W/m² et lm, quelle relation ?

[Bruno42]

Bonjour,

J'envisage l'achat d'une station météo équipée d'un capteur de rayonnement solaire.

Je ne connaissais pas l'existence de la mesure du rayonnement solaire, et d'après ce que je lis ce rayonnement solaire a pour unité de mesure le W/m² ; c'est donc une puissance par unité de surface, ce qui ne me parle pas trop .

 

De formation en sciences appliquées, ce qui me parle plus c'est la notion de source lumineuse exprimé en candela (cd) et qui fait partie des unités de base du système international des mesures, d'où, sauf erreur l'on peut en déduire le flux lumineux en lumen (lm) grâce à la relation 1lm = 1cd.stéradian

Cette notion de lumen est pour moi beaucoup plus parlante, et on la retrouve d'ailleurs couramment dans les caractéristiques des éclairages artificiels (ampoule).

En relation avec les lumens, si on le considère par unité de surface alors on peut assez facilement en déduire l'éclairement lumineux exprimé en lux (lx) avec la relation 1lx = 1lm/m², soit 1lx = 1cd.sr/m².

En complément, pour faire simple, une bougie émet par définition une intensité lumineuse de 1cd, et d'après ce que j'ai pu trouver sur le net une ampoule à incandescence émet une intensité lumineuse de 1cd par watt consommé.

 

Ces notions me parlent, par contre, même si il ne doit pas me manquer grand chose, je n'arrive pas à faire une relation de tout ça avec le rayonnement solaire que mesure une station météo...

Je pense qu'il devrait être possible de faire une relation entre les W/m² et les lumens, mais je ne la trouve pas et peut-être me trompe-je... 

Bref, pourriez-vous "éclairer" ma lanterne pour y voir plus clair  ?

[_Joel_]

Comme ça, vite fait, je dirais que le lumen et la candela mesurent "la lumière" telle qu'elle est perçue par l'être humain tandis que les W/m2 sont une unité de mesure du rayonnement.

 

[Bruno42]

Ah OK, donc si je comprends bien, il n’y a pas de conversion possible entre le W/m² et le lumen, le lux ou la candela car :

• la valeur du rayonnement solaire en W/m² que mesure une station météo reflète l’intensité de tout l’ensemble des longueurs d’onde des lumières reçues (des ondes radios jusqu’aux rayons gamma)
• alors que l’éclairement lumineux en lux, que l’on peut convertir en lumens tel qu’on est plus habitué à le voir inscrit sur une ampoule pour indiquer le flux lumineux de celle-ci (afin d’avoir une idée de son intensité « d’éclairage »), lui ne reflète que la partie du spectre de la lumière visible par l’œil humain ; ça, je l’avais bien compris

Hum hum, de fait je me demande pour quelle raison les stations météos sont le plus souvent équipées d’un capteur de rayonnement solaire plutôt que d’un luxmètre…

En effet, un capteur de rayonnement solaire n’étant donc pas représentatif de la lumière que perçoit l’oeil humain, il peut en outre être grandement influencé par son environnement d’ondes invisibles dans lequel il baigne et qui est de plus en plus densifié de nos jours : par exemple avec le développement des moyens de télécommunication non filaires tels que pour les smartphones/PC, les antennes de radio/télévision, les différents réseaux Wifi/bluetooth, les radars, les satellites, et même les petits objets de plus en plus connectés sans fils pour la domotique ou autres, etc.. ainsi même, et là ça me parait un comble, que par les stations météo sans fils elles-mêmes où se trouve justement leur capteur de rayonnement solaire  !

 

Je n’ai pas encore ma station météo, mais j’imagine que les mesures de rayonnement solaire de vos stations météos, d’un lieu ou d'un moment à un autre, doivent être très disparates pour une même météo 

 

Bref, j’ai l’impression que j’associais à tort que cette mesure de rayonnement solaire sur une station météo servait de mesure d’éclairement lumineux à l’extérieur pour avoir une idée directe du temps qu’il fait (ensoleillé, couvert,… jour/nuit )…

En tout cas, je trouve toujours intéressant de savoir vraiment à quoi correspond ce que l’on mesure.

