Ce convertisseur d'unités radiométriques regroupe les calculs les plus importants de la mesure UV et lumineuse : convertir l'éclairement énergétique de W/m² en mW/cm², l'exposition énergétique (dose) de J/m² en mJ/cm², l'énergie des photons et le flux de photons à partir de la longueur d'onde, la PPFD à partir de données spectrales, la dose UV et le temps d'exposition, la densité optique et la transmission, ainsi que la distance limite photométrique avec la loi de l'inverse du carré. Chaque bloc calcule en direct et explique sa formule à l'aide d'un exemple.
Tous les calculateurs fonctionnent entièrement dans votre navigateur – sans inscription, sans transfert de données. Les applications typiques comprennent la conception de procédés de polymérisation UV et de désinfection, l'évaluation de filtres de protection via la densité optique, la conversion entre grandeurs énergétiques et grandeurs photoniques pour l'éclairage horticole, ainsi que l'estimation de l'éclairement énergétique à une distance de travail modifiée.
Les résultats contraignants proviennent toujours d'une mesure effectuée avec un radiomètre ou un spectroradiomètre étalonné – tous deux fabriqués et étalonnés par Opsytec Dr. Gröbel dans son propre laboratoire. Le calculateur remplace ainsi les conversions manuelles habituelles du laboratoire UV : de la conversion de l'éclairement énergétique et du calcul de la dose pour la désinfection UVC jusqu'à la densité de flux de photons pour l'éclairage horticole ; toutes les constantes suivent le CODATA 2018.
Calculateurs individuels expliqués en détail
Ces calculs disposent chacun de leur propre page avec la formule, un exemple concret, les limites du modèle et les questions fréquentes :
- Calculer la dose UV – dose à partir de l'éclairement énergétique et du temps
- Calculer la durée d'exposition UV – temps à partir de la dose cible et de l'éclairement énergétique
- Vitesse de bande et dose UV – temps de séjour et dose dans les procédés continus
- Calculer la transmission et la densité optique – DO, transmission et filtres multiples
- Énergie de photon et flux de photons – de la longueur d'onde aux joules et électronvolts
Séparé mais lié : l'explorateur du spectre UV situe une longueur d'onde dans les plages spectrales et présente côte à côte les longueurs d'onde UV courantes.
Formules et exemples pour les douze calculateurs
Les deux unités décrivent la même grandeur — l'éclairement énergétique E (puissance par surface). Puisque 1 m² = 10 000 cm² et 1 W = 1000 mW :
Formule : 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Exemple : Un radiomètre UV affiche 50 mW/cm² — cela équivaut à 500 W/m².
L'exposition énergétique H (dose) est une énergie par surface. Le facteur de conversion est le même que pour l'éclairement énergétique :
Formule : 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Exemple : Une dose de désinfection requise de 400 J/m² équivaut à 40 mJ/cm².
À éclairement énergétique constant, la dose croît linéairement avec le temps — la base de toute conception de procédé UV (polymérisation, désinfection, essais de vieillissement) :
Formule : H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Exemple : 50 mW/cm² pendant 20 s donne 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².
L'inverse de la formule de la dose : combien de temps faut-il irradier pour atteindre une dose requise ?
Formule : t = H / E
Exemple : 1000 mJ/cm² à 50 mW/cm² prend 20 s ; à seulement 10 mW/cm², cela prend déjà 100 s (1:40 min).
L'énergie d'un photon unique découle de la constante de Planck h et de la vitesse de la lumière c. Plus la longueur d'onde est courte, plus le photon est énergétique — c'est pourquoi le rayonnement UV est chimiquement plus agressif que la lumière visible.
Formule : E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239,842 / λ[nm]
Exemple : Un photon à 365 nm (UV-A) porte 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.
La puissance rayonnante divisée par l'énergie d'un photon donne le nombre de photons émis par la source par seconde :
Formule : N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Exemple : 1000 mW à 365 nm correspond à 1,84·10¹⁸ photons/s ≈ 3,05 µmol/s.
