vignette|Le métal incandescent émet un rayonnement visible comparable à celui d'un corps noir : sa couleur et son intensité dépendent de sa température. La température de couleur caractérise la couleur d'une source lumineuse : elle est la température du corps noir (ou radiateur de Planck) dont l'apparence visuelle serait la même que celle de la source : ... Généralement, la couleur des sources ne correspond pas exactement à une des couleurs du corps noir, la température de couleur proximale est alors définie comme la température du corps noir dont l'apparence visuelle serait la plus proche de celle de la source : .. Le radiateur de Planck peut être considéré comme une source chauffée qui reste à l'équilibre thermique en libérant de la chaleur uniquement par rayonnement.
En astronomie et en thermométrie, la mesure de la luminance énergétique sur deux bandes du spectre permet de déterminer la température de la source si l'on suppose qu'elle diffère peu de celle du corps noir.
La température de couleur est le plus souvent exprimée en kelvins (unité du Système international), de symbole K. On utilise parfois la température inverse en mireds (ou mégakelvins inverses). centré|vignette|redresse=1.8|Représentation de la couleur du rayonnement d'un corps noir à une température entre .
Évaluation de la température de couleur proximale La température de couleur proximale est la température du corps noir qui a la chromaticité la plus proche de celle de la source étudiée.
vignette|Diagramme de chromaticité xy du système colorimétrique CIE 1931 XYZ situant le lieu du corps noir, avec indication des droites isotempérature. Le spectre électromagnétique d'émission des sources lumineuses s'éloigne parfois considérablement du spectre calculé pour le corps noir. Même celui de la lumière du jour présente avec celui-ci des différences notables.. La norme Afnor de décrit la « méthode d'évaluation de la température de couleur proximale des sources de lumière ». Elle remplace la norme expérimentale Afnor XP X08-017 de .
À partir de la répartition spectrale de la source (pour n'importe quelle grandeur énergétique qui peut être mesurée), il faut d'abord calculer les composantes dans le système colorimétrique CIE 1931 XYZ avant d'obtenir les coordonnées u et v dans le système colorimétrique CIE 1960 UVW. Les droites de température constante (ou isotempérature) sont normales au lieu du corps noir dans le diagramme de chromaticité uv. Après s'être assuré que la température de couleur proximale est bien comprises entre et , la méthode consiste à trouver, par un procédé itératif, la droite isotherme qui passe par le point représentatif de la chromaticité de la source. Ne reste plus qu'à vérifier que l'écart de chromaticité ΔC entre la source et le corps noir de même température de couleur n'a pas la valeur 0,05 en valeur absolue, sans quoi aucune température de couleur proximale ne peut être attribuée.
centré|vignette|redresse=1.8|Lieu du corps noir et droites isotempérature dans le diagramme de chromaticité uv du système colorimétrique CIE 1960 UVW.
Mesure de la répartition spectrale de lumière émise
La seule mesure nécessaire est celle de la répartition spectrale de la source, quelle que soit la grandeur radiométrique, par intervalles de entre , rayonnée par la source étudiée.
Calcul des composantes CIE 1931 XYZ
Les composantes trichromatiques , et sont calculées avec quatre chiffres significatifs selon la méthode définie par :
.
Les fonctions colorimétriques , et sont définies par la norme NF EN ISO/CIE 11664-3 ou ISO/CIE 11664-3:2019(F).. Le choix de permet d'obtenir la valeur = 100.
Calcul des coordonnées CIE 1960 UVW
Les coordonnées et dans le système CIE 1960 sont calculées selon les relations : ; .
Vérification des conditions
Une fois les coordonnées trichromatiques dans le système CIE 1960 obtenues, il convient de vérifier que les conditions suivantes sont vérifiées, sans quoi le calcul n'est pas réalisable. pour que pour correspondant soit au-dessus de la zone de rencontre des normales au lieu du corps noir. pour que la température estimée soit supérieur à , soit une température inverse de . pour que la température estimée soit inférieure à , soit une température inverse de .
Méthode itérative
La température de couleur inverse est obtenue par une méthode itérative. Il s'agit de rechercher la température inverse qui annule l'écart de chromaticité tel que
,
où et sont les coordonnées trichromatiques dans le système à la température inverse , est la pente du lieu du corps noir, dans le diagramme de chromaticité , à cette même température. L'écart mesure la distance entre le point (représentatif de la couleur de la source dans le diagramme de chromaticité ) et le point (projection du point sur la droite de température constante, normale au lieu de Planck). Ces dernières valeurs sont présentées tabulées dans l'annexe A de la norme NF X 08-017, par pas de entre 10 et , puis par pas de entre 100 et 280 MK−1, et enfin par pas de 10 MK−1 entre 280 et 600 MK−1. Par essais successifs, les valeurs de évoluent entre des valeurs positives, pour les faibles valeurs de (hautes températures de couleur), vers des valeurs négatives pour les hautes valeurs de . Si l'une des valeurs de annule parfaitement , , c'est le cas . Sinon, dans le cas , la valeur de est obtenue par interpolation des valeurs , offrant la dernière valeur de positive, et , donnant la première valeur de négative :
.
Détermination finale
Si , c'est-à-dire dans le cas , la température de couleur de la source vaut .
Dans le cas , on calcule , puis :
.
si le point représentatif de la couleur de la source est au dessus du lieu du corps noir, c'est-à-dire avec un excès de vert.
si le point représentatif de la couleur de la source est en dessous du lieu du corps noir, c'est-à-dire avec un excès de magenta.