 

Par contre, je comprends donc de moins en moins pourquoi les stations météo privilégient la mesure de rayonnement solaire plutôt que celle de l'éclairement lumineux visible…

Il doit y avoir un intérêt météorologique, non (je ne le saisis pas) ?

 

 

PS : chez DAVIS, je n’ai par exemple pas trouvé de capteur de luminosité qui pourrait être associé à ma station

[Sebaas]

il y a 32 minutes, Bruno42 a dit :

Hum hum, de fait je me demande pour quelle raison les stations météos sont le plus souvent équipées d’un capteur de rayonnement solaire plutôt que d’un luxmètre…

 

Tout simplement parce que ce qui nous intéresse, c'est le bilan énergétique de la Terre qui conditionne les effets de petite échelle (le réchauffement du sol, convection, etc) mais pilote aussi toute l'atmosphère (cellules de Hadley et cie). Et, accessoirement, les saisons!

[Bruno42]

Il y a 2 heures, Sebaas a dit :

ce qui nous intéresse, c'est le bilan énergétique de la Terre qui conditionne les effets de petite échelle (le réchauffement du sol, convection, etc) mais pilote aussi toute l'atmosphère

Ah d’accord, c’est qu’avec ce capteur de rayonnement solaire vous avez donc un « spectre » d’utilités bien plus large que le mien, car j’avoue qu’à part la toute petite partie du spectre que mon œil peut voir je ne m’étais pas posé la question d’une autre utilité ; et effectivement, je comprends que notamment les UV, les infrarouges pour la chaleur,… doivent influer sur la terre, la flore,… et donc sur la météo.

 

Enfin, du coup à mon niveau ça devient beaucoup trop complexe, car trop de paramètres, alors je me contenterai juste d’observer humblement comment cette mesure du rayonnement solaire évolue au fil du temps, car actuellement je suis aussi à des années lumières de pouvoir lui attribuer un autre intérêt .

Et puis il doit y avoir les tempêtes solaires qui doivent directement faire varier (ou perturber) sa mesure… franchement tout ça me dépasse de loin.

 

En tout cas, merci pour vos réponses, ça m’a permis de découvrir cette unité de mesure quantifiable en W/m² tout en révisant un peu de physique en me posant des questions de relation de base tel qu’indiqué dans le titre du sujet

 

 

Prolongation : ça me semble secondaire, mais peut-on dire que l'énergie du rayonnement solaire s'exprime alors en W/m².h, ou bien existe-t-il peut être une autre façon plus conventionnelle ou habituelle pour l'exprimer ?

[MIQUEL Pierre]

Il y a 18 heures, Sebaas a dit :

 

Tout simplement parce que ce qui nous intéresse, c'est le bilan énergétique de la Terre qui conditionne les effets de petite échelle (le réchauffement du sol, convection, etc) mais pilote aussi toute l'atmosphère (cellules de Hadley et cie). Et, accessoirement, les saisons!

Un exemple concret pour l'utilité de cette mesure énergétique. Le 01/07 sur trajet St Pons-de-Thomières - St Affrique  : col du Cabaretou 945 m, bon ensoleillement et 17°, col de la Baraque 950 m et 16°, col Piquotalens 1020 m et 14°, au pied Lacaune 800 m et 16° ( de plus en plus nuageux vers l'intérieur de l'ensemble montagneux), ensuite col de Sié 1010 m et 16° avec moins de nuages et plongée vers le rougier de Camarès ensoleillé avec 22° à 400 m d'altitude et même flux de nord-ouest. Sur cette faible distance en moyenne montagne, c'est bien la différence d'ensoleillement qui fait varier la température de l'air dans un flux qui conserve son homogénéité au niveau 850 hPa. La différence thermique devient encore plus évidente dans les vallées profondes entre versants sud et versants nord pendant les journées ensoleillées. L'implantation de nos villages de moyenne montagne caussenarde en est bien la preuve !! 

