Lumen
Unité SI dérivée · grandeur : flux lumineux
01 · Définition
Le lumen est le flux lumineux émis par une source d’une candela dans un angle solide d’un stéradian. La grandeur décrit toute la lumière que la source donne, sans égard à sa direction : la sphère entière contient 4π stéradians, aussi une lampe brillant uniformément à une candela émet-elle environ 12,6 lumens.
Ce sont les lumens qui ont remplacé les watts sur les emballages de lampes, quand les LED ont fait de la puissance une mesure vide de la clarté : une ampoule à incandescence de soixante watts et une LED de huit donnent les mêmes huit cents lumens.
Un watt dit combien l’appareil consomme, un lumen combien de lumière il donne. Une lampe de quatre-vingts watts du temps de l’URSS éclairait moins que celle de dix watts d’aujourd’hui : la puissance montait, l’efficacité restait sur place.
Une ampoule à incandescence donne environ treize lumens par watt, une halogène vingt, une fluorescente soixante, une LED moderne de cent vingt à deux cents. Le plafond théorique est de 683, et pour une seule longueur d’onde.
Le haut de l’échelle, c’est le Soleil : 3,6·10²⁸ lumens. De ceux-là environ cent mille lux atteignent le sol à midi, et aucune lampe ne discute.
02 · Conversion
Entrez un flux — la fiche le décomposera par unités
La conversion en candelas n’est possible qu’avec une réserve sur l’angle solide, aussi le tableau calcule-t-il pour une émission uniforme dans toutes les directions. Les watts de la dernière ligne ne sont pas une puissance mais l’équivalent en efficacité : ce que consommerait une lampe de chaque type pour ce flux.
Les lumens seuls ne suffisent pas à choisir une lampe : deux sources de même flux diffèrent par la température de couleur et par l’indice de rendu des couleurs. Deux mille sept cents kelvins se lisent comme chaud, six mille comme la lumière du jour, et les mêmes huit cents lumens ne feront pas le même effet dans une chambre et dans un atelier.
| Unité | Nom | Valeur | Où on la rencontre |
|---|---|---|---|
| lm | lumen, unité SI | 800 | lumen, unité SI |
| klm | kilolumen | 0,8 | kilolumen |
| Mlm | mégalumen | 0 | mégalumen |
| mlm | millilumen | 800000 | millilumen |
| cd·sr | candela par stéradian — exactement la même chose | 800 | candela par stéradian — exactement la même chose |
| lm·h | lumen-heure : quantité de lumière, flux sur la durée de combustion | 800 | lumen-heure : quantité de lumière, flux sur la durée de combustion |
| W(LED) | watts d’une LED : ce qu’elle consommerait pour ce flux | 5,71 | watts d’une LED : ce qu’elle consommerait pour ce flux |
| W(inc) | watts d’une ampoule à incandescence — une habitude du siècle passé | 61,5 | watts d’une ampoule à incandescence — une habitude du siècle passé |
| HK | bougie de Hefner : l’étalon allemand à l’acétate d’amyle | 88,9 | bougie de Hefner : l’étalon allemand à l’acétate d’amyle |
Le facteur quatre pi ne vaut que pour une émission uniforme dans toutes les directions.
03 · Ordres de grandeur
du voyant au pharecentaines et milliers : lampe de pièce, lampe de bureau, phare d’automobile
04 · Instruments de mesure
Avec quoi on mesure le flux lumineux
Une sphère creuse à revêtement blanc diffusant : la lumière de la lampe placée dedans est renvoyée des milliers de fois, et l’éclairement sur la paroi devient proportionnel au flux total, quelle que soit la forme du faisceau. La méthode principale pour les lampes.
Le détecteur fait lentement le tour de la source sur une sphère en notant l’intensité lumineuse dans chaque direction ; le flux s’obtient par intégration. La mesure prend des heures mais donne le tableau complet de la répartition de la lumière.
Il décompose la lumière en spectre et pondère chaque longueur d’onde par la courbe d’efficacité lumineuse. Le seul moyen de mesurer le flux sans erreur systématique sur des sources à raies étroites — LED et lampes à décharge.
Dans la définition même du lumen se cache la courbe d’efficacité lumineuse — la sensibilité moyenne de l’œil, relevée dans les années 1920 sur quelques dizaines d’observateurs. Voilà pourquoi deux lampes portant le même nombre sur la boîte peuvent paraître différentes : le flux est égal, le spectre ne l’est pas.
