Lux
Unité SI dérivée · grandeur : éclairement
01 · Définition
L’éclairement est le flux divisé par la surface ; la luminance d’une surface diffusante est le facteur de réflexion multiplié par l’éclairement et divisé par pi ; un foot-candle vaut 10,764 lux
Des mesures en quadrillage donnent une carte de l’éclairement et un facteur d’uniformité : une seule valeur sous la lampe ne dit rien de ce qui se passe dans le coin. Sans cette carte, la réception de l’éclairage ne passe pas.
De là découle la propriété principale de l’unité : une même lampe donne des éclairements tout à fait différents selon la hauteur à laquelle elle est suspendue et la direction qu’elle vise. Le flux décroît comme le carré de la distance, et une lampe remontée d’un mètre à deux éclaire la table quatre fois plus faiblement. Le second facteur est l’angle d’incidence : la lumière qui arrive de biais s’étale sur une surface plus grande, et le cosinus de cet angle entre directement dans le calcul. Voilà pourquoi la conception de l’éclairage compte non pas des lampes mais des lux sur le plan de travail, et pourquoi les normes fixent la valeur à quatre vingts centimètres du sol.
Les normes d’éclairement ne sont pas une recommandation mais une obligation : trois cents lux pour un bureau, cinq cents pour le dessin technique, vingt mille dans le champ opératoire. Les mesures se font au luxmètre à la hauteur du plan de travail, et non sous le plafond.
Par temps couvert, sous le ciel ouvert, il y a cinq mille lux, tout près de la fenêtre deux mille, et à quatre mètres de celle-ci une cinquantaine seulement : un écart de quarante fois sur la longueur d’une pièce. L’œil ne s’en aperçoit presque pas, car il s’adapte de façon logarithmique, et la pièce semble uniformément éclairée. Les règles de construction ne travaillent donc pas directement en lux mais avec le facteur de lumière du jour — le rapport de la lumière en un point à celle sous le ciel ouvert, exprimé en pourcentage.
02 · Conversion
Saisissez un éclairement — la fiche le décomposera par unités
Le lux est la seule unité photométrique encadrée par la loi : la quantité de lumière qui doit tomber sur une table de travail, une table d’opération et un tableau d’école est inscrite dans les règles sanitaires.
La dernière ligne de la liste n’est pas une conversion mais une estimation : si la lumière tombe sur une surface blanche mate qui renvoie presque tout, la luminance de cette surface en candelas par mètre carré est environ trois fois plus faible que l’éclairement en lux. Le facteur exact est le facteur de réflexion divisé par pi ; pour un mur gris il est quatre fois plus petit, et pour du velours noir il tombe presque à zéro. Le luxmètre mesure la lumière incidente, l’œil voit la lumière renvoyée — d’où la différence de sensation entre des pièces également éclairées.
Le foot-candle est la même grandeur rapportée au pied carré : un facteur de près de onze. Le phot et le nox sont des unités du système CGS, que l’on rencontre dans la littérature ancienne de l’éclairage.
| Unité | Nom | Valeur | Où on la rencontre |
|---|---|---|---|
| lx | lux, unité du SI | 500 | normes d’éclairage, technique de la lumière |
| klx | kilolux | 0,5 | lumière du jour, soleil |
| mlx | millilux | 500000 | astronomie, crépuscule |
| lm/m² | lumen par mètre carré | 500 | calcul à partir du flux des luminaires |
| fc | foot-candle | 46,45 | États-Unis, Canada, normes d’éclairage |
| cd/m² | la luminance d’une surface blanche | 159,15 | une estimation de ce que voit l’œil |
| ph | phot, système CGS | 0,05 | technique de la lumière jusqu’aux années 1960 |
| nx | nox, un millième de lux | 500000 | éclairement nocturne, camouflage lumineux |
| mètre-bougie | l’ancien nom du lux | 500 | littérature avant 1948 |
| bougie-pied | la traduction russe de foot-candle | 46,45 | littérature jusqu’aux années 1960 |
| lm/ft² | lumen par pied carré | 46,45 | l’écriture du foot-candle par le flux |
| lx | lux | 500 | l’unité actuelle |
Une feuille blanche à cinq cents lux a une luminance d’environ cent soixante candelas par mètre carré — à peu près comme un écran d’ordinateur portable dans une pièce.
03 · Ordres de grandeur
du ciel étoilé au bloc opératoireConvertir en foot-candles et en phots
04 · Instruments de mesure
Avec quoi se mesure l’éclairement
Une photodiode de silicium munie d’un filtre correcteur : sans lui l’appareil verrait le rayonnement infrarouge que l’œil ne remarque pas. Le filtre ajuste la sensibilité à la courbe d’efficacité lumineuse, et toute la classe de l’appareil dépend de la finesse de cet ajustement.
La commission de l’éclairage a moyenné la sensibilité de l’œil humain sur le spectre et obtenu une courbe dont le maximum est à 555 nanomètres. Dès lors les grandeurs photométriques ont cessé d’être purement physiques : un observateur moyen y est incorporé.
