrale de l'œil humain dans des conditions bien éclairées). La valeur 1/683 a été établie historiquement lorsque les sources de lumière conventionnelles ont été comparées aux bougies, et elle a depuis été codifiée par des accords internationaux.
L'unité de flux lumineux est le lumen (lm) (latin — “lumière”) : 1 lm est le flux lumineux émis par une source ponctuelle avec une intensité lumineuse de 1 candela dans un angle solide de 1 stéradian (en supposant une distribution uniforme dans cet angle solide) : 1 lm = 1 cd × 1 sr.
Si nous prenons une source ponctuelle émettant uniformément dans toutes les directions et plaçons une petite surface A sur le trajet de l'onde venant de cette source, nous pouvons mesurer l'énergie passant à travers la surface A en un temps t.
L'énergie par unité de temps est appelée puissance rayonnante, ou flux radiant. La puissance de l'énergie lumineuse est caractérisée par le flux lumineux.
Exemples — flux lumineux de certaines sources de lumière :
La lumière provenant de sources — qu'il s'agisse d'une simple allumette ou d'une lampe électrique moderne — se diffuse généralement de manière plus ou moins uniforme dans toutes les directions. Cependant, en utilisant des miroirs ou des lentilles, nous pouvons diriger la lumière et la concentrer dans une région particulière de l'espace. Cette portion de l'espace est caractérisée par un angle solide. Bien que le concept d'angle solide n'ait pas de lien linguistique direct avec la lumière, il est si largement utilisé en ingénierie de l'éclairage qu'il est indispensable.
Un angle solide est une portion de l'espace délimitée par une surface conique dont le sommet est au point de la source lumineuse.
La mesure d'un angle solide avec son sommet au centre d'une sphère est le rapport de la superficie de la surface sphérique qu'il sous-tend au carré du rayon de la sphère.
L'unité de l'angle solide est le stéradian (sr).
1 sr est l'angle solide qui sous-tend une superficie sur la sphère égale au carré du rayon de la sphère. Un cône avec un angle solide de 1 sr a un angle au sommet d'approximativement 65,5°. L'unité de l'angle solide est le stéradian (sr).
Si une source est ponctuelle et rayonne dans toutes les directions, son angle solide total est déterminé par la surface totale de la sphère. (Les unités de longueur et de superficie utilisées dans le calcul doivent être cohérentes.)
Considérons combien de flux lumineux tombe dans un angle solide unitaire:
Le flux lumineux par unité d'angle solide, lorsque le flux est uniformément distribué dans cet angle solide, est appelé l'intensité lumineuse de la source (I).
L'analogue radiométrique — l'intensité rayonnante — est défini de manière similaire. Pour une source ponctuelle dont les dimensions sont négligeables par rapport à la distance jusqu'au point d'observation, l'intensité rayonnante énergétique I_e est égale au rapport du flux radiant Φ_e à l'angle solide Ω dans lequel le rayonnement est distribué:
I_e = Φ_e / Ω
L'unité d'intensité rayonnante est le watt par stéradian (W/sr)
La grandeur photométrique intensité lumineuse est la densité spatiale du flux lumineux dans une direction donnée.
L'unité d'intensité lumineuse est la candela (cd) (du latin candela — “bougie”).
1 cd correspond à l'intensité lumineuse d'une source ponctuelle qui émet un flux lumineux de 1 lm uniformément distribué à l'intérieur d'un angle solide de 1 sr. En 1948, la Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) a introduit une norme lumineuse basée sur un émetteur spécial dans lequel le platine est chauffé et fondu par des courants haute fréquence. La candela est définie par l'intensité lumineuse d'un tel émetteur dans la direction perpendiculaire d'une surface de 1/600 000 m² à la température de congélation du platine T = 2045 K et à la pression standard 101325 Pa.
Historiquement, la bougie (cd) a servi d'unité principale d'intensité lumineuse; une bougie de spermaceti avait une intensité de ≈ 1.005 cd.
Le flux lumineux total émis dans toutes les directions caractérise une source émettrice et ne peut pas être augmenté par les systèmes optiques - ils ne font que redistribuer le flux, en concentrant plus dans certaines directions tout en le réduisant dans d'autres. C'est ainsi que les projecteurs augmentent l'intensité lumineuse le long de leur axe tout en utilisant des sources d'intensité plus modeste.
