La température de couleur

B2 incandescence

Filament d’une ampoule à incandescence : l’énergie électrique chauffe le filament qui se débarrasse à son tour de l’énergie sous forme de chaleur et de lumière.

Rouge-orangé => moins chaud que jaune-orangé

_

L’ECHELLE ABSOLUE DE TEMPERATURE

B rayonnements

Tous les corps rayonnent de l’énergie (chaleur, lumière, ondes radio, etc.)

En physique, la température se mesure en degrés Kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin), on nomme cela l’échelle “absolue” de la température (0 K étant la température minimale atteignable dans notre univers, il n’y a rien “en dessous” de 0 K).

Les degrés Kelvin sont séparés entre-eux du même écart que les degrés Celsius (symbole °C), mais sont décalés de -273,15 °C, qui correspond au 0 K

Pour toute température en K on ajoute dont 273,15 et on obtient la valeur en °C, par exemple, la température à laquelle l’eau devient de la glace (0°C) est : 273,15 K

_

LE SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE

A spectre electromagnet

On a coutume d’illustrer par le genre de schéma ci-dessus le spectre électro-magnétique, dont la lumière visible fait partie.

Tous les rayonnement présents dans le schéma ci-dessus sont des ondes électromagnétiques qui se propagent à la même vitesse (la “vitesse de la lumière”). En revanche, leur fréquence varie (la fréquence se mesure en Hz, qui correspond au nombre de cycles par seconde – du nom du physicien Heinrich Hertz), sur le présent schéma de 1 Hz à 1 ZHz (d’un cycle par seconde à 1021 cycles par seconde)

Onde_électromagnétique

L’onde électromagnétique est l’un des modèles utilisés en physique pour représenter les rayonnements : c’est une oscillation couplée (simultanée) d’un champ électrique et d’un champ magnétique, se propageant à la vitesse de la lumière et en ligne droite.

L’oscillation est transversale, c’est-à-dire qu’elle a lieu dans une direction perpendiculaire (flèche rouge) à celle de la propagation de l’onde (flèche bleue), un peu comme des vagues à la surface de l’eau :

LeL7I95x0FHIpWkkg0rMFnqSC_A

Il existe également des ondes longitudinales, comme par exemple les ondes sonores (des ondes de pression dans le gaz ou le liquide qui conduit le son), où la perturbation est parallèle (et pas perpendiculaire) à la propagation :

fig1

_

LA LUMIERE, PARTIE VISIBLE DU SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE :

Entra la région nommée “ultraviolet” et la région nommée “infrarouge”, se trouve la région du spectre électromagnétique à laquelle nos yeux sont sensibles : c’est ce que nous appelons aussi “la lumière”.

Spectre

Comme nous l’avions vu au début de l’année, nous ne sommes pas également sensibles à toutes les parties du spectre de la lumière :

lumi2

_

LE “CORPS NOIR” ET LA “TEMPERATURE DE COULEUR”

Comme c’est parfois le cas en physique, on se sert non pas d’un objet réel, mais d’un objet de pensée pure pour représenter une expérience et produire des résultats.

L’objet dit “corps noir” est un tel objet de pensée. Bien que l’on puisse s’approcher de quelque chose qui lui ressemble en fabriquant un four sphérique thermiquement isolé, le “corps noir” est un objet virtuel, idéal, et mathématique.

Voici ses caractéristiques : il absorbe toute l’énergie électromagnétique qui l’atteint, il n’en réfléchit ni n’en transmet aucune partie.

modele-corps-noir

Par contre, comme tout objet ayant une température supérieure à 0 K, un tel corps noir rayonne…

En utilisant des formules mathématiques dont on passera les détails ici, on peut, à partir du modèle idéal du corps noir et d’une température donnée, calculer le spectre démission d’un corps noir, en fonction de la température à laquelle on le porte.

C’est en fait à partir du produit de toutes ces opérations que l’on associe une couleur à une température en K.

B4 planck

Sur ce schéma sont représentées différentes courbes d’émission de “corps noirs” chauffés à différentes températures (ici : 3000, 4000, 5000, 6000 et 7000 K)

Au centre de ce schéma, le dégradé de couleurs en “arc-en-ciel” représente le spectre visible.

Si l’on regarde la forme des courbes uniquement dans les limites du spectre visible, on verra que pour des températures “basses” (inférieures à 6500 K environ), la courbe est penchée vers la gauche, tandis que que pour des températures “hautes” (supérieures à 6500 K), la courbe est penchée vers la droite.

Cela signifie dans le premier cas que la lumière ROUGE domine la composition de la lumière émise (il y a donc plus de lumière Rouge, le blanc est rougeâtre ou jaunâtre…) dans le second cas que la lumière BLEUE domine (on voit alors un blanc bleuté) :

planck

Les étoiles sont un bon exemple de la manière dont la couleur de la lumière qu’émettent des corps très chauds dépend de leur température :

B3 etoiles

_

LA TEMPERATURE DE COULEUR COMME MESURE DE LA COULEUR DE SOURCES DE LUMIERE “BLANCHES”

En fait, la température de couleur est utilisée pour définir le caractère plus ou moins bleuté / jaunâtre-orangé d’éclairages “blancs”.

C charte 6500K

Sur un diagramme de chromaticité, il existe un lieu nommé “planckian locus” qui représente la variation de la chromaticité en fonction de la température du corps noir. C’est la courbe tracée ici en noir, qui part du rouge spectral pour terminer dans une zone centrale bleutée :

D locus 1931

Il existe des formules pour calculer la chromaticité en fonction de la températue de couleur, qui sont faciles à programmer sous Excel par exemple.

_

CE QUE LA TEMPERATURE DE COULEUR NE DIT PAS :

E différentes temp couleur

Illustration de différentes températures de couleur : du moins au plus élevé (de gauche à droite)

_

ATTENTION : connaitre la température de couleur d’une lampe, c’est ne connaitre que très peu de choses. Dans le cas d’éclairages blancs “métamères” on aura la même température de couleur, mais peut-être pas la même qualité de rendu des couleurs !

La qualité du rendu des couleurs ne dépend pas de la température, mais de la continuité du spectre d’émission, si le spectre comporte des “trous” (si dans certaines partie du spectre de la lampe aucun rayonnement n’est émis) le rendu des couleurs sera très mauvais, comme par exemple dans les tubes fluorescents bas de gamme, ou dans les lampes fluocompactes :

E2 spectres lampes

Il existe une mesure pour caractériser la qualité du rendu des couleurs, l’IRC (Indice de Rendu des Couleurs). Un IRC supérieur à 90 est signe d’un éclairage de bonne qualité.

_

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s