Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2019 dans le domaine « Radiométrie-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

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.

Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2018 dans le domaine « Radiométrie-Photométrie »

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

Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2017 dans le domaine « Radiométrie-Photométrie »

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

Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2016 dans le domaine « Radiométrie-Photométrie »

Publications

COUTIN J-M, ROUGIE B.: « Caractérisation et validation d'un nouveau radiomètre cryogénique au LCM », Revue Française de Métrologie, 41, 2016-1, 11-20, DOI : 10.1051/rfm/2016002

DUBARD J., VOYER J., HAMEURY J., BUTEAU F., « Qualification métrologique de spectrophotomètre : un guide pour les industriels », Revue Française de Métrologie, 41, 2016-1, 3-10, DOI : 10.1051/rfm/2016001

DUBARD J., GUIMIER S., VALIN T., OBATON A-F., BUTEAU F., « Spectroradiométrie UV: application au contrôle des cabines de bronzage », Revue Française de Métrologie, 42, 2016-2, 45-54,DOI : 10.1051/rfm/2016010

GED G., LELOUP F., DE WIT Y., OBEIN G., “Intercomparison of visual gloss psychometric scales”, 2016, Proceedings of 4th CIE Expert Symposium on Colour and Visual Appearance, Prague, CZ.

LELOUP F., AUDENAERT J., OBEIN G., GED G., HANSELAERE P., "Repeatability and reproducibility of specular gloss meters in theory and practice", 2016, J Coat Technol Res.

PAGE M., BOUST C., MÉLARD N., ROBCIS D., OBEIN G., ORTIZ SEGOVIA M., “3D surface acquisition : Comparison of two microtopographic equipments when measuring materials of cultural heritage”, 2016, Proceedings of 4th CIE Expert Symposium on Colour and Visual Appearance, Prague, CZ.

TURBIL C., GOZHYK I., TEISSEIRE J., OBEIN G., GED G., “BRDF measurement and simulation of patterned surfaces to foresee its visual rendering”, 2016, Proceedings of 4th CIE Expert Symposium on Colour and Visual Appearance, Prague, CZ.
 

Communications

OBEIN G., "Lumière et éclairage", Conférence à destination des enseignants du second degré dans le cadre du Plan Académique de Formation (PAF) du Musée du CNAM, Paris, 21 janvier 2016.

GED G., “Visual measurements at LNE-Cnam”, xDReflect progress meeting, Gant, Belgique, 27 janvier 2016.

OBEIN G., "Recommendation on the geometrical parameters for the measurement of the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF)”, CIE TC2-85, Melbourne, Australie, 8 Mars 2016.

OBEIN G.  “Team Metrology of appearance of LNE-CNAM”, Kick-off meeting projet Imagin, Futuroscope, 8 Juin 2016.

OBEIN G., "Discussion on the complexity of (real) specular peaks”, xDReflect progress meeting, Turin, Italie, 21 juin 2016.

OBEIN G., "Metrological issues related to BRDF measurements around the specular direction in the particular case of glossy surfaces”, xDReflect progress meeting, Turin, Italie, 21 juin 2016.

GED G., "Intercomparison of perceptual functions of glossy samples”, xDReflect progress meeting, Turin, Italie, 21 juin 2016.

ISTRATE D., ETIENNE R., DUBARD J., LITWIN A., ENOUF O., "Determination of the Verdet constant of low birefregence single-mode optical fiber ", CPEM 2016, Ottawa, Canada, July 2016

OBEIN G., "Gloss”, CIE Tutorial on Visual Appearance Fundamentals and Measurement, Prague, Republique Tchèque, 6 septembre 2016.

OBEIN G., "The measurement of gloss at LNE-CNAM”, Kick-off meeting of MUVApp project, Prague, Republique Tchèque, 8 septembre 2016.

OBEIN G., "Recommendation on the geometrical parameters for the measurement of the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF)”, CIE TC2-85, Prague, Republique Tchèque, 9 septembre 2016.

OBEIN G., «Accessing the specular peak of glossy surfaces”, Présentation au final meeting de l’ITN PRISM, Rauischholzhausen Castle, Allemagne, 21 octobre 2016.

GED G., “Exploration métrologique du pic spéculaire” Présentation au Workshop Propriétés optiques de nanostructures et apparence, Insitut d’optique d’Aquitaine, Bordeaux, 22 novembre 2016.