[Claude33]

Bonsoir,

 

La densité surfacique de puissance, exprimée donc en W/m² est mesurée par un pyranomètre

L'intensité lumineuse, exprimée en candelas, peut être pour info mesurée avec un bon smartphone (il y a des applis dans les boutiques Android ou Apple, mais j'en ignore la précision). Elle est strictement liée à l’œil humain, en terme de sensibilité et de "bande passante".

 

 

 

[Hiigaraa]

T'inquiète pas, les W/m2 tu t'y fais très vite et avec l'habitude tu évalues très bien à quelle ressenti correspond une puissance mesurée

[Mitrale]

Le 02/07/2024 à 20:58, Bruno42 a dit :

la valeur du rayonnement solaire en W/m² que mesure une station météo reflète l’intensité de tout l’ensemble des longueurs d’onde des lumières reçues (des ondes radios jusqu’aux rayons gamma)

 

Pour info, le pyrano Davis présente une bande passante de 400 à 1 100 nm, le spectre visible se situant de 400 à 800 nm. Il quantifie ainsi le spectre visible (donc pas les UV) et le rayonnement infrarouge (de 700 à 1 100 nm).

 

(Source : 6450_Pyranomètre_MANUAL_EN_DAVIS.pdf)

[Bruno42]

Le 03/07/2024 à 16:11, MIQUEL Pierre a dit :

La différence thermique devient encore plus évidente dans les vallées profondes entre versants sud et versants nord pendant les journées ensoleillées.

 

Pour simplifier, de 0 à 10.000m d’altitude au-dessus d’un point géographique donné, j’avais retenu qu’en thermodynamique il y a une loi fondamentale (je ne sais plus si elle porte un nom) qui dit que le gradient adiabatique de température dans l’atmosphère est d’environ -0.7°C/100m d’élévation verticale de par la baisse de pression atmosphérique liée.

 

Mais cela ne doit s’appliquer que pour un gaz « parfait » non perturbé, car en y réfléchissant plus aujourd’hui, il est vrai qu’en conditions atmosphériques réelles cela ne tient pas compte des éventuels vents, du taux d’humidité qui va pouvoir se condenser en présence de poussières ce qui va pouvoir créer des nuages, etc…

 

La réalité est donc effectivement bien plus complexe que celle que j’avais en tête de prime abord 

 

 

Le 03/07/2024 à 20:18, Claude33 a dit :

L'intensité lumineuse, exprimée en candelas, peut être pour info mesurée avec un bon smartphone

 

Certes, mais comme je pensais qu’il était peut-être possible de faire un lien direct entre le rayonnement solaire (unité de mesure que je viens de découvrir) et le flux lumineux visible par mon oeil, j'aurais trouvé ça intéressant (à mon niveau) que cette mesure soit enregistrée avec les autres variables de ma station météo… mais j’ai compris que cela n’est théoriquement pas possible dans l’absolu ; ou alors, si j'ai bien compris il faudrait que les puissances des différentes longueurs d'ondes du rayonnement solaire soient mesurées et filtrées ; là j'ai l'impression d'avoir inventé le luxmètre du coup ...

 

 

Il y a 15 heures, Hiigaraa a dit :

T'inquiète pas, les W/m2 tu t'y fais très vite et avec l'habitude tu évalues très bien à quelle ressenti correspond une puissance mesurée

 

Pour l’instant, je n’ai effectivement pas l’habitude, et ça ne me semble vraiment pas évident de pouvoir évaluer mon ressenti par rapport à la quasi-totalité des ondes existantes que je ne ressens pas (rayons gamma, rayon X, UV, radio)…

Et je me dis que surtout les ondes radios auxquelles on est exposé, ou pas, ou peu, ou beaucoup, ou parfois fois même par exemple directement émises de chez nous intempestivement par nos systèmes de télécommunications hertziennes, et bien ces ondes doivent en théorie directement influer la valeur des W/m² mesurée par la station météo, et par elle-même lorsqu’elle est non filaire …

...à moins que, dans la pratique les niveaux des puissances en jeux de ces ondes radios « artificielles » ne soient négligeables par rapport aux « naturelles » et à celles de toute la largeur de bande ; je ne sais pas  

 

 

Il y a 6 heures, Mitrale a dit :

le pyrano Davis présente une bande passante de 400 à 1 100 nm,

 

Merci pour le doc des caractéristiques du capteur DAVIS.

