Lux, dose et dommage par lumen

Dans un musée, la lumière n'est pas seulement une question de visibilité : c'est un réactif. Chaque photon qui atteint un pigment, une fibre ou une encre transporte de l'énergie, et une partie de cette énergie rompt des liaisons chimiques. Le processus est cumulatif et irréversible : une aquarelle décolorée ne revient pas. La bonne question n'est donc pas quelle est la luminosité de la salle, mais quelle quantité de lumière cette œuvre a-t-elle reçue depuis son exposition, et avec quel spectre.

1. Combien de lux : les catégories de sensibilité

La limite dépend du matériau, pas de la salle. La CIE 157 classe les matériaux en quatre catégories de sensibilité, chacune avec un éclairement maximal et un budget annuel d'exposition. La norme européenne NF EN 16163 (X80-020, janvier 2025) — lignes directrices et procédures pour le choix d'un éclairage adapté aux expositions en intérieur — reprend la même approche et constitue la référence à citer dans un cahier des charges.

Les catégories 3 et 4 partagent la même limite d'éclairement mais des budgets annuels dans un rapport de dix. La valeur en lux, seule, ne décrit pas le risque : elle décrit l'instant.

2. La dose : le chiffre décisif

La dose est l'éclairement multiplié par la durée d'exposition, en lux heure.

Exemple. Un dessin exposé à 50 lux, musée ouvert 8 heures par jour, 300 jours :

• catégorie 3 (budget 150 000 lx·h) : conforme, avec peu de marge ;
• catégorie 4 (budget 15 000 lx·h) : huit fois au-delà — ce dessin peut rester en vitrine environ 37 jours par an, pas 300.

3. Le dommage par lumen

Toutes les longueurs d'onde n'endommagent pas de la même façon. La CIE 157 le formalise par une fonction de dommage :

Résultat : avec cette valeur, 380 nm endommage environ sept fois plus que 550 nm ; pour les matériaux les plus sensibles, où b atteint 0,0195, le rapport monte à environ vingt-huit. En pondérant le spectre du luminaire par cette fonction et en divisant par le flux lumineux, on obtient le dommage par lumen en mW/lm, seul chiffre permettant de comparer deux sources à lumière perçue égale.

Une LED blanche classique est une puce bleue à 450 nm sous un phosphore jaune : pic étroit et très élevé là où la fonction de dommage commence à peser. Une LED à pompage violet (SunLike, Optisolis) utilise une puce à ~405 nm et un phosphore large bande : spectre quasi continu, pic bleu étroit supprimé — le bleu reste, mais réparti — et rendu des couleurs bien meilleur, Ra au-dessus de 95 et R9 au-dessus de 80.

Ce qu'on lit souvent — que le pompage violet donnerait aussi le dommage par lumen le plus faible — est faux, et le calcul le dit. En pondérant par la fonction de la CIE 157 (b = 0,0115, bande 380-780 nm) les spectres publiés par les fabricants de puces :

Trois conclusions. Le pompage violet contient plus d'ultraviolet, cinq à six fois une LED blanche courante, tout en restant presque un ordre de grandeur sous l'halogène. À température de couleur égale, son dommage par lumen est plus élevé d'environ trente pour cent : un spectre continu à haute fidélité met plus d'énergie dans le violet-bleu pour chaque lumen produit. Et surtout : l'écart entre les deux puces est de trente pour cent, celui entre 200 lux et 50 lux est de trois cents. Le projet se joue sur la dose et les heures, pas sur la marque de la LED. Aucune source n'a un dommage nul : la lumière visible endommage de toute façon.

