La réalisation de mesures traçables au SI pour les sources de lumières LED est beaucoup plus complexes que pour les sources de lumières “classiques”. Des normes existent sur le sujet mais d’importants aspects métrologiques des mesures ne sont pas traités comme le traitement des incertitudes sur les mesures de luminance et sur les distributions d’intensités. Les mesures de spectres pour les sources colorées sont également un aspect à mettre au point.

Objectifs

Ce projet propose de fournir des métriques, des procédures validées et des guides pour les tests en laboratoire de ce type de sources. Ces développements se feront en étroite collaboration avec la CIE (Commission internationale de l’éclairage) et le CEN/CENELEC (Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique) en prévision de la révision des normes CIE S 025, EN 13032-4 et ISO/CIE 19476.

Résumé et premiers résultats

La description du projet est disponible en suivant ce lien.

Partenaires

Ce projet est financé par le programme EMPIR et regroupe, entre autres, 6 instituts de métrologie (Finlande, Espagne, Portugal, France, Allemagne, Turquie).

Ce projet européen propose de développer les outils métrologiques nécessaires pour caractériser les nouvelles technologies photovoltaïques (PV) émergentes.

En particulier, les technologies basées sur de nouveaux matériaux (e.g. Perovskite Tandem on Silicon) apparaissent comme la nouvelle génération de modules PV présentant de meilleurs rendements de conversion par rapport aux technologies actuelles. Par ailleurs, de nouveaux modules PV dédiés à une utilisation à l’intérieur des bâtiments sont en train d’émerger. Aujourd’hui, on note l’absence de moyens de caractérisation de ces nouvelles technologies.

Objectifs

Réduction des incertitudes relatives aux cellules de références qui affectent le bilan d’incertitudes de toute la chaîne de traçabilité qui en découle.

Les normes internationales concernant la caractérisation de ces technologies PV émergentes seront développées.

Résumé et premiers résultats

La description du projet est disponible sur le site du programme EMPIR en suivant ce lien.

Partenaires

Ce projet est financé par le programme EMPIR et regroupe, entre autres, 5 instituts de métrologie (Finlande, Bosnie Herzégovine, France, Allemagne, Turquie).

La mesure des rayonnements UV associées à de faibles incertitudes est un besoin exprimé dans l’industrie, la santé et la recherche. Pour soutenir ce besoin industriel, sanitaire, académique et environnemental, le CCPR  (Comité Consultatif pour la Photométrie et la Radiométrie) a engagé une démarche visant à élargir les références et les CMC (possibilités d’étalonnage) dans le domaine UV, jusqu’à 200 nm pour 3 des 4 grandeurs spectrales testées dans les comparaisons clefs.

Objectifs

Sensibilité spectrale : extension de la plage de longueur d’onde vers l’UV, passage de 280 nm à 200 nm et réduction des incertitudes-types (objectif, 1 % à 200 nm et 0.6 % à 280 nm).

Transmittance spectrale régulière : extension de la plage de longueur d’onde vers l’UV, passage de 250 nm à 200 nm avec une incertitude-type de 0.3 %.

Éclairement énergétique spectral : réduction de l’incertitude-type (objectif, 4 % à 200 nm et 2 % à 250 nm).

Résumé et premiers résultats

La mesure des rayonnements UV associés à de faibles incertitudes est un besoin de plus en plus exprimé dans l’industrie ou la santé, et plus encore, en termes d’incertitude très faible, dans la recherche. De nombreux besoins concernent la santé, soit pour l’étalonnage d’instruments médicaux destinés à des soins (psoriasis, dissociation de la bilirubine chez le nouveau-né), soit pour le contrôle d’outils ‘grand public’, comme par exemple  les cabines d’insolation dites ‘de bronzage’, ou lampes spectrales UV. Dans l’industrie ce sont en particulier les réactions chimiques déclenchées par le rayonnement UV qui sont étudiées : la polymérisation UV ou la photolytographie des semi-conducteurs. La purification de l’eau est réalisée par des lampes de basse pression au mercure, étalonnées par le LNE à 254 nm. Les besoins industriels concernent aussi la caractérisation de simulateurs solaires aux applications variées comme  l’évaluation de l’efficacité des crèmes de protection solaire.

