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Loi en inverse du carré : comment l'intensité diminue avec la distance

Calculez comment l'intensité de la lumière, d'un rayonnement ou du son émis par une source ponctuelle varie avec la distance, et la distance pour atteindre une intensité cible.

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Valeur hors limites

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Résultats

Intensité à la nouvelle distance

250

Part de l'intensité de référence

25,0 %

Deux fois plus loin, l'intensité est divisée par quatre

Distance pour l'intensité visée

3,16

Variation de niveau
-6,02 dB
Environ −6 dB chaque fois que la distance double
Rapport des distances (nouvelle ÷ référence)
2,00 ×

Pourquoi l’intensité diminue avec la distance

Une ampoule, un feu de camp ou une petite source radioactive émet de l’énergie dans toutes les directions. À une distance d, cette énergie se répartit sur une sphère d’aire 4πd². Deux fois plus loin, la même énergie couvre une surface quatre fois plus grande. L’intensité, c’est-à-dire l’énergie par unité de surface, diminue donc comme le carré de la distance.

La formule

I₂ = I₁ × (d₁ ÷ d₂)²

  • I₁ est l’intensité mesurée à la distance d₁ ;
  • I₂ est l’intensité à la nouvelle distance d₂.

Pour trouver la distance qui donne une intensité visée : d = d₁ × √(I₁ ÷ I_visée).

En décibels, la variation vaut 10 × log₁₀(I₂ ÷ I₁), soit environ −6 dB chaque fois que la distance double.

Exemple

Une lampe donne 1 000 lux à 1 m :

  • À 2 m : 250 lux, le quart de l’éclairement
  • Variation : −6,02 dB
  • Pour obtenir 100 lux, placez-vous à environ 3,16 m

L’intensité peut être exprimée dans n’importe quelle unité : lux pour l’éclairement, microsieverts par heure pour un débit de dose, watts par mètre carré pour un rayonnement thermique. Le calculateur conserve l’unité saisie.

Applications courantes

  • Photographie : éloigner un flash deux fois plus du sujet demande deux diaphragmes d’ouverture en plus. Les photographes de studio s’en servent pour doser la décroissance de la lumière dans une scène.
  • Éclairage horticole : les plantes reçoivent quatre fois plus de lumière à mi-distance ; la hauteur de la lampe compte autant que sa puissance.
  • Radioprotection : la distance est, avec le temps d’exposition et les écrans, l’un des trois moyens de se protéger des rayonnements ionisants, comme le rappellent l’Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection et l’INRS.
  • Acoustique : en champ libre, le niveau sonore d’une petite source baisse d’environ 6 dB par doublement de la distance.

Quand la loi ne s’applique plus

  • Près d’une grande source : à proximité d’un long tube fluorescent ou d’une dalle LED, l’intensité baisse moins vite. On considère en général qu’il faut être à plus de cinq fois la taille de la source.
  • Faisceaux : lasers, projecteurs et phares concentrent leur énergie, qui décroît beaucoup plus lentement.
  • Réflexions : dans une pièce, murs et plafond renvoient la lumière et le son, et les niveaux baissent moins que prévu.
  • Absorption : sur de longues distances, l’air, le brouillard ou l’eau absorbent une partie de l’énergie, qui diminue plus vite.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la loi en inverse du carré ?

Pour une petite source qui rayonne de la même façon dans toutes les directions, l'énergie se répartit sur une sphère dont l'aire croît comme le carré du rayon. L'intensité diminue donc comme 1 ÷ distance² : deux fois plus loin, elle est divisée par quatre ; trois fois plus loin, par neuf.

Où s'applique-t-elle ?

À la lumière d'une ampoule, au rayonnement d'une petite source radioactive, au son d'une source ponctuelle en champ libre, ainsi qu'à la gravitation et au champ électrique. Elle vaut dès qu'on est assez loin pour que la source paraisse ponctuelle, en général à plus de cinq fois sa plus grande dimension.

Quand ne s'applique-t-elle pas ?

Près des grandes sources, comme une dalle lumineuse ou un long tube fluorescent, dans une pièce où les murs réfléchissent le son ou la lumière, avec un faisceau concentré comme un laser ou un projecteur, et quand l'air absorbe l'énergie sur de longues distances.

Comment sert-elle en radioprotection ?

La distance est, avec le temps et les écrans, l'un des trois moyens de protection. Passer de 1 à 3 mètres d'une petite source divise le débit de dose par neuf environ. Respectez toujours les consignes de radioprotection de votre établissement.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.