DUBARD J., “ Classification photovoltaïque : Météorologie et paramètre énergétique- Etat de l’art “, Journée technique du Comité Français de la Métrologie, Paris, 6 décembre 2016

 

Le LNE réalise l'étalonnage de radiomètres dans le domaine Ultraviolet. Les besoins métrologiques sont principalement pour trois longueurs d’onde liées aux sources à vapeur de mercure basse pression utilisées dans l’industrie: 365 nm pour les UVA, 313 nm pour les UVB  et 254 nm pour les UVC. Les besoins industriels pour la stérilisation, la décontamination de l'eau, de l'air ou des surfaces afin d'éviter des solutions chimiques, nécessitent une augmentation du niveau d’éclairement UVC de près d’un facteur 10 par rapport au banc actuellement utilisé au LNE.

Objectifs

Développer un banc d'étalonnage de radiomètre UVC à la longueur d’onde de 253,7 nm

Le niveau d’éclairement énergétique devra pouvoir atteindre 150 W/m² sur une surface de 2 cm² minimum avec une uniformité de l’ordre de 5 %

Résumé et premiers résultats

Ce projet a pour objectif de développer un banc d'étalonnage de radiomètre UVC et plus particulièrement à la longueur d’onde de 253,7 nm qui correspond à une longueur d’onde d’émission d’une lampe mercure basse pression utilisée par les industriels . Le niveau d’éclairement énergétique devra pouvoir atteindre 150 W/m² sur une surface de 2 cm² minimum avec une uniformité de l’ordre de 5 %. Le banc devra utiliser une source non basée sur un arc mercure haute pression. Plusieurs technologies seront étudiées : source LED UV,  laser UV, ensemble de lampes mercure basse pression. Ces nouvelles sources nous permettront de gagner un facteur 10 sur le niveau d’éclairement actuel et ainsi atteindre l’objectif souhaité.

Actuellement le banc du LNE utilise un arc mercure haute pression de 1000 W. Cette lampe ne possède pas d’émission à 253,7 nm mais une raie intense et large centrée à 250 nm. Afin d’éliminer les autres raies du mercure et de réaliser un étalonnage à 253,7 nm un filtre interférentiel centré à 254 nm ayant une transmission maximum de 15 à 20 % avec une largeur spectrale de 10 nm est placé sur le chemin optique. Cette configuration ne permet d’atteindre qu’un éclairement de 20 W/m² quand toutes les optiques (simulateur solaire, lampe et filtres) sont neuves.

Impacts scientifiques et industriels

Au -delà des améliorations du procédé de mesures, de validations de nouvelle technologie en terme de source UVC, si la solution LED est retenue, l'impact du projet est de doter le LNE d'un moyen d'étalonnage qui pourra proposer des niveaux d’éclairement équivalents à ceux utilisés dans l’industrie  pour la décontamination en utilisant si possible des sources de nouvelles technologies.

Ce projet rentre dans le champ de la spectrophotométrie et concerne les grandeurs en lien avec la mesure de l’apparence visuelle des matériaux. En particulier, les travaux concernent la mesure de la transmittance et de la diffusion de volume, ce qui permettra de caractériser la transparence et la translucidité des matériaux. Ces deux attributs qui ont une importance particulière dans la cosmétique, l’alimentaire, l’emballage et la synthèse d’image (notamment pour le rendu de la peau et de la pierre).

Objectifs

Faire progresser la métrologie primaire dans le domaine de la spectrophotométrie en définissant deux nouvelles quantités : la fonction de distribution du facteur de transmission bidirectionnel (BTDF) et la fonction de distribution de facteur de diffusion de surface bidirectionnel (BSSRDF)

Pour ces deux quantités, 2 réalisations seront mises au point, des artefacts de transfert seront conçus et la traçabilité sera testée

Etude des problèmes métrologiques liés à la mesure de la BRDF (fonction de distribution de la réflectivité bidirectionnelle), notamment sur les effets de polarisation, de speckle, de traçabilité lorsque les mesures sont réalisées sur des petites surfaces