Dans la pratique, nous traitons des sources réelles dont la distribution de flux n'est pas uniforme dans toutes les directions (par exemple, les projecteurs, les lampes de poche ou les lampes à incandescence avec un fond réfléchissant). Par conséquent, l'intensité lumineuse de tout émetteur ponctuel doit être spécifiée avec direction
Souvent, la distribution de l'intensité lumineuse d'une source est représentée graphiquement. La distribution spatiale de l'intensité lumineuse est déterminée de manière unique par le corps photométrique — la partie de l'espace délimitée par la surface à travers les extrémités des vecteurs de rayon d'intensité lumineuse. Si nous coupons le corps photométrique avec un plan passant par l'origine, nous obtenons la courbe de distribution d'intensité (également appelée courbe de distribution de lumière, ou CDL) pour ce plan sous forme de diagramme polaire planaire
Dans un système de coordonnées cartésiennes, l'axe horizontal représente les angles relatifs à l'axe d'émission maximale; l'axe vertical représente l'intensité lumineuse. Dans les coordonnées polaires, l'axe d'intensité maximale est vertical et les angles sont mesurés à partir de celui-ci. Des lignes d'égale intensité forment des cercles concentriques; les valeurs d'intensité mesurées à chaque angle sont tracées puis connectées pour former la forme caractéristique en « pétale ».
Un système de coordonnées linéaire est adapté aux sources ayant de petits angles solides (c'est-à-dire, faisceaux étroits, tels que les projecteurs) où l'échelle horizontale peut être limitée (par exemple, de −20° à +20° au lieu de −90° à +90°). Si une source est asymétrique — comme c'est le cas avec une longue lampe linéaire — des LDC pour deux plans (vertical et horizontal) sont donnés. Ensuite, le graphique spatial en « pétale » devient elliptique en coupe transversale.
L'éclairement est le flux lumineux incident sur une surface par unité de surface. Si un flux lumineux Φ tombe sur une aire S, l'éclairement moyen E de cette aire (noté E) est égal à E = Φ / S. L'unité d'éclairement est le lux (lx).
1 lx est l'éclairement produit par un flux de 1 lm uniformément distribué sur une surface de 1 m².
Si le flux lumineux d'une source ponctuelle est Φ et qu'il tombe à une distance r sur une surface orientée à un angle θ par rapport à la direction de la lumière, alors pour une source ponctuelle, l'éclairement E est donné par la relation de l'inverse du carré combinée avec le cosinus de l'incidence:
E = I · cos θ / r²
Si plusieurs sources illuminent une surface depuis différentes directions, l'éclairement total en un point est la somme des éclairements de chaque source:
E = E₁ + E₂ + E₃ + … + Eₙ.
C'est la loi de l'additivité: l'éclairement total est égal à la somme algébrique des contributions de toutes les sources.
Éclairements produits par des sources naturelles (approximatif) :
Supposons que l'éclairement à un bureau soit de 100 lx. Sur le bureau se trouvent des feuilles de papier blanc, un dossier noir et un livre avec une couverture grise. L'éclairement de tous ces objets est le même, pourtant l'œil perçoit le papier comme plus clair que le livre, et le livre comme plus clair que le dossier. C'est-à-dire que notre œil ne juge pas la clarté des objets uniquement par l'éclairement, mais par une autre quantité — la luminance.
La luminance d'une surface S dans une direction donnée est le rapport de l'intensité lumineuse émise par cette surface dans cette direction à la surface de la projection de cette surface sur un plan perpendiculaire à la direction choisie. La surface de projection est égale à la surface réelle multipliée par le cosinus de l'angle entre la surface et le plan de projection. Alors que le flux lumineux, l'intensité lumineuse et l'éclairement ont des noms d'unités spéciaux (lumen, candela, lux), l'unité de luminance est simplement la candela par mètre carré (cd/m²) — parfois appelée familièrement un « nit » dans la littérature plus ancienne. Le SI utilise cd/m² pour la luminance.
Qu'est-ce qui détermine la luminance des objets ? De nombreuses sources pratiques ne sont pas ponctuelles, et leurs dimensions sont visibles ; pour ces sources, nous utilisons le concept de luminance de source. Le concept de luminance s'applique également aux surfaces réfléchissantes et aux écrans, qui peuvent être traités comme des sources, à condition que l'intensité lumineuse soit déterminée en tenant compte des propriétés réfléchissantes des surfaces.
La luminance varie selon la direction pour une source donnée — elle caractérise l'émission dans une direction particulière.