4. Ultraviolet et infrarouge

La formule courante — « la LED n'émet pas d'UV » — est une simplification et ne vaut pas garantie. Prise à la lettre, elle n'est vraie pour aucune LED blanche : même à pompage bleu, puce à 450 nm, il subsiste une queue sous 400 nm — peu, moins de 1 µW/lm sur les spectres de catalogue, davantage sur un blanc froid — mais pas rien. Elle est d'autant plus fausse pour les LED à très haut rendu des couleurs à pompage violet, dont la puce est à 405-415 nm, à la limite de l'UV-A, avec une queue de spectre sous 400 nm à 4-6 µW/lm. L'émission reste faible face à un halogène non filtré ou à un fluorescent, mais c'est une quantité à vérifier, non à supposer nulle. Il ne s'agit pas de nier cette queue mais de la mesurer : le paramètre est le contenu ultraviolet en µW/lm, référence muséale classique 75 µW/lm au plan de l'œuvre. Sur les spectres de catalogue, une LED à pompage violet à haut rendu se situe entre 4 et 6 µW/lm, une LED blanche courante sous 1, un halogène non filtré au-dessus de 40 dans la seule bande 380-400 nm : largement dans la référence, donc, mais pas « sans UV ». Pour la catégorie 4 on ajoute un filtre de coupure à 400 nm — d'après notre calcul il fait passer l'ultraviolet de 4,5 à 1,0 µW/lm sans toucher au rendu des couleurs — ou l'on choisit un pompage bleu. À dire jusqu'au bout : le filtre supprime l'ultraviolet, pas le dommage, car le dommage par lumen vient presque entièrement de la lumière visible. L'infrarouge ne décolore pas mais chauffe : dans une vitrine fermée, le vrai problème est le luminaire qui réchauffe l'air, d'où l'importance du driver placé à l'extérieur et du contrôle de la température interne.

5. Couleur : l'IRC ne suffit pas

Un luminaire à Ra 90 et R9 proche de zéro est courant chez les LED bon marché : rouges de laque, pourpres et carnations s'éteignent. En musée d'art, c'est un défaut grave. La température de couleur de référence est 3000 K, 2700 K pour les intérieurs historiques. Ce choix pèse plus que le type de pompage : à puce identique, la version blanc froid vers 6000 K atteint environ 60 % de dommage par lumen en plus que la version 3000 K, et la seule bande 420-480 nm y porte près de 60 % du dommage total.

6. Vérification en salle

• éclairement mesuré au plan de l'œuvre ;
• uniformité dans la vitrine (rapport min/max) ;
• spectre mesuré du luminaire installé, pas celui de la fiche technique ;
• heures d'allumage enregistrées, non estimées ;
• température et humidité dans la vitrine.

7. Que demander dans un cahier des charges

• spectre mesuré joint sous forme numérique, pas ≤ 5 nm ;
• dommage par lumen selon CIE 157, coefficient b indiqué ;
• Ra ≥ 95, R9 ≥ 90, tolérance colorimétrique 3 SDCM ;
• contenu ultraviolet sous 400 nm déclaré en µW/lm au plan de l'œuvre (référence ≤ 75 µW/lm) et irradiance au-delà de 700 nm déclarée en mW/lm ;
• éclairement maximal par catégorie selon CIE 157 / NF EN 16163 ;
• budget annuel de dose en lx·h et mode d'enregistrement ;
• gradation de 1 % à 100 % sans dérive de température de couleur ;
• chaleur dissipée à l'intérieur de la vitrine, déclarée.

8. Questions fréquentes

Cela depend de la sensibilite du materiau et non du type de salle. Les quatre categories de la CIE 157 vont de aucune limite pour la pierre, le metal, la ceramique et le verre, a 50 lux pour la soie, le papier journal et les colorants fugaces, avec 200 lux pour les huiles, les temperas et le bois et 50 lux pour les textiles, aquarelles, estampes et cuirs teints. La limite en lux ne suffit pas : c'est la dose annuelle qui compte.

La dose est l'eclairement multiplie par le temps d'exposition et se mesure en lux heure. Une oeuvre eclairee a 50 lux pendant huit heures par jour, trois cents jours par an, recoit 50 x 8 x 300 = 120 000 lux heure par an. Cela reste sous les 150 000 lux heure admis pour la categorie 3 de la CIE 157, mais represente huit fois les 15 000 admis pour la categorie 4.