Une lampe à incandescence spécialement choisie, à courant stabilisé, dont le flux est certifié dans un institut national. On y étalonne sphères et photomètres, et elle-même vieillit : son certificat a une date d’expiration.
05 · Règles d’écriture
Les deux lettres en minuscules, et à ne pas confondre avec le lux
Le symbole de l’unité est fait de deux lettres latines minuscules, lm, en romain. Le nom vient du latin lumen — lumière —, il n’y a donc pas de majuscule dedans. Le symbole russe est лм.
Le symbole de la grandeur est un Φ grec italique. Le lumen décrit la source, le lux la surface éclairée : donner à une lampe une valeur en lux, c’est omettre la distance — et le nombre ne veut plus rien dire.
Sur les projecteurs on écrit « lumens ANSI » : c’est le même lumen, mais mesuré selon une méthode normalisée avec neuf points sur l’écran. Les chiffres sans la mention ANSI ne valent pas d’être comparés — le fabricant les mesure comme bon lui semble.
06 · Unités voisines
Le lumen se tient entre la candela et le lux : la candela dit avec quelle force la source brille dans une direction, le lumen combien de lumière elle donne en tout, le lux ce qui en est parvenu à la surface.
intensité lumineuse dans une direction
tout le flux de la source
ce qui est parvenu à la surface
Parmi les fiches de Simetrium voisinent avec le lumen candela et stéradian de la définition, lux comme flux par surface, foot-candle dans la pratique anglo-américaine, et watt, auquel le flux lumineux est rattaché par la courbe d’efficacité.
07 · Section historique
De la bougie au nombre sur la boîte
L’étalon allemand était la lampe de Hefner, brûlant de l’acétate d’amyle avec une mèche de diamètre exactement fixé. Elle donnait environ neuf dixièmes de la nouvelle candela, mais dépendait de l’humidité et du gaz carbonique de la pièce — et c’est précisément pour cela qu’on l’a abandonnée.
Le Congrès international des électriciens introduisit le lumen avec le lux et le phot. Le nom fut pris au latin lumen — lumière ; la même racine servait en optique, où lumen désignait l’ouverture libre d’un tube.
À côté vivait aussi une unité de quantité de lumière — le lumen-heure, flux multiplié par la durée de combustion. C’est ainsi qu’on comptait la dépense des lampes à gaz et à pétrole : non la clarté, mais combien de lumière la lampe avait donnée en une soirée.
Richard Ulbricht proposa une sphère creuse à revêtement diffusant dans laquelle la lumière est renvoyée jusqu’à perdre toute direction. La mesure du flux, qui demandait auparavant de faire le tour de la source point par point, devint une seule lecture.
L’étiquetage européen a exigé d’imprimer le flux lumineux plus gros que la puissance : les watts ont cessé de parler de clarté dès qu’une LED a donné six fois plus de lumière par watt qu’une ampoule.
Le nombre 683, hérité d’une bougie
Le chiffre de 683 lumens par watt qui figure dans la définition de la candela paraît arbitraire — et il l’est. On l’a choisi en 1979 pour que la nouvelle candela tombe au plus près de l’ancienne, définie par l’éclat du platine en fusion. Un siècle de mesures tient dans ce nombre.
Ces 683 sont le maximum pour une lumière monochromatique à 555 nanomètres, là où l’œil est le plus sensible. Pour la lumière blanche le plafond est plus bas, autour de 350 lumens par watt : une partie du spectre sert à la blancheur mais n’est presque pas vue par l’œil.
Catalogue · unités de mesure
Une fiche pour chaque grandeur
Sept unités de base du SI, vingt-deux unités dérivées portant un nom propre et les unités hors système dont ni la technique ni la vie quotidienne ne se passent. Chacune a sa feuille : définition, conversion, instruments, règles d’écriture. En 6 langues.
Unités SI dérivées portant un nom propre
la fiche du lumen est ouverteUnités de base du SI
en ambre — la candela dont le lumen est faitLe flux lumineux dans d’autres notations
Langue de la fiche
6 langues. Le symbole lm est international, l’habitude de la température de couleur ne l’est pas : l’Europe du Nord et l’Amérique aiment la lumière chaude à 2700 K, l’Asie préfère le blanc froid du jour, et les recommandations des normes divergent en conséquence.