Rendement lumineux

Le rendement lumineux d'une source lumineuse est le rapport entre le flux lumineux émis par cette source lumineuse et la puissance absorbée par la source. Il s'exprime donc en lumens par watt (lm/W).

Si on note $P$ la puissance reçue par la source, le plus souvent sous forme électrique, et $F$ le flux lumineux émis, alors le rendement lumineux $\eta$ vaut par définition : $\eta =\frac{F}{P}$

On peut distinguer deux contributions dans ce terme :

• La première contribution est le rendement énergétique de la source, noté $\rho$, qui exprime que toute la puissance reçue n'est pas convertie en rayonnement, mais qu'une partie est perdue en échauffement (conduction et convection). Soit $\Phi$ le flux énergétique émis, alors :

$\rho =\frac{\Phi }{P}$
C'est une grandeur sans dimension car c'est le rapport de deux puissances.

• La deuxième contribution est l'efficacité lumineuse $V$du rayonnement. Elle traduit le fait qu'une partie seulement du rayonnement est perçue sous forme de flux lumineux, le reste étant une nouvelle perte de chaleur sous forme de rayonnement invisible pour l'œil. $V=\frac{F}{\Phi }$ Lorsque la source n'est pas monochromatique mais que sa longueur d'onde appartient à un domaine étendu, le flux énergétique vaut : $\Phi =\int {\Phi }_{\lambda }d\lambda$, où ${\Phi }_{\lambda }$ est le flux énergétique émis à la longueur d'onde $\lambda$. Le flux lumineux vaut lui : $F=\int \frac{V_{\lambda }}{L}{\Phi }_{\lambda }d\lambda$, où $V_{\lambda }$ est une fonction sans dimension appelée efficacité lumineuse spectrale, exprimant la sensibilité de l'œil aux différentes longueurs d'onde, et $L$ est une valeur numérique dont l'inverse $1/L$ vaut 683 lm/W. L'efficacité lumineuse se calcule donc par : $V=\frac{\int V_{\lambda }{\Phi }_{\lambda }d\lambda }{L\int {\Phi }_{\lambda }d\lambda }$. Elle a la grandeur de 1/L.

Globalement, le rendement lumineux est le produit de ces deux contributions : $\eta =\rho \cdot V$

• À incandescence 10 à 15 lm/W
• Halogène 15 à 25 lm/W
• Diode électroluminescente 15 à plus de 200 lm/W
• Mercure haute pression 35 à 60 lm/W
• Lampe fluocompacte 50 à 90 lm/W
• Tube fluorescent 60 à 95 lm/W
• Halogénures métalliques 65 à 120 lm/W
• Sodium haute pression 80 à 150 lm/W
• Sodium basse pression 100 à 200 lm/W

Exemples

Le tableau ci-dessous indique pour diverses sources de lumière le rendement lumineux en lm/W et le rendement lumineux en % de la valeur maximale possible :

Souvent, cette valeur du rendement lumineux est appelée elle-même efficacité lumineuse, en particulier par la majorité des fabricants de lampes. Cela peut prêter à confusion car, rigoureusement, l'efficacité lumineuse n'est avec le rendement énergétique qu'un des deux facteurs du rendement lumineux global.