De quoi se compose la lumière

Une histoire de spectre …

spectresolaire_300La lumière est composée de photons circulant dans l’air à la vitesse de 300 000 kms/s. Chaque photon est porteur d’une énergie, reliée à sa longueur d’onde, et donc à une couleur. En effet la lumière blanche visible est composée de toutes les couleurs de l’arc en ciel (c’est ce que l’on appelle son “spectre”), du bleu (longueur d’onde 400nm) au rouge (700 nm) en passant par le vert (550 nm) et le jaune (580nm). Le silicium amorphe est capable de convertir toute cette lumière visible et un peu au delà (ultraviolets jusqu’à 350nm ; proche IR jusqu’à 750nm). Cette lumière est celle que notre oeil perçoit, et aussi celle que la plante utilise pour la photosynthèse. C’est pourquoi les photodétecteurs SOLEMS sont adaptés aux mesures de radiation PAR* (flux utile à la photosynthèse de 400 à 700nm) et aux mesures de lux (450-750nm), et à des contrôles d’éclairage.

Voir Exemples d’utilisation des détecteurs Solems.

Le spectre du soleil, lui, va au-delà : dans l’UV jusqu’à 200nm et dans l’infrarouge jusqu’à plusieurs microns (1µm = 1000 nm). Il convient donc d’utiliser un autre type de cellule à plus large spectre pour détecter le rayonnement solaire : on emploie dans ce cas une cellule au silicium cristallin qui répond de 400 à 1100 nm.

* PAR = Photosynthetically Active Radiation

Comment fonctionne un photodétecteur au silicium

Quand une cellule solaire devient un détecteur de lumière …

Dans une cellule solaire, c’est le courant de court-circuit (courant à très faible impédance) qui est proportionnel au flux lumineux reçu. Il faut donc collecter ce courant, non pas dans les conditions de puissance maximale comme sur un panneau solaire destiné à fournir de l’énergie, mais dans des conditions de quasi-court-circuit. Et selon le type de cellule choisie, on aura ainsi un signal proportionnel au flux lumineux, soit en lux, soit en PAR, soit en W/m² de rayonnement solaire. Ensuite on peut convertir ce courant en tension (mV) ou le câbler en boucle de courant 4-20mA pour la commodité d’usage.

Pour en savoir plus : Article sur les détecteurs de rayonnement quantiques

Quelques erreurs à ne pas faire

Quand un panneau solaire ne peut pas servir de détecteur …

Un panneau solaire et certaines cellules solaires sont composés de cellules élémentaires montées en série. Dans un tel montage, si l’éclairement n’est pas uniforme sur toutes les cellules, c’est celle qui est la moins éclairée qui imposera son faible courant aux autres. Cela fausse les résultats si le flux n’est pas homogène. C’est pourquoi SOLEMS développe des photodétecteurs de toutes dimensions, composés d’une seule cellule élémentaire en surface.

Quand on croit pouvoir convertir les unités …

Une question couramment répandue : quelle est la correspondance entre les lux et les Watts/m² ? Réponse de normand : ça dépend ! Il ne peut y avoir aucun lux dans un flux de 1000W/m² s’il s’agit de rayons X par exemple. Et s’il s’agit de lumière ?? Ca dépend de quelle source de lumière on parle, selon la répartition des couleurs de cette source. La source lumineuse que constitue le soleil, dans des conditions “normales” décrites par le spectre dit AM1.5 *, normalisé à 1000W/m² (voir ci-dessous) comporte 100 000 ou 112 600 lux selon les auteurs et le mode d’intégration choisie.

Toute correspondance entre unités, doit être faite en connaissance du “spectre” de la source de lumière. On ne peut pas, par exemple, mesurer les W/m² issus d’une lampe, à l’aide d’un détecteur calibré pour un rayonnement solaire extérieur.

Voir les produits :

Détecteurs PAR et luxmètres
Mesure du rayonnement solaire

Spectre_solaire_AM1_5* Spectre solaire AM 1.5 : il s’agit du spectre de la lumière solaire après qu’elle ait traversé une épaisseur d’air sans nuages correspondant à 1.5 fois l’épaisseur de l’atmosphère. Cette situation se présente en pratique lorsque le ciel est très clair et que le Soleil se trouve à une hauteur de 41.8° au-dessus de l’horizon.