pour activer les psoralènes. Certains auteurs suggèrent le remplacement de l'UV dans l'activation des psoralènes par de la lumière bleue (Pfaff et al., 2015; Félix Garza et al., 2017) qui semble être aussi efficace.

### 3.8.4 Conclusions sur les LED et les pathologies cutanées

#### 3.8.4.1 Synthèse

La présence d'une importante quantité de lumière bleue dans la composition des LED « blanches » soulève la question des effets qu'elle peut avoir sur la peau. Il s'agit d'une question encore peu étudiée. En effet, les lésions induites par les rayonnements électromagnétiques sur la peau se sont concentrées sur l'UVB, les altérations de l'ADN qu'il produit et l'apparition des cancers de la peau. Plus récemment, les effets carcinogéniques de l'UVA, qui endommage la peau indirectement à travers la production de ROS, ont été admis (El Ghissassi et al., 2009). En fait, la distinction stricte entre UVB, UVA, et lumière bleue semble arbitraire dans le sens où les effets produits dépendent de l'absorption de la cible, qui n'est jamais ponctuelle (à une longueur d'onde précise) et de l'énergie transportée par la lumière qui dépend de façon continue (non discrète) de la longueur d'onde.

Il est à noter que les personnes exposées fortement au soleil présentent un vieillissement prématuré de la peau. Or, le vieillissement de la peau et les altérations produites par le soleil ont les mêmes causes : l'instabilité génomique, l'accumulation de mutations dans l'ADN mitochondrial, la sénescence cellulaire, le raccourcissement des télomères. On peut donc se demander si la lumière bleue, à l'instar de l'UVA, peut aussi produire ce type d'altérations. Les résultats de Nakashima et al. semblent répondre positivement à cette question, car ils ont prouvé que l'exposition à la lumière bleue induit la production de ROS chez la souris et la disparition de flavines chez l'Homme (le protocole expérimental utilisé chez la souris n'était pas applicable techniquement à l'Homme).

Ces résultats sont aussi en accord avec d'autres travaux qui montrent la nécrose et l'apoptose cellulaire sur des cellules de la peau en culture (Teuschl et al., 2015; Opländer et al., 2011; Mamalis et al., 2015; Fushimi et al., 2012) et avec des études sur la peau saine montrant l'augmentation de la production de monoxyde d'azote, une molécule qui induit la vasodilatation et contribue à cantonner la flore cutanée mais qui peut aussi induire la nytrosylation protéique (Opländer et al., 2013).

Une attention particulière doit être portée sur la peau des nouveaux nés, car elle est immature. Des cinq études réalisées pour évaluer le risque de développer des lésions mélanocytaires bénignes ou malignes après la photothérapie néonatale à la lumière bleue, trois ont montré un nombre accru de nevi commun ou atypique chez les enfants exposés (Paller et al., 2011).

En ce qui concerne la peau pathologique, les données sont concentrées sur les UV qui aggravent en général ces peaux très sensibles à la lumière mais sans investiguer plus particulièrement les effets potentiellement dus à la partie bleue de la lumière. Etant donné que la partie bleue du spectre peut induire la production de radicaux libres, on peut penser que les photodermatoses pourraient être aggravées, en particulier les genodermatoses graves telles que le Xeroderama pigmentosum où au défaut de réparation de l'ADN s'ajoute une gestion déficiente du stress oxydant (Parlanti et al., 2015).

En ce qui concerne la question de la photosensibilisation, une myriade de produits, d'utilisation topique ou générale, la produisent et là encore les études se sont concentrées sur les UV.

Un élément supplémentaire en faveur d'une influence non anodine de la lumière sur la peau, et ce malgré le manque d'information précise, vient du développement explosif de dispositifs médicaux utilisant différentes longueurs d'onde pour le traitement de différentes affections en dermatologie et qui détiennent une autorisation de mise sur le marché. Les dispositifs sont variés, les longueurs d'onde et les irradiances aussi, mais la littérature montre que les utilisations des spectres dans la gamme du rouge sont plus utilisées pour les effets
« trophiques » et les longueurs d'onde courtes, dans la gamme du bleu, pour des effets d'asepsie et leur capacité à détruire les bactéries.

Les différentes données synthétisées ici sont très difficilement transposables à une évaluation des effets d'une exposition chronique à une quantité relativement faible de lumière bleue pour la peau, ce qui sera le cas lorsque tout l'éclairage sera fourni par les LED dans leur configuration actuelle. Cet aspect, néanmoins, devrait être pris en considération.

