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Latempérature de couleur caractérise lacouleur d'unesource lumineuse : elle est la température ducorps noir (ouradiateur de Planck) dont l'apparence visuelle serait la même que celle de la source[1],[2]. Généralement, la couleur des sources ne correspond pas exactement à une des couleurs du corps noir, la température de couleur proximale est alors définie comme la température du corps noir dont l'apparence visuelle serait la plus proche de celle de la source[3],[2]. Le radiateur de Planck peut être considéré comme une source chauffée qui reste à l'équilibre thermique en libérant de lachaleur uniquement parrayonnement.
Enastronomie et enthermométrie, la mesure de laluminance énergétique sur deux bandes duspectre permet de déterminer la température de la source si l'on suppose qu'elle diffère peu de celle du corps noir.
La température de couleur est le plus souvent exprimée enkelvins (unité duSystème international), de symbole K. On utilise parfois la température inverse enmireds (ou mégakelvins inverses).
La température de couleur proximale est la température du corps noir qui a lachromaticité la plus proche de celle de la source étudiée.
Lespectre électromagnétique d'émission des sources lumineuses s'éloigne parfois considérablement du spectre calculé pour lecorps noir. Même celui de la lumière du jour présente avec celui-ci des différences notables[5]. La norme AfnorNFX 08-017 de décrit la « méthode d'évaluation de la température de couleur proximale des sources de lumière ». Elle remplace la norme expérimentale Afnor XP X08-017 de.
À partir de la répartition spectrale de la source (pour n'importe quelle grandeur énergétique qui peut être mesurée), il faut d'abord calculer les composantes dans le système colorimétriqueCIE 1931 XYZ avant d'obtenir les coordonnéesu etv dans le système colorimétriqueCIE 1960 UVW. Les droites de température constante (ou isotempérature) sont normales au lieu du corps noir dans le diagramme de chromaticitéuv. Après s'être assuré que la température de couleur proximale est bien comprises entre1 666,7 K et10 000 K, la méthode consiste à trouver, par un procédé itératif, la droite isotherme qui passe par le point représentatif de la chromaticité de la source. Ne reste plus qu'à vérifier que l'écart de chromaticité ΔC entre la source et le corps noir de même température de couleur n'a pas la valeur 0,05 en valeur absolue, sans quoi aucune température de couleur proximale ne peut être attribuée.
Mesure de la répartition spectrale de lumière émise
La seule mesure nécessaire est celle de la répartition spectrale de la source, quelle que soit la grandeur radiométrique, par intervalles de 5 nm entre 380 et 780 nm, rayonnée par la source étudiée.
Calcul des composantes CIE 1931 XYZ
Les composantes trichromatiques, et sont calculées avec quatre chiffres significatifs selon la méthode définie par :
Les fonctions colorimétriques, et sont définies par la norme NF EN ISO/CIE 11664-3 ou ISO/CIE 11664-3:2019(F)[6] . Le choix de permet d'obtenir la valeur = 100.
Calcul des coordonnées CIE 1960 UVW
Les coordonnées et dans le système CIE 1960 sont calculées selon les relations :
Vérification des conditions
Une fois les coordonnées trichromatiques dans le système CIE 1960 obtenues, il convient de vérifier que les conditions suivantes sont vérifiées, sans quoi le calcul n'est pas réalisable.