Il est effectivement bien indiqué qu’il a une réponse spectrale de 400 à 1100nm, « chouette » me dis-je, mais entre parenthèses que pour 10% des points ; et plus bas, il est indiqué que son étendu de mesure va de 0 à 1800W/m²…

 

 

Donc, les 90% des autres points qu’il mesure (soit pratiquement la totalité), ne serait-ce pas les longueurs d’ondes en dehors du rayonnement visible avec une partie des IR (en dehors des 400-1100nm) ?

J’interprète peut-être mal ces caractéristiques du data sheet…

Modifié 4 juillet par Bruno42

[Hiigaraa]

Il y a 21 heures, Bruno42 a dit :

 

Pour simplifier, de 0 à 10.000m d’altitude au-dessus d’un point géographique donné, j’avais retenu qu’en thermodynamique il y a une loi fondamentale (je ne sais plus si elle porte un nom) qui dit que le gradient adiabatique de température dans l’atmosphère est d’environ -0.7°C/100m d’élévation verticale de par la baisse de pression atmosphérique liée.

 

Mais cela ne doit s’appliquer que pour un gaz « parfait » non perturbé, car en y réfléchissant plus aujourd’hui, il est vrai qu’en conditions atmosphériques réelles cela ne tient pas compte des éventuels vents, du taux d’humidité qui va pouvoir se condenser en présence de poussières ce qui va pouvoir créer des nuages, etc…

 

La réalité est donc effectivement bien plus complexe que celle que j’avais en tête de prime abord 

 

 

 

Certes, mais comme je pensais qu’il était peut-être possible de faire un lien direct entre le rayonnement solaire (unité de mesure que je viens de découvrir) et le flux lumineux visible par mon oeil, j'aurais trouvé ça intéressant (à mon niveau) que cette mesure soit enregistrée avec les autres variables de ma station météo… mais j’ai compris que cela n’est théoriquement pas possible dans l’absolu ; ou alors, si j'ai bien compris il faudrait que les puissances des différentes longueurs d'ondes du rayonnement solaire soient mesurées et filtrées ; là j'ai l'impression d'avoir inventé le luxmètre du coup ...

 

 

 

Pour l’instant, je n’ai effectivement pas l’habitude, et ça ne me semble vraiment pas évident de pouvoir évaluer mon ressenti par rapport à la quasi-totalité des ondes existantes que je ne ressens pas (rayons gamma, rayon X, UV, radio)…

Et je me dis que surtout les ondes radios auxquelles on est exposé, ou pas, ou peu, ou beaucoup, ou parfois fois même par exemple directement émises de chez nous intempestivement par nos systèmes de télécommunications hertziennes, et bien ces ondes doivent en théorie directement influer la valeur des W/m² mesurée par la station météo, et par elle-même lorsqu’elle est non filaire …

...à moins que, dans la pratique les niveaux des puissances en jeux de ces ondes radios « artificielles » ne soient négligeables par rapport aux « naturelles » et à celles de toute la largeur de bande ; je ne sais pas  

 

 

 

Merci pour le doc des caractéristiques du capteur DAVIS.

Il est effectivement bien indiqué qu’il a une réponse spectrale de 400 à 1100nm, « chouette » me dis-je, mais entre parenthèses que pour 10% des points ; et plus bas, il est indiqué que son étendu de mesure va de 0 à 1800W/m²…

 

 

Donc, les 90% des autres points qu’il mesure (soit pratiquement la totalité), ne serait-ce pas les longueurs d’ondes en dehors du rayonnement visible avec une partie des IR (en dehors des 400-1100nm) ?

J’interprète peut-être mal ces caractéristiques du data sheet…

Alors non les ondes radio et gamma c'est peanuts par rapport au reste (et encore moins les ondes artificielles (le wifi c'est 0,1W quand tu est collé le visage contre l'antenne quand il est configuré plein pot)) Éventuellement les uv et les IR sont non négligeable.

Le rayonnement naturelle du soleil c'est de l'ordre de 1kW par m2.