Photométrie : Qu'est-ce que c'est?

La photométrie est la science de la mesure de la lumière en termes de sa luminosité perçue par l'œil humain. Elle est différente de la radiométrie, qui mesure l'énergie rayonnante (y compris la lumière) en termes de puissance absolue. La photométrie ne considère que la gamme de longueurs d'onde visibles (lumière) qui peuvent stimuler l'œil humain.

L'œil humain peut détecter le rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 370 nm et 780 nm. Cette plage est appelée spectre visible ou simplement lumière. Le rayonnement dont la longueur d'onde est plus courte que celle de la lumière est appelé rayonnement ultraviolet, et le rayonnement dont la longueur d'onde est plus longue que celle de la lumière est appelé rayonnement infrarouge. La photométrie n'inclut pas le rayonnement ultraviolet ou infrarouge.

La photométrie est basée sur la réponse de l'œil à la lumière en fonction de la longueur d'onde. L'œil n'est pas également sensible à toutes les longueurs d'onde de la lumière. Il est plus sensible à la lumière verte et moins sensible à la lumière rouge et violette. L'œil s'adapte également à différents niveaux de luminosité. Il a deux modes de vision : la vision photopique et la vision scotopique.

La vision photopique est la réponse de l'œil à des niveaux élevés de luminosité, comme pendant la journée ou sous un éclairage artificiel. La vision photopique peut distinguer les couleurs et les détails. La vision scotopique est la réponse de l'œil à des niveaux faibles de luminosité, comme pendant la nuit ou sous la lumière des étoiles. La vision scotopique ne peut pas discerner les couleurs et a une résolution faible. Il existe également une zone de transition entre la vision photopique et scotopique appelée vision mésopique.

La photométrie utilise des modèles standardisés de la réponse de l'œil à la lumière à différentes longueurs d'onde et niveaux de luminosité. Ces modèles sont appelés fonctions de luminance. Ils sont utilisés pour pondérer la puissance rayonnante à chaque longueur d'onde par un facteur qui représente la sensibilité de l'œil à cette longueur d'onde. La fonction de sensibilité la plus couramment utilisée est la fonction de sensibilité photopique, qui modélise la réponse de l'œil dans des conditions photopiques. D'autres fonctions de sensibilité incluent la fonction de sensibilité scotopique et la fonction de sensibilité mésopique.

La photométrie a de nombreuses applications dans divers domaines de la science, de l'ingénierie et de l'art. Elle est utilisée pour mesurer et caractériser la luminosité, la couleur et la qualité des sources lumineuses, des matériaux et des objets. Elle est également utilisée pour étudier les effets de la lumière sur la santé, le comportement et la perception humaine.

Dans cet article, nous explorerons en détail certains types, principes, applications et fonctionnement de la photométrie. Nous discuterons également des instruments et unités utilisés pour les mesures photométriques.

Qu'est-ce que la photométrie par fibre optique ?

La photométrie par fibre optique est une technique utilisée en neurosciences pour enregistrer l'activité neuronale chez des animaux vivants. Elle utilise des fibres optiques pour délivrer de la lumière d'excitation aux neurones exprimant des indicateurs fluorescents et collecter la fluorescence émise par ceux-ci.

Les indicateurs fluorescents sont des molécules qui changent leurs propriétés de fluorescence en réponse à des changements dans certains paramètres biologiques, tels que la concentration en calcium, voltage, neurotransmetteurs, etc. En utilisant des indicateurs fluorescents codés génétiquement (GEFIs), tels que les GCaMPs, il est possible de cibler des types spécifiques de neurones ou des régions cérébrales pour l'enregistrement optique.

La photométrie par fibre optique permet de surveiller l'activité moyenne de grandes populations de neurones au fil du temps. Elle peut être utilisée pour corrélater l'activité neuronale avec des événements comportementaux ou des stimuli chez des animaux en mouvement libre. La photométrie par fibre optique présente des avantages par rapport à d'autres techniques d'enregistrement optique, telles que la microscopie à deux photons ou l'imagerie calcique, en termes de simplicité, d'efficacité économique, de portabilité et de scalabilité.

Cependant, la photométrie par fibre optique a également certaines limites, telles qu'une résolution spatiale faible, une contamination du signal par la fluorescence de fond ou des artefacts de mouvement, et un potentiel de dommage tissulaire ou d'inflammation dû à l'implantation de la fibre.

Qu'est-ce que la photométrie de flamme ?

La photométrie de flamme est une technique utilisée pour l'analyse chimique afin de déterminer la concentration de certains ions métalliques dans un échantillon. Elle est également connue sous le nom de spectroscopie d'émission de flamme ou de spectroscopie d'émission atomique de flamme.

La photométrie de flamme repose sur le principe selon lequel certains ions métalliques émettent des longueurs d'onde caractéristiques de lumière lorsqu'ils sont chauffés dans une flamme. L'intensité de la lumière émise est proportionnelle à la concentration des ions métalliques dans l'échantillon.