Résumé et premiers résultats

Ce projet rentre dans le champ de la spectrophotométrie et concerne les grandeurs en lien avec la mesure de l’apparence visuelle des matériaux. Le projet xDReflect (2012-2015) avait permis de faire des progrès significatifs sur la mesure de la réflectance et la caractérisation du goniochromatisme, du brillant et du scintillant. BxDiff s’attèle lui à la mesure de la transmittance et de la diffusion de volume, ce qui permettra de caractériser la transparence et la translucidité des matériaux. Ces deux attributs qui ont une importance particulière dans la cosmétique, l’alimentaire, l’emballage et la synthèse d’image (notamment pour le rendu de la peau et de la pierre). Les problèmes sont que la grandeur permettant la mesure de la transparence, la fonction de répartition de la réflectance bidirectionnelle (BTDF) n’est pas implémentée aujourd’hui dans les laboratoires nationaux de métrologie, et que la grandeur permettant la mesure de la translucidité, la fonction de répartition de la diffusion de surface (BSSRDF) n’est même pas clairement définie aujourd’hui. BxDiff va s’attacher à définir et mettre en pratique ces nouvelles mesures, à développer des artefacts de transfert et à tester la chaine de traçabilité de ces grandeurs.

En parallèle, BxDiff permettra de prolonger le travail d’xDReflect sur la réflectance, en ciblant des points particulièrement sensibles en termes de métrologie et en amont de futures applications industrielles. Il s’agira concrètement de monter d’un cran l’incertitude de mesure au plus haut niveau, de valider les échelles de BRDF hors du plan d’incidence, et de comprendre et s’acquitter des problèmes de speckle, de polarisation et de mesure sur les petits échantillons.

Le LNE-Cnam coordonne ce projet. Fort de son équipement de mesure ConDOR, il sera fortement impliqué dans la caractérisation du speckle dans la mesure de BRDF. Cette étude sera menée en collaboration avec l’Université Jean Monet de Saint-Etienne. De plus, une nouvelle ligne instrumentale sera montée sur le goniospectrophotomètre pour réaliser une mesure de la BSSRDF, qui sera confrontée à la réalisation du partenaire espagnole CSIC. Le laboratoire validera également, à l’occasion de ce projet, son échelle de BRDF dans, et hors du plan d’incidence et développera une échelle de BTDF, ce qui lui permettra de demander de nouvelles aptitudes en matière de mesures et d'étalonnage pour ces deux grandeurs.

En coordonnant ce projet, qui implique 9 laboratoires nationaux de métrologie, 4 universités et 4 partenaires industriels, le laboratoire maintient son rang dans le domaine de la mesure de l’apparence au plus haut niveau mondial.

Impacts scientifiques et industriels

Ce projet aura un impact important pour une large communauté. L'impact le plus direct est attendu dans le domaine de la métrologie, où de nouvelles installations de mesure primaires et de nouvelles chaines de traçabilité seront définies pour de nouvelles grandeurs. Il est prévu aussi que les fabricants de spectrophotomètres et les laboratoires d’essais tirent également parti du projet à court terme. À plus long terme, toutes les industries qui travaillent sur l’apparence des objets bénéficieront de ce projet car les progrès de la mesure contribueront à améliorer le contrôle de la qualité des objets réels, ainsi que leurs reproductions virtuelles.

Publications et communications

Site web du projet : 

https://bxdiff.cmi.cz/

Partenaires

Le projet BxDiff, coordonné par le LNE-Cnam, regroupe 17 partenaires dont 9 laboratoires nationaux de métrologie, 4 universités et 4 partenaires industriels.

Les mesures radiométriques, photométriques ainsi que les mesures spectrales avec la radiométrie à filtre sont de plus en plus utilisées dans les domaines de la surveillance du climat, du traitement médical, de l’industrie de la santé, de l’éclairage à économie d’énergie et bien d’autres applications. Dans tous ces domaines, la traçabilité au SI passe par la sensibilité spectrale des détecteurs. Le détecteur à efficacité quantique calculable (Predictable Quantum Efficient Detector - PQED) a été développé en tant qu'étalon quantique ayant une efficacité quantique interne calculable (Internal Quantum Efficiency – IQE). Le PQED a été ratifié dans la Mise en Pratique pour la définition de la candela, en tant qu'étalon primaire alternatif à la référence primaire bien établie- le radiomètre cryogénique.