Ce n’est toutefois pas dans les applications industrielles que le niveau d’incertitude est le plus critique. En climatologie, pour la surveillance de la couche d’ozone, la mesure des quantités de rayonnement ultraviolet est un outil important pour la connaissance des paramètres intervenant dans les modèles de prédiction de l’évolution climatique. Dans ce contexte de recherche le projet européen « Traceability for surface spectral solar ultraviolet radiation » a permis d’atteindre une incertitude sur la mesure des rayonnements solaires dans l’UV inférieure à 1.5 % en 2014. Les applications qui concernent l’environnement sont d’ailleurs citées dans les dernières orientations stratégiques publiées par le Comité Consultatif de Photométrie et Radiométrie (CCPR). En effet La surveillance de l'environnement fait appel à une variété d'indicateurs pour surveiller et analyser le changement ou l'impact du changement climatique. Il s'agit des Variables Climatiques Essentielles (VCE). Plus des 2/3 des VCE impliquent une forme de mesure du rayonnement optique : émise, directe, absorbée ou réfléchie. Selon le CCPR « les incertitudes requises par ce thème sont probablement les plus exigeantes ».

Pour soutenir ce besoin industriel, académique et environnemental, il faut être capable de mesurer avec une incertitude adaptée les différentes grandeurs mises en jeux. Pour cette raison le CCPR a engagé une démarche visant à élargir les « références et les possibilités d’étalonnage et de mesure » (CMC) dans le domaine UV pour 3 grandeurs : sensibilité des détecteurs, transmission des filtres et éclairement des sources. L’objectif du projet présenté est double : d’une part étendre les mesures des trois grandeurs jusqu’à 200 nm dans l’UV d’autre part de réduire l’incertitude de mesure d’un facteur 5.

Impacts scientifiques et industriels

  • Elargissement du domaine spectral des CMC.
  • Réduction des incertitudes sur les CMC actuelles dans l’UV (détecteur / Filtres) et dans l’UV/Vis (sources).
  • Réduction des incertitudes sur la chaîne de traçabilité au premier niveau.
  • Maintien du positionnement du laboratoire dans le groupe de tête au niveau EURAMET et CCPR en vue de future collaboration dans les projets de recherche de type EMPIR, ERC, ITN.
  • Amélioration du raccordement de l’échelle de température thermodynamique aux références radiométriques pour les points eutectiques en cours de développement dans l’équipe pyrométrie.
  • D’un point de vue industriel, l’extension des possibilités d’étalonnages permettra d’optimiser les prestations proposées par le LNE.

Le SiPM (Silicon PhotoMultiplier) est un nouveau type de détecteur utilisé comme compteur de photons comprenant plusieurs APD (photodiode avalanche) fonctionnant en mode Geiger.

Le SiPM est un détecteur à semi-conducteur qui possède d’excellentes performances de comptage de photons et peut être utilisé dans de nombreuses applications qui requièrent la détection d’extrêmement faibles signaux lumineux.

Objectifs

Caractériser les détecteurs SiPM et évaluer les performances métrologiques.

Adapter les bancs et instruments de mesure du laboratoire pour traiter les faibles niveaux de flux nécessaires à la caractérisation des détecteurs.

Résumé et premiers résultats

Le détecteur SiPM se retrouve dans de nombreuses applications de détection de faibles signaux comme les LIDAR (light detection and ranging), le médical ou les grands projets de recherche. Sa production en masse par divers fabricants a permis de réduire son coût de production, de fiabiliser ses performances et d’obtenir un catalogue de détecteurs optimisés pour une multitude d’applications en diversifiant les sensibilités spectrales, les dimensions et les boîtiers.

Le détecteur SiPM est une bonne alternative pour remplacer le photomultiplicateur surtout dans le proche infrarouge où ses performances ne sont pas optimum et son coût très élevé.

La métrologie du détecteur SiPM reste à être développée dans un premier temps pour les besoins internes du LNE-LCM comme par exemple pour la caractérisation des LIDAR, des mesures du NVIS ou encore de la mesure de la pollution lumineuse. Fort de cette expérience le LNE pourra ainsi développer de nouveaux instruments, adaptés ces bancs existants et ainsi proposer de nouveaux services d’étalonnage à ses clients.

