Réflexion à propos des unités de temps et de lumière

Réflexion à propos des unités de lumière et de temps

La lumière

Il y a de nombreuses unité de mesure dans le domaine de la lumière et souvent peu de gens sont au courant de ce que cela signifie. Voici quelques infos à ce sujet.. C’est en lisant le catalogue interdiscount que j’ai remarqué qu’il y a plein d’unité que je ne connais pas !

Le contraste

En lisant le catalogue interdiscount, il y a de nombreuses indications à propos des télévisions et projecteurs. Une indication sur le contraste est souvent indiquée, mais que signifie elle ?

Exprimé sous la forme d’un quotient valeur en lux : 1, soit la valeur en lux d’un signal blanc à 100% moins valeur en lux d’un signal blanc à 0%, le tout divisé par la valeur en lux d’un signal blanc à 0% (un signal blanc à 0% correspond à du noir).

2000:1 signifie donc que 2000 est le rapport entre la valeur en lux du signal blanc à 100% – la valeur en lux d’un signal blanc à 0% (la plage maximale en lux du blanc) tout ceci divisé par la la valeur en lux du signal blanc 0%.

En bref, il y a un rapport de 2000 entre la valeur en lux du noir et la valeur maximale en lux du blanc.

Mais qu’est ce qu’un lux ??

Le lux

Le lux est une unité de mesure de l’éclairement lumineux. Il caractérise le flux lumineux reçu par unité de surface.

1lx = 1lm / m^2

Le flux lumineux se mesure en lumen…. mais qu’est ce ??

Le lumen

Le lumen est l’unité dérivée du système international utilisée pour le flux lumineux. En physique, Son symbole est lm.

Par définition, 1 lumen correspond au flux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source ponctuelle uniforme située au sommet de l’angle solide dont l’intensité vaut 1 candela.

1lm = 1cd x sr

C’est donc une unité dérivée de la candela……. encore une unité mais qu’est ce donc ?

La candela

La candela est l’unité de mesure du système international de l’intensité lumineuse, c’est-à-dire de l’éclat perçu par l’œil humain d’une source lumineuse.

La candela est une des 7 unités de base du système international (SI). Sa définition est:

La candela est l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540×1012 hertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian.

Selon cette définition, l’intensité lumineuse dépend de la puissance énergétique envoyée. Cette puissance est la dérivée d’une Energie…. !

Cette définition n’est qu’une écriture précise de ce que l’on utilisait auparavant comme unité… la chandelle… Candela c’est du latin et ça veut dire chandelle… voilà pourquoi ! Donc là ça devient tout de suite plus concret. 10 candela, c’est l’intensité de 10 chandelles !

Il semble que l’ordre de grandeur de l’intensité lumineuse d’une ampoule que l’on peut trouver pour éclairer une pièce est de l’ordre de 120 candela !

Donc en gros.. le candela fourni une source de lumière avec une intensité. Puis cette intensité va être diffusée dans l’espace avec un flux en lumen selon un angle solide. Puis il est utile de voir l’éclairement que ce flux est capable de faire sur une surface d’un mètre carré.

Pour en revenir au contraste, c’est donc le rapport entre l’éclairement maximal d’une surface en blanc et de la même surface en noir.

quelques infos très intéressantes par ici: http://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_led_et_lumiere.html

Le temps

Le temps est bien la grandeur pour laquelle les unités sont le plus folklorique… il n’est pas facile de s’y retrouver.

Le temps est une grandeur difficile à appréhender. C’est une grandeur absolue pour tout le monde, mais elle est relative depuis qu’Einstein a tenté d’en percer les mystères!

Pour l’humain, le temps est absolu, et se présente sous forme de cycles qui sont en général issus de phénomène astronomique. Puis, pour désigner des intervalles de temps, on utilise des multiples ou des divisions des cycles de base.

Le cycle jour/nuit est le premier qu’un humain remarque et peut compter. Ensuite, il y a le cycle lunaire qui s’observe bien par les multiples phases par lesquelles il passe. Et finalement c’est au travers des saisons que l’humain est capable d’observer le passage des années.