La densité de flux de photons photosynthétiques (PPFD) compte les photons entre 400 et 700 nm atteignant un mètre carré par seconde. Elle est calculée à partir de l'éclairement énergétique spectrique E(λ) par intégration (règle des trapèzes sur vos échantillons\u00a0; les valeurs hors de 400–700 nm sont ignorées)\u00a0:
Formule\u00a0: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Exemple\u00a0: Un spectre plat de 1 W/(m²·nm) sur 400–700 nm (300 W/m² PAR) donne ≈ 1379 µmol/(m²·s).
La densité optique (absorbance) est le logarithme décimal négatif de la transmission. Chaque palier de DO correspond à un facteur 10 de lumière en moins :
Formule : DO = −log₁₀(T) · T sous forme de fraction (10 % = 0,1)
Exemple : 10 % de transmission → DO 1 ; 1 % → DO 2 ; 0,1 % → DO 3.
L'inverse : à partir de la densité optique découle la fraction de lumière traversant un filtre ou un échantillon :
Formule : T = 10^(−OD) · 100 %
Exemple : des lunettes de protection UV avec une OD 4 à 365 nm ne transmettent que 0,01 % du rayonnement.
Lorsque la lumière traverse plusieurs filtres, fenêtres ou lentilles, les transmissions se multiplient — les densités optiques s'additionnent :
Formule : T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Exemple : Deux fenêtres à 90 % chacune et un filtre à 50 % donnent 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % de transmission totale.
La distance limite photométrique est la distance minimale au-delà de laquelle une lampe étendue peut être considérée comme une source ponctuelle — ce n'est qu'à partir de cette distance que la loi de l'inverse du carré (fiche ci-dessous) s'applique. En règle générale, en photométrie et en métrologie UV (cf. DIN 5032-1), on retient dix fois la plus grande dimension lumineuse ; l'erreur de l'approximation en source ponctuelle reste alors inférieure à environ 1 %. Pour des mesures approximatives, cinq fois suffit souvent (une erreur de quelques pour cent).
Formule : d ≥ 10 · D
Exemple : Un panneau LED avec une diagonale de 200 mm n'est photométriquement ponctuel qu'au-delà de d = 2000 mm = 2 m.
Pour une source (approximativement) ponctuelle, l'éclairement énergétique diminue avec le carré de la distance. L'approximation est valable en champ lointain — au-delà de la distance limite photométrique (voir la carte ci‑dessus) ; à proximité d'émetteurs surfaciques, E diminue plus lentement.
Formule : E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Exemple : 100 mW/cm² à 100 mm deviennent 25 mW/cm² à 200 mm (distance doublée → un quart).
Questions fréquentes sur la radiométrie
1 W/m² équivaut à 0,1 mW/cm², car 1 m² = 10 000 cm² et 1 W = 1000 mW. Une valeur de 500 W/m² correspond donc à 50 mW/cm². Le convertisseur ci-dessus fonctionne dans les deux sens — le même facteur s'applique à la dose (J/m² ↔ mJ/cm²).
La dose (exposition énergétique) est le produit de l'éclairement énergétique et du temps d'exposition : H = E · t. 50 mW/cm² pendant 20 s donnent 1000 mJ/cm² = 1 J/cm². Inversement, le temps d'exposition nécessaire pour atteindre une dose cible découle de t = H / E.
L'éclairement énergétique est une grandeur énergétique exprimée en W/m² ; le PPFD compte les photons entre 400 et 700 nm en µmol/(m²·s). La conversion entre les deux nécessite le spectre, car l'énergie d'un photon dépend de sa longueur d'onde — le calculateur PPFD intègre vos données spectrales à cet effet.
Au-delà de la distance photométrique limite — en règle générale, dix fois la plus grande dimension lumineuse de la lampe. Ce n'est qu'à cette distance que la source peut être considérée comme ponctuelle ; l'erreur de l'approximation de source ponctuelle reste alors inférieure à environ 1 %.
Auteur : Dr Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia est le directeur général d'Opsytec Dr. Gröbel GmbH à Ettlingen et dirige le laboratoire d'étalonnage accrédité. Après ses recherches sur les décharges excimères au xénon pulsées à l'Institut de technologie de l'éclairage du KIT, il se consacre actuellement à la technique de mesure du rayonnement optique. Il est vice-président du comité de normalisation DIN FNL 7 « Rayonnement optique », et membre du groupe de projet DVGW sur la désinfection UV.