Objectifs

Développer de nouvelles techniques expérimentales pour les mesures de puissance optique sur une large gamme spectrale et dynamique grâce à la fabrication d'un détecteur qui combine, en un seul instrument, deux détecteurs autonomes primaires indépendants : un semi-conducteur (PQED -Predictable Quantum Efficient Detector) et un thermique (CESR -Radiomètre à substitution électrique cryogénique)

Développer un cryostat versatile, permettant l’étude de la sensibilité des photodiodes à des températures contrôlables variant entre 4 K et 80 K

Résumé et premiers résultats

Le projet européen ChipS•CALe vise à développer de nouvelles techniques expérimentales pour combiner, en un seul instrument, deux détecteurs autonomes primaires indépendants: un semi-conducteur (PQED -Predictable Quantum Efficient Detector) et un thermique (CESR -Radiomètre à substitution électrique cryogénique). Ce dispositif sera capable d’établir un lien fort avec le SI révisé en permettant la mesure du rapport e/h des deux constantes fondamentales. Cette implantation de deux étalons sur une même puce facilitera également l'auto-étalonnage des photodiodes à température ambiante. L'étude des matériaux semi-conducteurs et l'optimisation de modèles de simulation 3D permettront d'obtenir des performances optimales des PQEDs en mode quantique à température cryogénique. Des mesures à une seule longueur d'onde suffiront pour prédire la sensibilité spectrale de 400 nm à 850 nm sur une grande dynamique.

Impacts scientifiques et industriels

La recherche proposée conduira à la mise au point d’un détecteur étalon simplifié, avec des fonctionnalités opérationnelles semblables aux détecteurs de transfert existants et dont le coût est similaire. Cet étalon primaire pourra être intégré directement dans les applications et permettra de raccourcir la chaîne de traçabilité.

Les principes et méthodes développés dans le projet encourageront et consolideront la mise en œuvre du nouveau système SI ainsi que la position de la communauté radiométrique au sein du SI. Dans ce contexte, le CCPR a demandé que des mesures radiométriques des constantes fondamentales soient réalisées : c'est ce qui sera démontré dans ce projet avec une exactitude sans précédent, en mesurant le rapport des constantes fondamentales e/h en comparant deux étalons primaires indépendants et intrinsèquement différents dans un seul dispositif. Ces mesures contribueront ainsi à la cohérence du système SI mettront en évidence l'équivalence entre les étalons.

Avec la commercialisation des photodiodes « auto-étalonnables », la communauté disposera d'un nouvel étalon sous forme de "puce" pour mesurer la puissance optique avec une exactitude jamais atteinte. Les partenaires du projet étant aussi les principaux participants au CCPR, les résultats du projet seront intégrés à la planification stratégique du CCPR et aux révisions envisagées de la mise en pratique de la candela.

Publications et communications

Site web du projet ChipS•CALe : 

http://chipscale.aalto.fi/ 

Partenaires

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet européen ChipS•CALe, "Self-calibrating photodiodes for the radiometric linkage to fundamental constants". Les partenaires sont : JV (Norvège), Aalto (Finlande), CMI (Rép. Tchèque), INRIM (Italie), Metrosert (Estonie), PTB (Allemagne), UME (Turquie).

Une université norvégienne, HSN, et deux instituts de recherche norvégiens, IFE et SINTEF, ayant une grande expérience sur la technologie des semi-conducteurs participent également au projet en tant partenaires externes hors EURAMET.

Objectifs

Réalisation et qualification de la liaison optique guidée entre le monochromateur et le radiomètre à étalonner, pour des mesures entre 200 nm et 2 450 nm, dans un environnement spatial.

Résumé et premiers résultats

Image
ENV-RO-02Fig0

Le projet européen, coordonné par le NPL, a pour objectif d’initier un centre européen virtuel d’observation du climat et de la Terre depuis l’espace, en rassemblant non seulement les spécialistes des mesures (capteurs et traçabilité) mais aussi les spécialistes de la météorologie, et de réaliser un laboratoire de mesure en orbite qui permettrait d’effectuer des mesures avec les mêmes incertitudes que celles obtenues en laboratoire.

Les travaux sont répartis entre 12 partenaires et sont organisés en 4 lots de tâches techniques :

  1.  Étalonnages des instruments avant embarquement ;
  2. Développement de références pour l’étalonnage à bord ;
  3. Mesures à bord pour assurer la traçabilité des instruments ;
  4. Mise en œuvre d’un laboratoire dans l’espace pour les mesures de données sur le climat.

Le projet a débuté le 1er octobre 2011 pour une durée de 3 ans. Le LCM est impliqué dans le lot de tâches techniques n° 4 pour le développement de la liaison par fibre optique entre le monochromateur et le radiomètre à étalonner pour des mesures entre 200 nm et 2 450 nm.