Nous avons donc 3 cycles principaux:

  • le jour
  • le mois
  • l’année

La problématique de la mesure d’intervalles de temps selon ce principe, est que les 3 phénomènes astronomiques de base qui règlent notre vie sont indépendants et que les divisions qui en ont été faites sont toute arbitraire et souvent très différentes.

On tente de faire un nombre de jour entier pour donner un mois et un nombre de mois entier pour tomber sur une année, mais ce n’est pas possible ! Il y a donc des correctifs. Des années bissextiles.

Vu la difficulté, les astronomes on renoncés depuis longtemps à faire corréler tous ces cycles. Ainsi, notre calendrier est un calendrier solaire, il ne se préoccupe en rien des phases de la lune. Par contre le calendrier musulman est un calendrier lunaire. L’année dépend des phases de la lune.

Le mois que nous utilisons dans le calendrier grégorien est donc un mois artificiel qui a une durée qui correspond à un nombre de jour fixe dans la durée ressemble au mois lunaire par simple héritage historique.

Les humains actuels utilisant ce calendrier ne se préoccupent donc plus que de 2 cycles naturels.

  • le jour
  • l’année

Les durées plus longues se calculent en fonction de ces cycles de bases. Pour les longues durées on utilise les multiples d’année. Certains multiple sont très utilisés donc il ont des noms.

  • millénaire = 1000 années
  • siècle = 100 années
  • décénie = 10 années
  • lustre = 5 années
  • année

Pour mesurer des durées plus courte que l’année, on utilise des nombres de jour. Ainsi on a donné des noms aux durée qui sont utilisées fréquemment.

  • mois
  • semaine

Ainsi, on a reconstitué l’équivalent du mois pour le synchroniser sur la durée du jour. Cependant l’utilisation des mois est très compliqué, elle doit toujours être contextualisée pour être précise, car suivant de quel mois on parle il n’a pas la même durée !! Cette durée varie entre 30 et 31 voir 28 ou 29 pour le mois de février !

N’importe quoi !! actuellement l’inventeur d’un système pareil se ferait lyncher tout de suite ! La semaine est une durée de 7 jours. Le pourquoi de l’utilisation de 7 et pas 8 ou 9 jours n’est pas très clair. Il y a certainement la référence biblique du nombre 7 que l’on retrouve partout. Le genèse indique que Dieu à construit le monde en sept jours.

Mais cette durée de 7 jours correspond également au quart du mois lunaire. Le cycle de la lune est divisé en plusieurs phases que l’on nomme parfois quartier. (nouvelle lune, premier quartier, pleine lune, dernier quartier) Chacune de ces phase correspond donc à une semaine. C’est une explication astronomique de la durée de la semaine. Puis cette durée à certainement été normalisée à 7 jours pour simplifier l’utilisation de la semaine.

Le jour et l’année sont deux cycles qui sont contraignant, on est obligé de faire avec. Le cycle de la lune, à moins d’être marin breton et moins contraignant pour les activités courante.

L’agriculture dépend du cycle des saisons, donc l’année est une mesure importante pour un humain. Lorsqu’il fait nuit, l’activité humaine est fortement entravée. Le cycle jour/nuit est donc un cycle dont il est difficile de ne pas tenir compte !

Plus la technologie avance, plus les cycles naturels dirigent de moins en moins les activités humaine. Avec l’invention de la lampe, donc de l’évolution du feu à la lampe à led, le cycle du jour et de la nuit peut être modifié pour un humain en condition spéciale. Cependant, peu d’humain vivent et aiment vivre coupé totalement de la lumière solaire, donc le cycle est toujours présent.

Avec l’agriculture sous serre et la globalisation des transports l’agriculture ne dépend plus du cycles des saisons, et donc l’année n’est plus indispensable comme moyen de mesure du temps.