### 3.8.4.2 Classement de l'effet d'une lumière froide sur des pathologies cutanées

Nous dressons ci-dessous le bilan des études chez l'homme et chez l'animal pour classer l'effet d'une exposition à une lumière riche en bleu sur la survenue de pathologies cutanées.

#### 3.8.4.2.1 Niveau de preuve chez l'Homme

Il existe plusieurs études épidémiologiques qui lient le vieillissement cutané et l'exposition solaire (qui est une lumière froide, riche en bleue, en plein jour).

Des cinq études réalisées pour évaluer le risque de développer des lésions mélanocytaires bénignes ou malignes après la photothérapie néonatale à lumière bleue, trois ont montré un nombre accru de nevi commun ou atypique chez les enfants exposés (Paller et al., 2011).

L'étude de Nakashima et al. étudiant l'effet de la lumière bleue sur l'Homme montre une disparition de flavines.

Pour le groupe de travail, les éléments de preuve sont limités chez l'Homme quant à l'effet d'une exposition à la lumière riche en bleu sur la survenue de pathologies cutanées.

#### 3.8.4.2.2 Niveau de preuve chez l'animal

Les résultats de Nakashima et al. ont montré que l'exposition à la lumière bleue induit la production de ROS chez la souris et la disparition de flavines chez l'Homme.

Ces résultats sont aussi en accord avec d'autres travaux qui montrent la nécrose et l'apoptose cellulaire sur des cellules de la peau en culture (Teuschl et al., 2015 ; Opländer et al., 2011 ; Mamalis et al., 2015 ; Fushimi et al., 2012) et avec des études sur la peau saine montrant l'augmentation de la production de monoxyde d'azote, une molécule qui induit la vasodilatation et contribue a cantonner la flore cutanée mais qui peut aussi induire la nytroslation protéique (Opländer et al., 2013).

Les éléments de preuve sont limités chez l'animal quant à l'effet d'une exposition à la lumière riche en bleu sur la survenue de pathologies cutanées.

#### 3.8.4.2.3 Classement de l'effet d'une lumière froide sur les pathologies cutanées

Pour le groupe de travail, l'effet d'une exposition à la lumière riche en bleu sur la survenue de pathologies cutanées est possible.
# 4 Caractérisation des expositions

## 4.1 Données d'expositions instantanées avec mise en relief sur la gamme du bleu

Afin d'augmenter la connaissance sur les niveaux d'exposition de la population à la lumière artificielle et en particulier à celle issues des LED, différentes campagnes de mesures ont été réalisées par le CSTB :

* une campagne de mesures sur sites (maison, école, bureau, stade, lieux de travail);

* une campagne de mesures sur des objets à LED et écrans numériques (écrans d'ordinateurs, écrans de smartphone);

* une campagne de mesure sur des phares automobiles.

Ces campagnes effectuées sur différents sites et objets ont permis d'obtenir des données utiles pour tenter d'estimer par la suite l'exposition de différentes populations selon des scénarios prédéfinis. Ce travail est détaillé dans la partie 4.2.

Nous présentons ci-dessous succinctement les résultats pour chaque campagne de mesures.

### 4.1.1 Mesures photométriques sur sites et pour des écrans numériques

#### 4.1.1.1 Mesures photométriques réalisées sur site (maison, école, bureau, réseau ferré souterrain)

##### 4.1.1.1.1 Matériel utilisé et grandeurs photométriques mesurées

Dans le cadre de l'évaluation des niveaux d'exposition à la lumière artificielle, diverses opérations de mesurages ont été réalisées afin de constituer des éléments de référence. Les grandeurs photométriques analysées concernent principalement l'éclairement (spectrique) dans le plan de l'œil ainsi que la distribution de luminance dans le champ visuel. Les équipements de mesure utilisés sont de deux types (cf. Figure 82).

* un spectro-photomètre pour le mesurage des niveaux d'éclairements spectriques;

* un vidéo-luminancemètre pour la constitution de cartographies de luminance dans le champ visuel.

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Figure 82 : spectro-photomètre et vidéo-luminancemètre</figcaption></figure>
Pour chaque site étudié, les relevés photométriques ont été réalisés dans le plan de l'œil d'un observateur pour diverses postures. Les mesures ont été réalisées en mai 2017 sur différents sites :

* dans une maison individuelle ;

* dans des bureaux ;

* dans une école maternelle ;

* dans un stade (mars 2017)

* dans un réseau ferré souterrain.

#### 4.1.1.1.2 Mesures dans une maison individuelle

Les relevés photométriques ont été réalisés en l'absence notable de lumière naturelle afin de bien distinguer l'exposition lumineuse attribuable à l'éclairage artificiel de l'éclairage naturel. Les conditions thermiques et d'alimentation des éclairages n'ont pas été contrôlées mais sont supposées être représentatives des conditions normales de fonctionnement.

