Matérialisation de la candela (unité d’intensité lumineuse dans le Système international) à l'aide de photomètres dont la chaîne de raccordement au radiomètre cryogénique est parfaitement établie

La définition la plus récente de la candela, adoptée en 1979 par la 16^e Conférence générale des poids et mesures est la suivante : La candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540·10¹² hertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian. Cette définition ne donne pas de méthode pratique pour sa réalisation, elle ne donne qu’une relation directe entre les grandeurs photométriques et les grandeurs radiométriques. Depuis plusieurs années, les mesures radiométriques ont connu un développement important, et une réduction notable des incertitudes grâce au développement des radiomètres cryogéniques à substitution électrique, qui servent de références radiométriques. Il est donc logique de rattacher la réalisation de la candela aux mesures radiométriques faites avec le radiomètre cryogénique.

La matérialisation de la candela est faite actuellement à l’utilisation de photomètres. Les photomètres sont composés de trois composants : détecteur, filtre et diaphragme. Le détecteur utilisé peut être un seul détecteur ou un détecteur piège, lequel est composé de trois détecteurs placés de façon à ce que les pertes par réflexion soient minimes. Le filtre V(λ), correspondant à la vision photopique, est réalisé à l’aide d’une combinaison de verres présentant différents facteurs de transmission. Le diaphragme est utilisé pour délimiter la quantité de lumière qui arrive sur le photomètre.

Dans ce travail nous avons utilisé des détecteurs pièges qui ont une traçabilité au radiomètre cryogénique. De cette manière nous obtenons la sensibilité du détecteur piège aux longueurs d’onde des lasers employés. En utilisant comme étalon un détecteur non sélectif, nous obtenons la sensibilité spectrale de ces mêmes détecteurs pièges sur l’intervalle de mesure de 380 nm à 780 nm. Les filtres V(λ) sont mesurés pour obtenir leur facteur de transmission dans le même intervalle. La surface du diaphragme est obtenue en utilisant la méthode des moindres carrés à partir des mesures des points des bords du diaphragme avec une table micrométrique. Ces trois éléments étant caractérisés, nous faisons le calcul du facteur d’adaptation spectral du photomètre et nous utilisons l’équation du corps noir de Planck pour obtenir le flux énergétique de l’illuminant utilisé. La sensibilité lumineuse du photomètre est égale à la sensibilité du photomètre à 555 nm divisée par, le produit de l’efficacité lumineuse maximale et du facteur d’adaptation spectral. Cette valeur de la sensibilité lumineuse est donnée en unité de courant électrique divisée par le flux lumineux. Comme nous connaissons la surface du diaphragme nous calculons l’éclairement lumineux qui arrive sur le photomètre. En utilisant la loi de l’inverse carré de la distance nous trouvons l’intensité lumineuse de la source.

Le travail exposé dans le document décrit la réalisation pratique de l’unité d’intensité lumineuse, la candela, effectuée à l’Institut national de métrologie (LNE-INM) du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) et son raccordement au radiomètre cryogénique, meilleure référence actuelle des mesures radiométriques.

Consultez l'intégralité de la thèse : TEL : 2005CNAM0512

Candela, Photométrie, Radiomètres.