L’humanité est donc arrivée à un point technologique qui lui permet de se libérer de ces cycles naturel contraignant qui jalonnent le temps. Cependant, par héritage culturel, on utilise toujours ces mêmes unités de mesures car elle sont toujours visible. On peut imaginer que dès le moment où ces cycles ne seront plus visibles la mesure du temps se fera différemment. Avec l’avènement de monde virtuel ou avec le voyage spatial on peut imaginer que la mesure du temps se fasse autrement !

Nous n’avons parlé ici que des durées d’un jour et plus. Au fil du temps, les civilisations humaines ont senti le besoin d’utiliser des intervalles de temps inférieurs au jour.

L’idée a donc été de diviser la journée en intervalle de temps: l’heure. Il semble que ce soit les babyloniens qui sont à l’origine de la décision arbitraire de diviser le jour en 12 parties. En effet, le babyloniens utilisaient un système de numération en base 12.

En comptant la nuit, dans la durée d’un jour complet, on trouve 2 fois 12 heures, soit 24h dans un jour.

Puis au fil du temps, selon les besoins on a encore divisé les heures. Cette dernière à été divisée en 60 parts pour donner naissance à la minute, et pour continuer on a encore divisé la minutes par 60 pour obtenir des secondes.

Ensuite pour plus de précision, on a commencé à différencier les 10ème de seconde et les 100ème de secondes.

Bref, c’est la partie la plus arbitraire et la plus compliquée de la mesure du temps.

Chaque époque de l’histoire ajoute sa mesure de durée et l’utilise selon sa manière de compter.

Ainsi pour des durée de l’ordre de l’année et plus ce sont des multiples d’année qui sont compté et ont parfois des noms. Pour une durée d’une grandeur entre le jour et l’année, on utilise des jours comme base et des constructions à base de jours que sont les semaines et les mois.

Pour différentier les moments d’une journée, on utilise un découpage en heure selon une base 12.
Pour mesurer des durées entre l’heure et la secondes on utilise un double découpage en base 60 !
Pour mesurer des durées inférieurs à la seconde, comme dans les compétitions sportive, on utilise un découpage de la seconde en base décimale !

Il existe donc plusieurs bases de calcul différentes pour mesurer un intervalle de temps!

Ce système est très compliqué. Le système international d’unité est sensé uniformiser les unités de mesures pour tout le monde. Il y a donc pour les grandeurs physique de base une seule unité qui est définie.

Pour le temps, c’est la seconde qui a été choisie. On a créé de toute pièce une définition de la seconde qui corresponde à la durée de celle qui existait déjà. A la grande différence que l’on ne se base plus sur un dérivé astronomique pour définir la seconde. Depuis 1967 c’est l’atome de césium qui défini ce qu’est une seconde. La définition exacte est:

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133

En 1997 cette définition a été complétée pour préciser les conditions de l’atome: Cette définition se réfère à un atome de césium au repos, à une température de 0 K

Ainsi, en se basant sur une définition hors de l’astronomie, il est possible de totalement s’extraire des cycles astronomiques qui régissent la mesure du temps depuis que l’humain mesure le temps.

Dans l’idéal, il se pourrait que l’on utilise la seconde comme unité de base et ensuite comme pour n’importe quelle unité SI on la décline en puissance de 10 multiple de 3.

Nous avons le mètre et le kilomètre pourquoi ne pas avoir la seconde et la kiloseconde.

Après tout est question d’habitude.

  • 1Ks = 16.666 minutes ~= à notre quart d’heure
  • 10ks = 2h 46 minutes
  • 1Ms = 11jours 12h 46 minutes
  • 1Gs = 31 ans 251 jours 13h34 minutes 53 secondes

Ensuite, pour définir un rendez vous, comme il existe un moyen de donner des coordonnées spatiale pour désigner un lieu. Il faut aussi un moyen d’indiquer un moment précis dans le temps.

C’est la base d’un calendrier, d’indiquer l’heure. A quoi peut ressembler un calendrier basé uniquement sur la seconde et les des multiples SI ???

1 Dec 2008 : 14:22