Les mesures (cf. Figure 83) ont été effectuées dans la chambre à coucher (éclairage à LED), dans la cuisine (éclairage à LED), le salon (éclairage avec des tubles fluorescents), le séjour (éclairage à LED) et la salle de bain (éclairage à LED).

Quelle que soit la technologie, les températures de couleur variaient de 2 700 à 3 000 K avec des éclairements sur le plan de l'œil qui se situaient entre 25 et 400 lx. Les indices de rendu de couleur variaient entre 81 et 90.

<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Figure 83 : exemple de cartographies prises dans le séjour</figcaption></figure>

#### 4.1.1.1.3 Mesures dans des bureaux

Les relevés photométriques (cf. Figure 84) ont été réalisés dans des bureaux (éclairage en tubes fluocompactes T8), en salle de réunion (éclairages en tubes fluocompacts T5) et à la cafétéria (éclairage à LED).

Quelle que soit la technologie, les éclairements sur le plan de l'œil variaient entre 50 et 300 lx avec des températures de couleur autour de 3 800 K et des indices de rendu de couleur entre 74 et 84.
<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Figure 84 : exemple de cartographies prises dans un bureau</figcaption></figure>

#### 4.1.1.1.4 Mesures dans une école maternelle

Les relevés photométriques ont été réalisés (cf. Figure 85), vers 20 heures dans une école maternelle, dans une salle de classe et le dortoir. Malgré quelques précautions visant à réduire la présence de l'éclairage naturel, certains mesurages intègrent des apports indirects naturels (toutefois suffisamment faibles pour cette analyse). L'éclairage des lieux utilise des tubles fluorescents T8.

Les mesures ont été réalisées dans la salle de classe et dans le dortoir avec différentes situations d'observateurs (enfant ou adulte). Les niveaux d'éclairement sur le plan de l'œil variaient selon les situations de 80 à 300 lx avec des températures de couleur variant de 3 600 à 3 900 K.

<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Figure 85 : exemple de cartographies prises à l'école</figcaption></figure>

#### 4.1.1.1.5 Mesures dans un stade

Les relevés photométriques

ont été réalisés de nuit, dans un stade de football. L'aire de jeu est éclairée par environ 150 projecteurs à iodures métalliques de 2 000 watts, assurant un éclairement horizontal de 1 400 lx au milieu du terrain. Les mesurages ont été réalisés sur le terrain et dans les tribunes.

Pour ce qui concerne les joueurs de football, les éclairements sur le plan de l'œil peuvent varier de 600 à 1 500 lx avec des températures de couleurs autour de 6 000 K et des indices de rendu de couleur de l'ordre de 82.

Pour ce qui concerne les spectateurs en tribunes, les éclairements sur le plan de l'œil sont autour de 400 lx, des températures de couleur autour de 6 000 K et des indices de rendu de couleur de 84.
#### 4.1.1.1.6 Mesures dans un réseau ferré souterrain

Des mesures ont pu être réalisées dans un réseau ferré souterrain éclairé avec la technologie à LED. Les relevés photométriques effectués montrent que selon les situations (situation de travail, ou personne utilisant ce réseau ferré, ...), les éclairements sur le plan de l'œil variaient entre 50 lux et 400 lux (en moyenne 125 lux) avec des températures plutôt variant entre 3900 et 4 500 K (en moyenne 4 100 K) et des indices de rendu de couleur variant autour de 80.

### 4.1.1.2 Mesures photométriques d'écrans numériques

Les relevés photométriques ont été réalisés sur un ensemble d'écrans numériques (moniteurs, tablettes, téléphones), à une distance similaire à celle des conditions d'observation.

Les mesurages sont réalisés lors de l'affichage d'un écran totalement blanc, sans modification des réglages des utilisateurs (sauf indication contraire).

#### 4.1.1.2.1 Écrans d'ordinateur

Comme illustré dans le tableau ci-dessous, les éclairements dans le plan de l'œil mesurés varient de 20 à 60 lx. Les températures de couleur sont plutôt froides, voire très froides (> 6 000 K).