Impacts scientifiques et industriels

Les connaissances acquises et les résultats des caractérisations permettront :

  • De déterminer si les détecteurs SiPM ont les performances adéquates pour les besoins de mesures radiométriques de sources à faibles flux
  • De mieux comprendre le comportement de dispositifs intégrants des détecteurs SiPM

Partenaires

Un partenariat et une collaboration technique étroite avec la société Hamamatsu doivent être envisagés pour l’approvisionnement et la compréhension du bon fonctionnement des détecteurs.

Résumé HDR

En 1998, je pousse la porte du laboratoire de photobiologie au Muséum d’Histoire Naturelle pour y réaliser mon stage de DEA. Je suis alors loin de me douter que ce couloir rectiligne que j’ai devant les yeux est ma trajectoire de chercheur. J’ai eu la chance d’apprendre au contact des maîtres. Françoise Viénot pour la psychophysique et la vision. Jean Bastie pour la photométrie et la manipulation des références primaires. Maria Nadal pour la goniospectrophotométrie. Tous les trois enfin, pour leur rigueur scientifique et métrologique, la passion et le partage.

J’ai eu à nouveau de la chance quand les étoiles se sont alignées et que j’ai décroché un poste de permanent au CNAM, et une quasi carte blanche de la part de la direction de la métrologie française pour développer mon projet de mesure de l’apparence. Dans ce contexte confortable, j’ai pu donner corps à mes idées et commencer à creuser mon sillon. Quel est-il ?

C’est le même depuis le début de l’histoire. De toute façon, les métrologues n’aiment pas beaucoup les déviations. Je mesure le brillant depuis 15 ans. A l’oeil, avec un glossmètre ou à l’aide du goniospectrophotomètre que j’ai pensé, monté, démonté, remonté. Je mesure des BRDF. Je trace des pics spéculaires, des petits des gros des minces des beaux.

Et demain ? Je mesurerai toujours le brillant, mieux qu’aujourd’hui. Je démarrerai le chantier de la mesure de la translucidité. J’apporterai ma contribution à la quête de la mesure de l’apparence totale et à la compréhension du fonctionnement du système visuel. En tant qu’acteur de cette recherche d’abord. En tant que pourvoyeur de mesures bidirectionnelles ensuite, pour les chercheurs qui en ont besoin. En tant qu’animateur de cette communauté enfin, en faisant des propositions de projet, en formant des chercheurs, en participant au travail normatif et en assurant le lien entre recherche et industrie.

Ce document relate les grandes étapes de ma progression en tant qu’enseignant chercheur de 1998 à 2018. Il contient également mon programme de recherche pour 2018 – 2025.

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Mots clés

Métrologie de l’apparence, Brillant visuel, Translucidité, Réflectivité bidirectionnelle BRDF, Goniospectrophotométrie, ConDOR, Photométrie.

Résumé de la thèse

L’impression 2.5D est une technologie à mi-chemin entre l’impression couleur traditionnelle, à laquelle elle emprunte son procédé et la qualité de reproduction des couleurs, et l’impression 3D qui crée des reliefs et des formes. Par ses qualités visuelles, elle pourrait permettre la reproduction réaliste de multiples surfaces, mais un frein s’oppose à cette perspective : les encres brillent. En modulant la rugosité des surfaces imprimées à l'échelle du micromètre, en fréquence et en amplitude, nous avons réussi à réduire et contrôler le brillant des encres. Des stratégies d'impression différentes ont été proposées et étudiées pour diminuer l’effet scintillant et permettre l’impression d’une couche couleur mate : la création d'un espace à cinq dimensions dans lequel le brillant et la couleur sont modélisés aboutit à l'uniformisation des niveaux de brillant colorés. Les protocoles d'impression développés ont ensuite été appliqués à des cas concrets issus de la conservation – restauration du patrimoine. Plusieurs exemples distincts sont présentés, qui abordent un point particulier sur lequel l’impression 2.5D est pertinente : comblement de lacune, création de répliques réalistes, intérêt de l'aspect visuel mat pour la lisibilité des œuvres.