Les différents faisceaux de fibres ont été définis suivant le cahier des charges fournit par le NPL dont les principales caractéristiques sont : un taux de transmission de 70 % au minimum, une couverture totale du spectre solaire (200 nm – 2 450 nm), une compatibilité avec l’environnement spatial et des pertes induites par le déplacement des faisceaux (déplacement de 30 cm) entre le radiomètre cryogénique (CSAR) et le radiomètre de mesure (PTR) inférieures à 0,05 %.

Le choix du type de fibre a été fait. Il y aura 2 types de faisceaux : UV/visible de 200 nm à 1 000 nm et visible/IR de 1 000 nm à 2 500 nm. Les premiers faisceaux ont été livrés et testés en 2013 : contrôle optique de l’état de surface des extrémités, vérification de l’arrangement des fibres à l’intérieur du faisceau et mesure de la transmission du faisceau de fibres, puis test de la stabilité mécanique des faisceaux de fibres.

En conclusion, les premiers faisceaux réalisés et testés en 2013 ne sont pas assez performants. La raison principale est le mauvais positionnement des fibres dans le faisceau. Ce mauvais positionnement induit une transmission optique trop faible. Une autre proposition a permis d’augmenter d’environ 25 % le nombre de fibres dans chaque faisceau et de modifier l’arrangement des fibres afin de minimiser les espaces vides. Les caractéristiques de transmission du faisceau de fibres répondent finalement au cahier des charges exigé pour ce projet européen. Le faisceau a donc été transmis au NPL en septembre 2014 pour une qualification plus complète après intégration dans le système de mesure radiométrique destiné aux mesures dans l’espace.

Impacts scientifiques et industriels

  • Disposer de mesures traçables des rayonnements optiques réalisées vers la Terre depuis l’espace afin de donner confiance aux mesures réalisées et du crédit aux analyses des résultats obtenus ;
  • Réaliser des mesures radiométriques dans l’espace avec des incertitudes aussi faibles que celles réalisées en laboratoire.

Publications et communications

ETIENNE R. et DUBARD J., “Emrp-env04: traceable radiometry for remote measurement of climate parameters”, 16e congrès international de métrologie, Paris, France, 7-10 octobre 2013, DOI: 10.1051/metrology/201314009.

Partenaires

Partenaires du JRP-ENV04 :

  • NPL (United Kingdom),
  • Aalto (Finland),
  • INRIM (Italy),
  • JRC (Commission européenne),
  • LNE (France),
  • Mikes (Finland),
  • PTB (Germany),
  • SFI Davos (Switzerland),
  • BUW (Germany),
  • DLR (Germany),
  • FGI (Finland),
  • FZJ (Germany).

Résumé de la thèse

La définition la plus récente de la candela, adoptée en 1979 par la 16e 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.

Résumé de la thèse

Le développement des LED de forte puissance au début des années 2000 a engendré un besoin de caractérisation des propriétés radiométriques, photo-métriques et colorimétriques de ces sources essentiellement pour des applications d’éclairage général.

L’équipe « Rayonnements optiques » du LNE-INM a étudié ces trois aspects en travaillant sur la thématique de la qualité de la lumière par le biais du rendu des couleurs lié à la perception visuelle. Ces études ont été effectuées à partir de mesures physiques et visuelles sur des échantillons colorés éclairés par des LED montées dans une cabine à lumière.

Les mesures physiques ont porté sur les répartitions spectrales des éclairages à LED à partir desquelles des paramètres colorimétriques (coordonnées chromatiques, température de couleur proximale, indices de rendu des couleurs) ont pu être évalués. L’analyse métrologique de ces données expérimentales a été réalisée à l’aide de la méthode numérique de Monte-Carlo.

Les mesures visuelles ont été obtenues à partir d’une expérience psychophysique reposant sur une méthode de comparaison par paires permettant de quantifier la qualité des éclairages à LED sur plusieurs échantillons colorés. L’analyse des résultats a permis d’obtenir un classement des éclairages à LED, du meilleur au moins bon, pour chaque échantillon.

La confrontation des résultats issus des mesures physiques et des mesures visuelles a permis de proposer des pistes de quantification du rendu des couleurs des LED. Les résultats obtenus ont été transmis au comité technique (TC 1-69) de la Commission internationale de l’éclairage (CIE) qui a pour rôle de définir une nouvelle recommandation pour l’évaluation des propriétés de rendu des couleurs des sources lumineuses d’ici fin 2010.

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