Le parent photographique du luxmètre : il mesure la même lumière mais rend non pas des lux, mais un couple « temps de pose — diaphragme ». L’échelle des indices de lumination est logarithmique, et chaque échelon signifie un doublement de l’éclairement — une habitude venue de la technique de l’éclairage à la photographie.
Le point à côté de la caméra frontale est la même photodiode, celle qui règle la luminosité de l’écran. Les applications luxmètres utilisent exactement celle-ci, mais le capteur n’a pas de correction en cosinus, le verre de l’écran déforme le spectre, et l’erreur atteint aisément trente pour cent.
Pour les plantes les lux sont inutiles : la courbe d’efficacité décrit l’œil humain et non la photosynthèse. On compte le flux de photons en micromoles par mètre carré et par seconde, et c’est un capteur à part qui le mesure.
Le lux est l’éclairement d’une surface sur chaque mètre carré de laquelle tombe un flux lumineux d’un lumen. La grandeur décrit non pas la source mais le lieu : combien de lumière est parvenue à la table, à la page, au sol.
05 · Règles d’écriture
Les deux lettres minuscules
L’étalon à bougie a finalement été remplacé par une définition passant par la puissance rayonnée : une source monochromatique à 540 térahertz donne 683 lumens par watt. Le lux, unité dérivée de la candela, a reçu le même ancrage exact.
Le symbole de la grandeur d’éclairement est un E en italique. L’erreur la plus courante des catalogues est d’attribuer des lux à une lampe : une lampe a un flux lumineux en lumens, les lux n’apparaissent que sur une surface et dépendent de la distance. À l’inverse, pour un projecteur ou une lampe de poche on indique l’intensité lumineuse en candelas, parfois l’éclairement à une distance donnée — et alors la distance doit figurer à côté du nombre. Les préfixes s’emploient librement : le millilux se rencontre en astronomie, le kilolux dans les descriptions de la lumière du jour.
06 · Unités voisines
Le symbole de l’unité est fait de deux lettres latines minuscules, lx, en romain. L’unité n’est pas nommée d’après une personne mais d’après le mot latin « lumière », il n’y a donc pas de majuscule dedans. En français le pluriel est invariable : cinq cents lux.
Parmi les fiches de Simetrium voisinent avec le lux lumen et candela de la définition, foot-candle comme équivalent anglo-américain, stéradian de l’angle solide et watt, auquel le flux lumineux est rattaché par la courbe d’efficacité.
07 · Section historique
La lumière que l’on a appris à réglementer
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 courante ne peuvent se passer. Chacune a sa fiche : définition, conversion, appareils, règles d’écriture. En 14 langues.
Le Congrès international des électriciens a adopté les unités photométriques métriques : le lux, le lumen et le phot. Le nom vient du latin lux — lumière : l’une des rares unités du système à venir directement d’un mot et non d’un patronyme, comme le lumen, le radian et le katal.
Une coupole laiteuse au-dessus du récepteur fait réagir l’appareil à la lumière venue de toute direction exactement comme le ferait une surface plane. Sans cette correction, le luxmètre sous-estime l’apport de la lumière latérale et, dans une pièce à fenêtre, se trompe du double.
L’étalon était une bougie de blanc de baleine d’une épaisseur donnée, brûlant à une vitesse donnée, et l’éclairement s’exprimait en foot-candles. La reproductibilité était mauvaise : la flamme dépendait de l’air, de la mèche et du temps qu’il faisait dans le laboratoire.
Une unité avec un humain dedans
Le lux est un cas rare d’unité physique dont la définition contient de la biologie. Le flux lumineux s’obtient en pondérant le spectre de puissance par la courbe d’efficacité lumineuse, et cette courbe a été tirée dans les années vingt d’expériences sur quelques dizaines d’observateurs qui comparaient la brillance de scintillements de couleurs différentes. La courbe a été moyennée, normalisée et n’a presque pas changé depuis, bien que l’on sache que chez les personnes réelles le maximum de sensibilité se déplace et qu’avec l’âge le cristallin jaunit et laisse passer de moins en moins la partie bleue du spectre. D’où une conséquence pratique : deux sources de même éclairement en lux peuvent paraître différentes si leurs spectres diffèrent — une LED creusée dans le cyan et une lampe à incandescence donneront le même nombre sur l’appareil et une impression différente dans la pièce. C’est pourquoi les normes associent toujours à l’éclairement des exigences de température de couleur et d’indice de rendu des couleurs : les lux seuls ne suffisent pas à décrire la lumière.
L’œil trompe : entre le crépuscule et midi l’écart est d’un million de fois
Une personne lit sans peine à cinquante lux comme à cinq mille, sans remarquer un écart de cent fois : la pupille se rétrécit et le cerveau ajuste la perception. C’est précisément pour cela que les normes d’éclairage doivent être fixées par un nombre et non à l’œil — le luxmètre voit ce que l’homme ne ressent que comme « clair ». De là aussi l’erreur habituelle au moment de choisir des lampes pour la maison : la pièce paraît éclairée alors que sur le bureau il n’y a pas la moitié des trois cents lux exigés.
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 14 langues.