Texte intégral

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TEL : 2018CNAM1204

 

Mots clés

Réduction du brillant, Impression 2.5D en couleur avec encres, Optimisation de la couleur mate, Mesure de l'apparence visuelle, Rugosité à micro-Échelle, Restauration du patrimoine, Surfaces mates, Scintillement, Acquisition 3D, BRDF.

Résumé de la thèse

Le brillant est un attribut de l'apparence visuelle. Il s'agit d'une construction du système visuel, basée sur le signal optique en provenance d’une surface et capté par l'œil. Les développements récents en spectrophotométrie fondamentale ont produit des instruments à même de mesurer la réflexion lumineuse avec une acuité égale à celle du système visuel humain. Une description transverse, visuelle et optique, d'un même ensemble d'échantillons est maintenant possible. Dans ce travail, nous construisons via des procédés sol-gel une échelle de brillant métrologique multivariée en termes de topologie de surface, indice de réfraction, teinte et niveaux de brillant. Cette échelle est caractérisée par la suite en rugosité, en indice de brillant spéculaire et en BRDF. Nous présentons les techniques de mesure et les corrections employées sur ConDOR, notre goniospectrophotomètre dédié à la mesure haute résolution du pic spéculaire. Au terme de cette étude, l'instrument présente une résolution angulaire de 0,014°, la meilleure résolution atteinte à ce jour, deux fois inférieure à celle du système visuel humain. La dynamique est de 6,5 décades. ConDOR est employé pour mesurer les BRDF de plusieurs échantillons brillants issus de différentes échelles. Elles sont étudiées et les discutées. Un premier lien entre rugosité et BRDF est esquissé. Nous étudions finalement en nous basant sur une échelle de référence de brillant, deux aspects de sa perception : l’effet d'un changement d'angle solide d'illumination et l’effet du réalisme de l'environnement d'observation. Nos résultats montrent que le système visuel est plus sensible aux variations de brillant dans des conditions d'observations réalistes, tant en matière d'éclairage que d'environnement. L’effet est particulièrement prononcé pour les échantillons mats. Les conditions moins réalistes ou moins naturelles peuvent mener les observateurs à la confusion.

Texte intégral

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TEL : 2017CNAM1133

Mots clés

Brillant visuel, Réflectivité bidirectionnelle BRDF,  Echelles psychométriques, Sol-Ge, Goniospectrophotométrie, ConDOR, Photométrie.

Publications

CHASSEIGNE R., DUBARD J., PIERRARD S., HAY B., ” Light pollution analysis using hi-resolution night aerial lighting maps”, Proceedings of the 29th Quadriennal Session of CIE, CIE x046:2019, PO163, DOI: 10.25039/x46.2019.PO163

DUBARD J., OBEIN G., SURYANI D., “Bilateral comparison of luminous flux using lamps as transfer standards (EURAMET.PR-K4.2)”, Metrologia, 56, 2019, 1A, Tech. Suppl., 02001, DOI: 10.1088/0026-1394/56/1A/02001

GED G., OBEIN G., RABAL A. M., « Du brillant à la BRDF », in Simonot L. et Boulenguez P., Quand la matière diffuse la lumière, Presses des Mines, 2019, 209-220.

GED G., « Goniospectrophotométrie à haute résolution angulaire », in Simonot L. et Boulenguez P., Quand la matière diffuse la lumière, Presses des Mines, 2019, 129-145.

OBEIN G., « Le goniospectrophotomètre : principe, performances et limitations », in Simonot L. et Boulenguez P., Quand la matière diffuse la lumière, Presses des Mines, 2019, 71-90.

OBEIN G., “Traceability and references for the measurement of appearance: review of latest developments at Europeans national metrological institutes”, Proceedings of COMET 2019, Cergy, France.

OBEIN G., “Measurement of appearance; optical, visual and normative approach”, Proceedings of “Procédés laser pour l’industrie conference”, 25-26 Sept, Colmar, France.