Pour une surface réfléchissante diffuse (mate), la luminance est simplement liée à l'illuminance par :
L = ρ · E / π,
où ρ est la réflectance (la fraction de flux incident réfléchie par la surface).
La luminance est la seule grandeur photométrique perçue directement par l'œil ; en l'absence d'absorption dans le milieu de propagation, la luminance ne dépend pas de la distance.
La relation reliant la luminance d'un objet L, l'illuminance E_œil produite par cet objet sur la pupille de l'œil, et l'angle solide Ω sous lequel l'objet est vu par l'œil peut être écrite :
L = E_œil / Ω.
Ainsi, lorsque l'œil s'éloigne d'un objet, l'illuminance E_œil sur la pupille diminue, et l'angle solide Ω sous lequel l'objet est vu diminue également, mais la luminance L de l'objet reste inchangée.
Luminances typiques (ordre de grandeur) :
L'exitance lumineuse (M) caractérise le flux lumineux quittant une surface lumineuse par unité de surface
L'exitance lumineuse est numériquement égale au flux lumineux émis par une petite surface considérée (un élément d'égale luminance) divisé par la surface de cet élément
L'unité de l'exitance lumineuse est le lumen par mètre carré (lm/m²), ce qui est dimensionnellement identique au lux. Une définition couramment utilisée prend pour unité l'exitance lumineuse d'une surface qui émet 1 lm par m²
Dans un milieu homogène et transparent, les rayons lumineux sont des lignes droites.
La propagation rectiligne de la lumière est illustrée par la formation d'ombres. Si un objet opaque se trouve sur le chemin des rayons lumineux, alors :
Cela produit une ombre géométrique. Comme la lumière se propage de manière rectiligne, la forme de l'ombre géométrique ressemblera au contour de l'objet.
Plus les dimensions de la source lumineuse sont petites, plus le contour de l'ombre sur un écran ou une toile de fond est net et clair. Pour des sources plus grandes, l'ombre devient floue, car les rayons provenant de différents points de la source produisent des ombres légèrement décalées dont la superposition donne un bord plus doux.
Les rayons lumineux se croisent sans s'affecter ; chaque rayon illumine l'espace indépendamment.
1. Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale à la surface réfléchissante au point d'incidence sont tous situés dans le même plan.
2. L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence : α = β.
Coefficient de réflexion — le rapport du flux lumineux réfléchi par une surface au flux lumineux incident sur celle-ci provenant d'une source lumineuse ou d'un luminaire donné. Plus le coefficient de réflexion est élevé, plus la surface apparaît lumineuse. Dans l'exemple du bureau ci-dessus, le papier a une réflectance plus élevée que la couverture du livre, qui à son tour a une réflectance plus élevée que le dossier. La réflectance dépend à la fois des propriétés du matériau et de la finition de la surface.
La réflexion peut être directionnelle (spéculaire) ou diffuse dans un certain angle solide. Prenez du papier blanc ordinaire : il apparaît aussi brillant sous n'importe quel angle de vue, c'est-à-dire que sa luminance est approximativement la même pour toutes les directions — c'est une réflexion diffuse.
La réflexion diffuse ou dispersée se produit à partir de papier mat, de la plupart des tissus, de peintures mates, de badigeon, de métaux rugueux, etc. Si nous polissons une surface métallique rugueuse, son caractère de réflexion change : si elle est très bien polie, toute la lumière entrante se réfléchit dans une seule direction et l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence — c'est une réflexion spéculaire. Les réflexions spéculaire et diffuse sont les deux extrêmes ; des cas intermédiaires (réflexion directionnellement diffusée ou mixte) se produisent pour les métaux mal polis, la soie, le papier brillant et le verre dépoli.
Pour les surfaces réfléchissant de manière diffuse, la luminance est liée à l'éclairement par la relation simple :
L = ρ · E / π.
Pour les surfaces directionnellement diffusées ou mixtes, on a besoin des indicatrices de réflexion réelles (fonctions de distribution bidirectionnelle de la réflectance — BRDF) pour prédire la luminance.
Les quatre grandeurs photométriques décrites ci-dessus — flux lumineux, intensité lumineuse, éclairement et luminance — sont essentielles pour comprendre le comportement des sources lumineuses et des luminaires. Mais pour caractériser pleinement les propriétés photométriques des matériaux, il faut également connaître des coefficients tels que la réflectance, la transmittance et l'absorbance.