Méthode itérative
La température de couleur inverse est obtenue par une méthode itérative. Il s'agit de rechercher la température inverse qui annule l'écart de chromaticité tel que
où et sont les coordonnées trichromatiques dans le système à la température inverse, est la pente du lieu du corps noir, dans le diagramme de chromaticité, à cette même température. L'écart mesure la distance entre le point (représentatif de la couleur de la source dans le diagramme de chromaticité) et le point (projection du point sur la droite de température constante, normale au lieu de Planck). Ces dernières valeurs sont présentées tabulées dans l'annexe A de la norme NF X 08-017, par pas de 2,5 MK-1 entre 10 et 100 MK-1, puis par pas de 5 MK-1 entre 100 et 280 MK-1, et enfin par pas de 10 MK-1 entre 280 et 600 MK-1. Par essais successifs, les valeurs de évoluent entre des valeurs positives, pour les faibles valeurs de (hautes températures de couleur), vers des valeurs négatives pour les hautes valeurs de. Si l'une des valeurs de annule parfaitement,, c'est le cas n°1. Sinon, dans le cas n°2, la valeur de est obtenue par interpolation des valeurs, offrant la dernière valeur de positive, et, donnant la première valeur de négative :
Détermination finale
Si, c'est-à-dire dans le cas n°1, la température de couleur de la source vaut.
Dans le cas n°2, on calcule, puis :
Si, la température de couleur proximale de la source vaut. Sinon, la couleur de la source est trop éloignée de celle du corps noir : on ne peut pas lui attribuer de couleur de température proximale.
La température de couleur d'une source lumineuse est la température ducorps noir à l'équilibre thermique qui aurait la mêmechromaticité que la source. Lecorps noir est un modèle mathématique qui décrit une surface idéale qui absorberait tous les rayonnements et n'émettrait que parrayonnement thermique.
La température de couleur d'une source n'a de rapport avec latempérature effective de l'élément lumineux que si elle produit de la lumière parincandescence :flamme,lampe à incandescence,lampe à arc, lumière solaire, etc. Toutefois, les sources à incandescence, y compris les arcs électriques et la lumière des étoiles comme le Soleil, ne rayonnent qu'approximativement comme le corps noir. Souvent, notamment dans le cas des métaux, leur température de couleur proximale peut être supérieure à la température effective et la répartition spectrale n'est pas exactement celle que prévoit laloi de Planck[7].
Il est néanmoins intéressant de calculer l'efficacité lumineuse du rayonnement du corps noir (rapport entre le flux lumineux et la puissance rayonnée totale) exprimé enlumens parwatt. La fréquence du maximum d'émission du corps noir et saradiance croissent avec la température ; la première lui est proportionnelle, la seconde proportionnelle à sa puissance quatrième. De ce fait, quand la température est trop faible, la plus grande partie de la faible énergie rayonnée est invisible, dans l'infrarouge. Quand le maximum de radiance rentre dans lazone visible, l'efficacité augmente rapidement. Quand le maximum de radiance sort de la zone visible, une part croissante de la puissance est invisible, ce sont desultraviolets. Comme la radiance totale continue à croître et qu'une grande partie du rayonnement est encore visible, l'efficacité lumineuse diminue lentement. L'efficacité lumineuse maximale du corps noir se situe vers6 500 K, à environ 95 lumens par watt.
Pour les sourcesluminescentes (lampes à décharge,lampes à diodes électroluminescentes, etc.), la température est nettement inférieure à la température de couleur : leur spectre d'émission, plus concentré dans les régions de lalumière visible, diffère considérablement de celui du corps noir. Une lampe à LED peut fournir une lumière dont la température de couleur est6 000 K alors que sa température est à peine supérieure à celle de la température ambiante.
La couleur d'une source lumineuse artificielle varie du rouge orangé de la flamme d'une bougie (1 850 K) au bleuté (9 000 K) d'unarc électrique. Celle de la lumière du jour varie entre 4 000 et7 500 K selon qu'il s'agisse du soleil direct ou d'un éclairage à l'ombre, d'un temps couvert ou dégagé, de la hauteur du soleil sur l'horizon. Les spectres de la lumière du jour, dans différentes circonstances, sont difficiles voire impossibles à reproduire en lumière artificielle[8]. L'illustration ci-dessous représente différentes températures de couleur pour des sources lumineuses naturelles et artificielles comprises entre 1 000 et10 000 K[9].
La couleur des objets éclairés dépend du produit, longueur d'onde par longueur d'onde, de l'éclairement énergétique par le coefficient de réflexion diffuse de l'objet. Deux spectres différents peuvent donner la même couleur parmétamérisme, tandis que deux sources de même température de couleur peuvent donner deux couleurs différentes lorsqu'elles éclairent un même objet.