RABAL A. M., GED G., OBEIN G., “What is the true width and height of the specular peak according to the level of gloss?”, Proceedings of the 29th Quadriennal Session of CIE, CIE x046:2019, OP88, DOI 10.25039/x46.2019.OP88

SALIS E., PAVANELLO D., KROEGER I., WINTER S., BOTHE K., HINKEN D., GANDY T., HOHL-EBINGER J., FRIESEN G., DITTMANN S., DUBARD J., MÜLLEJANS H., “Results of four European round-robins on TCO measurements for PV devices of different size”, Solar Energy, 179, February 2019, 424-436, DOI: 10.1016/j.solener.2018.10.051

SIMONOT L., OBEIN G., BRINGIER B., MENEVEAUX D., “Modeling, measuring, and using BRDF : significant French contributions”, Journal of the Optical Society of America A, 36,11, C40-C50, DOI: 10.1364/JOSAA.36.000C40

SIMONOT L., CHAVEL P., HEBERT M., OBEIN G., « Peut-on mesurer la BRDF? », Quand la matière diffuse la lumière, par Simonot L. et Boulenguez P., Presses des Mines, 2019, 439-452.

Communications

OBEIN G., “Traceability and references for the measurement of appearance: review of latest developments at Europeans national metrological institutes”, Proceedings of 3rd Congress of Cosmetic Measurement & Testing (COMET), Cergy, France, 6-7 février 2019.

GED G., “Characterization of gloss, Workshop on Visual Appearance of Materials, Alicante, Spain, 29th May 2019.

RABAL A., “What is the true width and height of the specular peak according to the level of gloss?”, Workshop on Visual Appearance of Materials, Alicante, Spain, 29th May 2019.

RABAL A. M., GED G., OBEIN G., “What is the true width and height of the specular peak according to the level of gloss?”, 29th Quadriennal Session of CIE, Washington DC, USA, 14-22 juin 2019.

CHASSEIGNE R., DUBARD J., PIERRARD S., HAY B., ” Light pollution analysis using hi-resolution night aerial lighting maps”, 29th Quadriennal Session of CIE, Washington DC, USA, 14-22 juin 2019.

OBEIN G., “The candela, the most human of the SI base units”, International School of Physics "Enrico Fermi", Varenna, Italie, 6 Juillet 2019.

OBEIN G., “The measurement of appearance”, International School of Physics "Enrico Fermi”, Varenna, Italie, 7 Juillet 2019.

OBEIN G., “Measurement of appearance; optical, visual and normative approach”, conference “Procédés laser pour l’industrie”, 25-26 Septembre, Colmar, France.

DUBARD J., “New photovoltaic technologies: metrology for PV Energy rating”, Congrès International de métrologie, Paris, France, 24-26 septembre 2019.

CHASSEIGNE R., DUBARD J., PIERRARD S., HAY B., “Improved method for high-resolution night aerial lighting maps production and analysis”, Congrès International de métrologie, Paris, France, 24-26 septembre 2019.

OBEIN G., “Traceability & references for the measurement of appearance” (keynote), Material appearance workshop, Colour Imaging Conference, Paris, France, 21 Oct 2019.

Publications

KRÖGER I., FRIEDRICH D., WINTER S., SALIS E., MÜLLEJANS H., PAVANELLO D., HOHL-EBINGER J., BOTHE K., HINKEN D., DITTMANN S., FRIESEN G., BLISS M., BETTS T., GOTTSCHALG R., RIMMELSPACHER L., STANG J., HERRMANN W., AND DUBARD J., “ Results of the round robin calibration of reference solar cells within the PhotoClass project “, International Journal of Metrology and Quality Engineering, 9, 8, August 2018, DOI: 10.1051/ijmqe/2018006

SPERLING A., MEYER M., PENDSA S., JORDAN W., REVTOVA E., POIKONEN T., RENOUX D. AND BLATTNER P., “ Multiple transfer standard for calibration and characterization of test setups for LED lamps and luminaires in industry”, Metrologia, 55, 2, 2018, DOI : 10.1088/1681-7575/aaa173

Communications

OBEIN G., “La candela, une touche d’humain dans le système international d’unités », Les jeudi de la mesure, LNE, Paris, juin 2018