La fraction de lumière qui passe à travers un matériau est caractérisée par la transmittance (coefficient de transmission), et la fraction absorbée est caractérisée par le coefficient d'absorption. Pour tout matériau, la somme de la réflectance, de la transmittance et de l'absorptance est égale à l'unité. Il n'existe pas de matériau réel ayant l'un de ces trois coefficients égal à 1. Une réflectance diffuse élevée se trouve dans la neige fraîche, le sulfate de baryum chimiquement pur et l'oxyde de magnésium. La réflexion spéculaire la plus élevée se trouve dans l'argent poli et dans l'aluminium spécialement traité.
Lorsqu'un faisceau lumineux frappe la frontière entre deux milieux transparents de différentes densités optiques (par exemple, l'air et l'eau), une partie de la lumière est réfléchie et une partie pénètre dans le second milieu. En entrant dans le second milieu, le rayon change de direction à la frontière — c'est la réfraction.
Si la lumière tombe d'un milieu optiquement moins dense dans un milieu plus dense, l'angle réfracté est toujours plus petit que l'angle d'incidence.
Les valeurs de transmittance sont généralement tabulées pour une épaisseur de référence (généralement 1 cm). Les matériaux hautement transparents incluent le quartz pur et certains grades de PMMA (acrylique). La transmission de la lumière, comme la réflexion, peut être spéculaire (directionnelle), diffuse (par exemple, verre dépoli), dispersée directionnellement (par exemple, verre gravé) ou mixte.
La plupart des matériaux réfléchissent, transmettent et absorbent la lumière différemment à différentes longueurs d'onde — cette dépendance de la longueur d'onde détermine leur couleur. Les caractéristiques spectrales de la réflectance, de la transmittance et de l'absorbance sont nécessaires pour décrire pleinement les propriétés photométriques. Les trois coefficients sont sans dimension et généralement exprimés sous forme de fractions ou de pourcentages.
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La première loi de la photométrie — la loi de l'inverse du carré — a été formulée par Johannes Kepler en 1604.
où :
Cette loi est probablement le principe le plus intensivement utilisé par les concepteurs d'éclairage. Que ce soit consciemment ou intuitivement, elle est présente dans notre chaîne de décision. Lorsque nous choisissons le type d'instrument à placer à un certain emplacement, ou choisissons le point de montage d'une lampe, ou lors de l'évaluation de l'image que nous avons créée, nous devons toujours garder à l'esprit à quel point la vue sera différente pour les membres du public dans les loges par rapport au balcon.
Le mot clé dans la formulation de la loi est relatif : la loi est significative pour comparer l'éclairement à deux distances différentes. Les unités (pieds ou mètres) ne changent pas les relations qualitatives. Pratiquement, la loi de l'inverse du carré signifie :
Une autre conclusion pratique pour le concepteur d'éclairage est de savoir comment choisir le point d'installation d'un luminaire en fonction des objectifs d'éclairage
Ci-dessous se trouve un tableau (issu de la source) montrant comment le niveau de lumière change avec la distance (échelle horizontale en mètres).
Que nous apporte cette information en plus de ce qui a déjà été dit? Nous pouvons comprendre comment la lumière affecte un objet à différentes distances. Elle nous donne également un aperçu de la façon dont l'éclairement, et donc la luminosité apparente, change lorsqu'un objet (par exemple, un acteur) se déplace vers ou loin d'une source lumineuse. Si un sujet se déplace le long de l'axe d'un faisceau dirigé à vitesse constante en s'éloignant de la source, la diminution initiale de l'éclairement se produit rapidement, mais plus loin, le changement devient plus lent. Selon la loi de l'inverse du carré, l'éclairement absolu diminue plus rapidement en s'éloignant de la source. Cependant, le changement d'éclairement causé par le déplacement d'une distance fixe est plus faible lorsque le sujet est déjà loin de la source que lorsqu'il est proche.
Un exemple pratique en ballet: si l'éclairage latéral — indispensable dans de nombreuses productions de ballet — est monté très près de la scène, alors même parmi les danseurs debout épaule contre épaule, on peut voir de grandes différences de luminosité de l'éclairage latéral. Pour éviter une telle inégalité, l'éclairage latéral doit être éloigné autant que possible de l'aire de jeu, ou les luminaires doivent être remplacés par des dispositifs de plus grande puissance. Ce petit exemple montre à quel point la loi de l'inverse du carré peut être importante pour un concepteur d'éclairage.
RÉFÉRENCES UTILISÉES
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