L'indice de rendu des couleurs (noté IRC, Ra, Ra8, etc.), défini par la recommandation AfnorFD X08-018[10] ou letelevision lighting consistency index (noté TLCI), défini par la normeEBU R 137[11], permettent, en complément de la température de couleur proximale, de caractériser la qualité de la lumière fournie par une source. Les méthodes sont similaires pour ces deux critères, les échantillons colorés diffèrent.
On définit lemired oumégakelvin inverse (MK-1) comme un million de fois l'inverse de la température de couleur,. Cette unité de température inverse est utilisée en photographie pour exprimer des différences de température de couleur. Une source ayant une petite différence en mireds avec la lumière principale, blanche par définition, apparaîtra approximativement de la même couleur, quelle que soit la température de couleur de la lumière principale, dans le domaine usuel de l'éclairage, de2 500 K (400 MK−1), à8 000 K (125 MK−1). Pour la corriger, on lui ajoutera le même filtre correcteur[12].
Le seuil à partir duquel un observateur ordinaire décèle une différence de température de couleur entre deux éclairants est de 5,5 MK−1 dans des conditions de laboratoire proches de celles d'un spectacle[13].
En général, une petitecorrection de couleur est encore nécessaire, particulièrement pour les écarts importants et pour compenser les différences de spectre et les particularités du local.
Au milieu duXXe siècle,Arie Andries Kruithof (en) a utilisé deslampes à incandescence et destubes fluorescents pour produire des éclairages d'intensité et de température de couleur contrôlables, sans toutefois indiquer sa méthode expérimentale[14]. Il en a conclu que la zone de confort varie. Les éclairements faibles sont selon lui plus agréables avec des températures de couleur relativement basses[15]. Des expériences plus récentes ne valident que partiellement ses conclusions[16], tandis que d'autres réfutent le lien entre éclairement, température de couleur et confort visuel[14]. Cependant, on se sert fréquemment dudiagramme de Kruithof (en) pour choisir l'éclairage d'un lieu.
On parle souvent de couleur « chaude » quand elle tire vers l'orangé, et de couleur « froide » lorsqu'elle tire vers le bleu[17]. Ces termes remontent à une époque où les artistes s'appuyaient uniquement sur leur perception et leur expérience du mélange despigments, deux siècles avant les débuts de lacolorimétrie. Une lumière chaude correspond à un éclairage à la bougie ou avec une lampe à incandescence, avec une température de couleur plus basse que celle d'une lumière froide, comme celle du jour. Cette contradiction s'explique par le fait que les sources de lumière chaude, dont la température est basse, rayonnent plus d'infrarouges, ressentis sur la peau comme de lachaleur, que d'énergie lumineuse. Une bougie chauffe plus qu'elle n'éclaire. Une lumière froide, comme celle d'une fenêtre ouvrant vers le nord (dans l'hémisphère nord), sans soleil direct, donne au contraire beaucoup de lumière, sans sensation de chaleur.
L'arrêté du relatif à la prévention, à la réduction et à la limitation des nuisances lumineuses[18] impose, pour les éclairages extérieurs, que la température de couleur ne dépasse pas la valeur maximale de3 000 K en agglomération et hors agglomération. Dans le périmètre des cœurs de parcs nationaux classés par les décrets de création des parcs nationaux mentionnés aux articlesL. 331-2 du même code, les températures de couleur maximales de l'éclairage sont de2 700 K en agglomération et de2 400 K hors agglomération.
Pour l'éclairage des plans de travail, l'éclairement lumineux recommandé varie ainsi avec la température de couleur[19]. Pour les écrans, la recommandationsRGB, eninfographie, comme les recommandationsITU-R BT 709 etITU-R BT 2020, en télévision, définissent le blancD65 (daylight6 500 K) comme blanc de référence.