La photométrie de flamme est principalement utilisée pour les métaux alcalins (groupe 1) et les métaux alcalino-terreux (groupe 2), tels que le sodium, le potassium, le calcium, le lithium, etc. Ces métaux ont des énergies d'ionisation faibles et peuvent être facilement excités par l'énergie thermique d'une flamme.

Pour effectuer la photométrie de flamme, une solution d'échantillon contenant les ions métalliques est pulvérisée dans une flamme (généralement une flamme air-acétylène). La flamme vaporise et atomise l'échantillon en ses éléments constitutifs. Certains de ces atomes sont ensuite excités à des niveaux d'énergie supérieurs en absorbant l'énergie thermique de la flamme. Ces atomes excités retournent finalement à leur état fondamental en émettant des photons de lumière avec des longueurs d'onde spécifiques correspondant à leurs transitions d'énergie.

La lumière émise est ensuite collectée par un système de lentilles et passée à travers un monochromateur (un dispositif qui sélectionne une gamme étroite de longueurs d'onde). Le monochromateur ne laisse passer que la longueur d'onde de lumière souhaitée correspondant à l'ion métallique d'intérêt pour atteindre un détecteur (généralement un tube photomultiplicateur ou un photodiode). Le détecteur convertit le signal lumineux en un signal électrique qui peut être mesuré par un compteur ou un enregistreur.

La concentration de l'ion métallique dans l'échantillon peut être calculée en comparant l'intensité de la lumière émise avec une courbe standard obtenue à partir de concentrations connues du même ion métallique.

Qu'est-ce que la photométrie de réflectance ?

Réflectance, la photométrie de réflectance est une technique utilisée pour mesurer la couleur ou les propriétés de réflectance d'une surface ou d'un objet. Elle repose sur le principe que différentes surfaces réfléchissent différentes quantités et longueurs d'onde de lumière en fonction de leurs caractéristiques physiques et chimiques.

La photométrie de réflectance utilise une source de lumière (généralement une lumière blanche) pour illuminer une surface ou un objet à un certain angle. La lumière réfléchie par la surface ou l'objet est ensuite mesurée par un détecteur (généralement un spectrophotomètre ou un colorimètre) à un autre angle.

Le détecteur analyse le spectre ou l'intensité de la lumière réfléchie à différentes longueurs d'onde et la compare à un standard de référence (généralement une surface blanche). Les propriétés de couleur ou de réflectance de la surface ou de l'objet peuvent être exprimées par divers paramètres, tels que la teinte (longueur d'onde dominante), la saturation (pureté), la luminosité (luminance), les coordonnées chromatiques (x, y, z), l'indice de couleur (CIE Lab*), etc.

La photométrie de réflectance peut être utilisée à diverses fins, telles que le contrôle de qualité, l'appariement des couleurs, l'identification des couleurs, la communication des couleurs, etc. Elle peut être appliquée à divers matériaux et objets, tels que les peintures, les textiles, les plastiques, les métaux et les céramiques.

Quelles sont les grandeurs et les unités photométriques ?

Les grandeurs photométriques sont dérivées des grandeurs radiométriques en appliquant la fonction de luminance comme facteur de pondération. La fonction de luminance représente la réponse relative de l'œil humain à différentes longueurs d'onde de lumière. La fonction de luminance la plus couramment utilisée est la fonction de sensibilité photopique, qui modélise la réponse de l'œil dans des conditions lumineuses. D'autres fonctions de luminance incluent la fonction de sensibilité scotopique, qui modélise la réponse de l'œil dans des conditions sombres, et la fonction de sensibilité mésopique, qui modélise la réponse de l'œil dans des conditions intermédiaires.

Quels sont les instruments et méthodes photométriques ?

Les instruments photométriques sont des appareils qui mesurent les grandeurs photométriques en utilisant diverses méthodes et principes. Certains des instruments et méthodes photométriques courants sont :

• Photomètres : Les photomètres sont des appareils qui mesurent la luminosité relative des sources lumineuses ou des objets en les comparant à un standard de référence. Les photomètres peuvent être classés en différents types en fonction de leur conception et de leur application, tels que les photomètres visuels, les photomètres photoélectriques, les photomètres à filtre, les spectrophotomètres, etc.

• Colorimètres : Les colorimètres sont des appareils qui mesurent la couleur des sources lumineuses ou des objets en analysant leur composition spectrale. Les colorimètres peuvent être classés en différents types en fonction de leur conception et de leur application, tels que les colorimètres tristimulants, les chromamètres, les spectroradiomètres, etc.

• Sphères intégrantes : Les sphères intégrantes sont des appareils qui mesurent le flux lumineux total des sources lumineuses ou des objets en les enfermant dans une cavité sphérique avec une surface intérieure hautement réfléchissante. Les sphères intégrantes peuvent être utilisées pour diverses finalités, telles que l'étalonnage des sources lumineuses, la mesure de la réflectance ou de la transmittance des matériaux, la mesure de la distribution angulaire des sources lumineuses, etc.

• Goniophotomètres : Les goniophotomètres sont