Parce que le dommage ne depend pas des lux mais du spectre. La fonction de dommage de la CIE 157 pondere chaque longueur d'onde par une exponentielle croissante vers le violet et l'ultraviolet : la meme quantite de lumiere visible, si elle est riche en bleu et violet, produit plus de dommage. Le chiffre qui les distingue est le dommage par lumen, en milliwatts par lumen.

La bonne question n'est pas de savoir s'il emet ou non de l'ultraviolet : la phrase "la LED n'emet pas d'ultraviolet" est inexacte et ne doit pas servir de garantie. Aucune LED blanche n'emet zero sous 400 nm : celle a pompage bleu a 450 nm reste sous 1 microwatt par lumen sur les spectres de catalogue, peu mais pas rien, et en echange elle concentre mais concentre le pic dominant de tout le spectre a 450 nm ; une LED a tres haut rendu des couleurs a pompage violet a 405-415 nm a son pic au bord de l'ultraviolet et une queue sous 400 nm, mais sur une fraction de puissance tres faible, car presque toute la lumiere est reemise par le phosphore large bande. La comparaison se fait sur l'integrale : la fonction de dommage de la CIE 157 vaut exp(-b(lambda-300)) avec b entre 0,0115 et 0,0195 par nanometre, donc un watt a 405 nm pese de 1,7 a 2,4 fois un watt a 450 nm, et non mille fois. En ponderant sur 380-780 nm les spectres publies par les fabricants de puces avec b egal a 0,0115, a temperature de couleur egale, on obtient environ 4,5 microwatts par lumen sous 400 nm pour le pompage violet contre 0,8 pour une LED blanche courante et environ 40 pour un halogene non filtre, et un dommage par lumen de 0,208 contre 0,159 milliwatt par lumen : le pompage violet contient donc plus d'ultraviolet et environ trente pour cent de dommage par lumen en plus, en echange d'un Ra de 96 et d'un R9 superieur a 80. Ce sont des spectres de catalogue, pas des mesures du luminaire fini. L'ecart entre puces vaut trente pour cent, celui entre 200 et 50 lux trois cents : le projet se decide sur la dose et les heures. Ce qu'il faut exiger, c'est le dommage par lumen calcule sur le spectre mesure du luminaire et le contenu ultraviolet en microwatts par lumen, dont la reference museale classique est 75 microwatts par lumen ; pour les materiaux les plus sensibles on ajoute un filtre de coupure a 400 nm ou l'on choisit un pompage bleu.

L'IRC, ou Ra, est une moyenne sur huit couleurs pastel et ne dit presque rien des rouges satures. R9 est l'indice du rouge sature, la ou les LED bon marche s'effondrent : un luminaire peut afficher Ra 90 et un R9 proche de zero, et alors les carnations et les rouges de laque paraissent eteints. Rf et Rg du systeme TM-30 mesurent la fidelite et la saturation moyennes sur 99 echantillons et sont bien plus fiables. Pour le museal, demandez Ra superieur a 95 et R9 superieur a 90.

Des exigences verifiables, pas des adjectifs. Spectre mesure joint sous forme numerique, dommage par lumen declare selon CIE 157, Ra et R9 minimaux, contenu ultraviolet sous 400 nm declare en microwatts par lumen au plan de l'oeuvre et irradiance au-dela de 700 nm declaree en milliwatts par lumen, eclairement maximal par categorie de materiau, budget annuel de dose en lux heure et mode d'enregistrement de l'exposition. La comparaison des offres devient alors technique et non seulement tarifaire.

9. De la norme au projet

Ces chiffres montrent que maintenir une œuvre sous la limite relève de trois choix enchaînés : le spectre, qui fixe le dommage porté par chaque lumen ; le faisceau, qui fixe où ces lumens arrivent — un faisceau taillé sur l'œuvre évite de dépenser de la dose sur le fond et les bords de la vitrine ; et l'enregistrement, qui transforme le budget en donnée. Rédigés comme exigences de performance, ce sont aussi les trois postes qui rendent les offres comparables dans un marché à dominante technique.