Dans les musées, comme dans les lieux où une bonne vision descouleurs est nécessaire, un éclairement assez important associé à une température de couleur élevée est souhaitable ; mais l'intensité des rayonnements lumineux bleus etultraviolets est un facteur connu de la détérioration despigments les plus fragiles et de la prolifération de moisissures qui attaquent la surface des œuvres. Ce qui est admissible pour une exposition temporaire ne l'est pas nécessairement pour une longue durée. L'apparence des couleurs dépend de l'éclairage ambiant, qui n'est pas nécessairement identique à celui du tableau ; le rendu de la peinture à l'huile dépend aussi dans une large mesure de la direction de la lumière incidente. L'éclairage des tableaux est une question d'interprétation, tenant compte éventuellement de la lumière du lieu pour lequel ils ont été créés, dont la température de couleur n'est qu'un des aspects[20].
Les fabricants d'éclairage àtube oulampe fluorescente et àLED proposent différentes températures de couleur. On trouve sur ces lampes un code à trois chiffres qui condense l'indication de la température de couleur proximale et de l'indice de rendu de couleur (IRC). L'indice de rendu de couleur indique la capacité d’un éclairage à restituer les couleurs d’un objet par rapport à celles produites avec une source équivalent à un corps noir de même température de couleur. Le premier chiffre du code est celui des dizaines de l'IRC, les deux suivants sont les deux premiers de la température de couleur[21].
La plupart des lampes fluocompactes vendues au grand public ont le code 827 :
Ces lampes ont donc un rendu de couleur correct et une température de couleur proche de celle des lampes à incandescence.
On trouve des lampes avec les codes 830, 840, 865 désignant des lampes à 3 000, 4 000 ou6 500 K (lumière du jour). Pour des travaux de précision (prothétique dentaire, imprimerie, textile, muséographie, photographie, tables lumineuses), on choisit des lampes marquées 9xx (930, 940, 950 et 965 de température de couleur 3 000, 4 000, 5 000 ou6 500 K), avec un IRC supérieur à 90 %, avec un moindre risque demétamérisme.
Les spectrocolorimètres permettent, à partir de la mesure de la répartition de l'éclairement énergétique ou de la luminance énergétique, de déterminer toutes les propriétés colorimétriques de la source.
Lesthermocolorimètres utilisés enphotographie indiquent la température de couleur de la source, permettant de choisir unfiltre optique compensateur, avec l'indication du filtre correcteur de couleur nécessaire qu'il faut y ajouter, par exemple10 M[22]. Cette température de couleur diffère de la température de couleur proximale d'autant plus que la correction supplémentaire est importante. Comme on le voit sur le diagramme, les lignes de même température de couleur proximale ne se dirigent pas vers la position des primaires.
Pour mesurer la température d'un corps enthermométrie infrarouge, on mesure la puissance des émissions dans deux bandesinfrarouge choisies dans le domaine le plus pertinent par rapport à la plage de température que l'on veut mesurer. Le rapport trouvé entre les émissions d'un corps noir dans ces deux bandes varie selon sa température. On assimile l'objet à un corps noir, et le résultat obtenu à une mesure de température.
Enastronomie, on procède de même avec des lumières qui ne sont pas nécessairement dans lespectre visible. On mesure les intensités dans deux bandes spectrales, et la température de couleur est celle du corps noir dont l'émission dans ces bandes serait dans le même rapport, déterminée grâce audiagramme de Hertzsprung-Russell. Latempérature effective de l'astre émetteur n'est égale à cette mesure que si son spectre n'est pas trop distordu par desbandes d'absorption ou d'émission. La température de couleur desétoiles définit leurtype spectral[23]. Latempérature d'équilibre à la surface d'une planète est la température théorique d'uneplanète considérée comme un corps noir. On peut obtenir des températures de couleur beaucoup plus diverses qu'en éclairage. Les étoiles detype O ont une température de surface supérieure à25 000 K. L'éclair de la foudre atteint30 000 K[24].
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[PDF], surtech.ebu.ch,.