Si , la température de couleur proximale de la source vaut . Sinon, la couleur de la source est trop éloignée de celle du corps noir : on ne peut pas lui attribuer de couleur de température proximale.
Température de couleur et température effective La température de couleur d'une source lumineuse est la température du corps noir à l'équilibre thermique qui aurait la même chromaticité que la source. Le corps noir est un modèle mathématique qui décrit une surface idéale qui absorberait tous les rayonnements et n'émettrait que par rayonnement thermique. vignette|Efficacité lumineuse du corps noir. En abscisse, la température de couleur en kelvins, en ordonnée l'efficacité lumineuse en lumens par watt. La température de couleur d'une source n'a de rapport avec la température effective de l'élément lumineux que si elle produit de la lumière par incandescence : flamme, lampe à incandescence, lampe à arc, lumière solaire Toutefois, les sources à incandescence, y compris les arcs électriques et la lumière des étoiles comme le Soleil, ne rayonnent qu'approximativement comme le corps noir. Souvent, notamment dans le cas des métaux, leur température de couleur proximale peut être supérieure à la température effective et la répartition spectrale n'est pas exactement celle que prévoit la loi de Planck..
Il est néanmoins intéressant de calculer l'efficacité lumineuse du rayonnement du corps noir (rapport entre le flux lumineux et la puissance rayonnée totale) exprimé en lumens par watt. La fréquence du maximum d'émission du corps noir et sa radiance croissent avec la température ; la première lui est proportionnelle, la seconde proportionnelle à sa puissance quatrième. De ce fait, quand la température est trop faible, la plus grande partie de la faible énergie rayonnée est invisible, dans l'infrarouge. Quand le maximum de radiance rentre dans la zone visible, l'efficacité augmente rapidement. Quand le maximum de radiance sort de la zone visible, une part croissante de la puissance est invisible, ce sont des ultraviolets. Comme la radiance totale continue à croître et qu'une grande partie du rayonnement est encore visible, l'efficacité lumineuse diminue lentement. L'efficacité lumineuse maximale du corps noir se situe vers , à environ par watt.
Pour les sources luminescentes (lampes à décharge, lampes à diodes électroluminescentes), la température est nettement inférieure à la température de couleur : leur spectre d'émission, plus concentré dans les régions de la lumière visible, diffère considérablement de celui du corps noir. Une lampe à LED peut fournir une lumière dont la température de couleur est alors que sa température est à peine supérieure à celle de la température ambiante.
Températures de couleur de sources courantes La couleur d'une source lumineuse artificielle varie du rouge orangé de la flamme d'une bougie () au bleuté () d'un arc électrique. Celle de la lumière du jour varie entre et selon qu'il s'agisse du soleil direct ou d'un éclairage à l'ombre, d'un temps couvert ou dégagé, de la hauteur du soleil sur l'horizon. Les spectres de la lumière du jour, dans différentes circonstances, sont difficiles voire impossibles à reproduire en lumière artificielle.. L'illustration ci-dessous représente différentes températures de couleur pour des sources lumineuses naturelles et artificielles comprises entre et ..
Indice de rendu des couleurs
La couleur des objets éclairés dépend du produit, longueur d'onde par longueur d'onde, de l'éclairement énergétique par le coefficient de réflexion diffuse de l'objet. Deux spectres différents peuvent donner la même couleur par métamérisme, tandis que deux sources de même température de couleur peuvent donner deux couleurs différentes lorsqu'elles éclairent un même objet.
L'indice de rendu des couleurs (noté IRC, Ra, Ra8), défini par la recommandation Afnor . ou le (noté TLCI), défini par la norme ., permettent, en complément de la température de couleur proximale, de caractériser la qualité de la lumière fournie par une source. Les méthodes sont similaires pour ces deux critères, les échantillons colorés diffèrent.
Différence de température de couleur
vignette|redresse=1.8|Nomogramme de calcul de la différence de température de couleur en mireds On définit le mired ou mégakelvin inverse (MK−1) comme un million de fois l'inverse de la température de couleur, . Cette unité de température inverse est utilisée en photographie pour exprimer des différences de température de couleur. Une source ayant une petite différence en mireds avec la lumière principale, blanche par définition, apparaîtra approximativement de la même couleur, quelle que soit la température de couleur de la lumière principale, dans le domaine usuel de l'éclairage, de (), à (). Pour la corriger, on lui ajoutera le même filtre correcteur.. .
Le seuil à partir duquel un observateur ordinaire décèle une différence de température de couleur entre deux éclairants est de dans des conditions de laboratoire proches de celles d'un spectacle.
Sensation visuelle
Diagramme de Kruithof vignette|Diagramme de Kruithof. Au milieu du , a utilisé des lampes à incandescence et des tubes fluorescents pour produire des éclairages d'intensité et de température de couleur contrôlables, sans toutefois indiquer sa méthode expérimentale.. Il en a conclu que la zone de confort varie. Les éclairements faibles sont selon lui plus agréables avec des températures de couleur relativement basses.. Des expériences plus récentes ne valident que partiellement ses conclusions., tandis que d'autres réfutent le lien entre éclairement, température de couleur et confort visuel. Cependant, on se sert fréquemment du pour choisir l'éclairage d'un lieu.
Éclairage « chaud » et « froid »