OBEIN G., « Gloss constancy: principle, measurement and limits”, Workshop Open questions on gloss measurement, Madrid, Oct 2018

RABAL A., « Metrology of the specular peak for gloss scaling”, Workshop Open questions on gloss measurement, CSIC, Madrid, Oct 2018

Publications

DÖNSBERG T., MANOOCHERI F., SILDOJA M., JUNTUNEN M., SAVIN H., TUOVINEN E., RONKAINEN H., PRUNNILA M., MERIMAA M., TANG C. K., GRAN J., MÜLLER I., WERNER L., ROUGIE B., PONS A., SMID M., GAL P., LOLLI L., BRIDA G., RASTELLO M. L. IKONEN E., "Predictable quantum efficient detector based on n-type silicon photodiodes", Metrologia, 2017, 54, 821, DOI : 10.1088/1681-7575

GED G., “Métrologie du brillant : développement et caractérisation psychophysique d’échelles de brillant”, Thèse de doctorat en optique des milieux dilués spécialité lasers, nanosciences et métrologie. Sous la direction de M. E. Himbert et G. Obein, CNAM.

OBEIN G., SIMIONESCU M., DUBARD J., SEUCAN A., BASTIE J., “Luminous intensity bilateral comparison using lamps as transfer standards between LNE (France) and INM-RO (Roumania)”, Metrologia, 2017, 54, Tech. Suppl., DOI : 1088/0026-1394/54/1A/02002

PAGE M., OBEIN G., BOUST. C., RAZET. A., “Adapted Modulation Transfer Function Method for Characterization and Improvement of 3D printed surfaces”, Electronic Imaging, 2017, 8, 92-100. DOI : 10.2352/ISSN.2470-1173.2017.8.MAAP-279

STROTHKÄMPER C., FERRERO A., KOO A., JANNSON P., GED G., OBEIN G., KÄLLBERG S., AUDENAERT J., LELOUP F., VERDU F., PERALES E., SCHIRMACHER A., CAMPOS J, “Multilateral Spectral Radiance Factor Scale Comparison”, Applied Optics, 2016, 56, issue7, 1996-2006, DOI : 10.1364/AO.56.001996

 

Communications

CHANDOUL F., COUTIN J. M., ROUGIÉ B., "Improvement of the spectral responsivity measurements in the UV range at the French national metrology laboratory", NEWRAD 2017 Proceedings, Tokyo, Japan, 13-16 june 2017.

GED G., RABAL A. M., OBEIN G., “Absolute BRDF measurements with ultra-high angular resolution for the characterization of optical surfaces”, NEWRAD 2017 Proceedings, okyo, Japan, 13-16 june 2017.

VALIN T., DUBARD J., “ Monochromator based set-up for stray light characterization of industrial spectroradiometers” NEWRAD 2017 Proceedings, Tokyo, Japan, 13-16 june 2017.

ROUGIÉ B., VALIN M. H., “Thermodynamic measurement and validation of a high temperature blackbody for spectral radiance and irradiance reference” NEWRAD 2017 Proceedings, Tokyo, Japan, 13-16 june 2017

RABAL A. M., GED G., OBEIN G., “Gonio…? Performances et limitations”, Journée Tout sur la BRDF, Poitiers, juin 2017

GED G., RABAL A. M., OBEIN G., “De la BRDF au brillant”, Journée Tout sur la BRDF , Poitiers, juin 2017

GED G., RABAL A. M., HIMBERT M. E., OBEIN G., “Does the visual system extract more information than gloss in the specular direction ?”, CIE Midterm conference, Jeju Island, Republic of Korea, 21-28 October 2017

RABAL A. M., GED G., OBEIN G., “On the recommendation of solid angle of detection for BRDF measurement on glossy samples”, CIE TC 2-85 and JRP BiRD progress meeting, Jeju Island, Republic of Korea, 27 October 2017

DUBARD J., « LED et santé: état des connaissances” Salon des maires et des collectivités locales, Paris, 21-23 novembre 2017

DUBARD J., « LED : performance et sécurité sanitaire », Colloque FNCCR - Fédération nationale des collectivités concédantes et régies, Sénat, Paris, 12 décembre 2017