<table><caption>Tableau 11 : résultats des relevés photométriques sur écrans d'ordinateurs</caption><thead><tr><td>Numéro d'appareil</td><td>Distribution spectrale</td><td>Éclairement dans le plan de l'œil</td><td>Température de couleur</td></tr></thead><tbody><tr><td>1 Technologie LED</td><td></td><td>26 lx</td><td>5 700 K</td></tr><tr><td>2 Technologie LED</td><td></td><td>45 lx</td><td>6 100 K</td></tr><tr><td>3 Technologie LED</td><td></td><td>55 lx</td><td>6 200 K</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_94.png" /></figure>

<figure><img src="image_95.png" /></figure>

<figure><img src="image_96.png" /></figure>
<table><thead><tr><th>Numéro d'appareil</th><th>Distribution spectrale</th><th>Éclairement dans le plan de l'œil</th><th>Température de couleur</th></tr></thead><tbody><tr><td>4<br>Technologie fluorescente</td><td></td><td>60 lx</td><td>4 500 K</td></tr><tr><td>5<br>Technologie LED</td><td></td><td>52 lx</td><td>6 900 K</td></tr><tr><td>6<br>Technologie fluorescente</td><td></td><td>20 lx</td><td>4 700 K</td></tr><tr><td>7<br>Technologie fluocompacte</td><td></td><td>42 lx</td><td>4 800 K</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_97.png" /></figure>

<figure><img src="image_98.png" /></figure>

<figure><img src="image_99.png" /></figure>

<figure><img src="image_100.png" /></figure>

### 4.1.1.2.2 Écrans de téléphone et de tablettes graphiques

Tous les appareils testés utilisent une technologie à LED. Les éclairements dans le plan de l'œil varient de 1,8 lx à 45 lx et les températures de couleur sont généralement très froides (> 6 000 K), sauf lorsqu'un filtre est activé ou une protection plastique utilisée.

<caption>**Tableau 12 : résultats des relevés photométriques sur téléphones et tablettes graphiques**</caption>
<table><thead><tr><th>Numéro d'appareil</th><th>Distribution spectrale</th><th>Éclairement dans le plan de l'œil</th><th>Température de couleur</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td></td><td>10 lx</td><td>6 900 K</td></tr><tr><td>2</td><td></td><td>9 lx</td><td>7 000 K</td></tr><tr><td>3 (modèle 2 avec un filtre anti-bleu activé)</td><td></td><td>7 lx</td><td>4 100 K</td></tr><tr><td>4</td><td></td><td>2 lx</td><td>6 800 K</td></tr><tr><td>5 (modèle 4 avec protection plastique)</td><td></td><td>1,8 lx</td><td>6 400 K</td></tr><tr><td>6</td><td></td><td>10 lx</td><td>7 400 K</td></tr></tbody></table>

<footnote n="56">⁵⁶ Ici les trois spectres qui apparaissent correspondent à des variations autour de la valeur moyenne du spectre</footnote>
<table><thead><tr><th>Numéro d'appareil</th><th>Distribution spectrale</th><th>Éclairement dans le plan de l'œil</th><th>Température de couleur</th></tr></thead><tbody><tr><td>7</td><td></td><td>8 lx</td><td>7 600 K</td></tr><tr><td>8</td><td></td><td>10 lx</td><td>6 000 K</td></tr><tr><td>9</td><td></td><td>6 lx</td><td>7 250 K</td></tr><tr><td>10</td><td></td><td>5 lx</td><td>7 600 K</td></tr><tr><td>11</td><td></td><td>45 lx</td><td>6 400 K</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_101.png" /></figure>

<figure><img src="image_102.png" /></figure>

<figure><img src="image_103.png" /></figure>

<figure><img src="image_104.png" /></figure>

<figure><img src="image_105.png" /></figure>
#### 4.1.1.3 Bilan des mesures d'éclairement sur sites et objets

Le Tableau 13 présente un récapitulatif des niveaux d'éclairement et des températures de couleur mesurées dans cette section. Selon les situations d'utilisation, les températures de couleur peuvent être chaudes (cela est par exemple possible dans l'éclairage domestique) ou froides comme cela est le cas avec les écrans d'ordinateurs.

<table><caption>Tableau 13 : récapitulatif des éclairements et températures de couleur mesurés sur sites et objets à LED</caption><thead><tr><td></td><td>Éclairement</td><td>Température de couleur</td><td>Indice de rendu de couleur</td></tr></thead><tbody><tr><td>Maison individuelle (chambre à couher- LED, cuisine - LED, salon - tube fluorescents, salle de bain - LED)</td><td>25 et 400 lx</td><td>2 700 à 3 000 K</td><td>81 et 90</td></tr><tr><td>Bureaux (bureaux - fluocompactes, salle de réunion - fluocompactes, cafétéria - LED)</td><td>50 et 300 lx</td><td>3 800 K</td><td>74 et 84</td></tr><tr><td>École maternelle (tubes fluo)</td><td>80 à 300 lx</td><td>3 600 à 3 900 K</td><td>non mesuré</td></tr><tr><td>Stade</td><td>600 à 1 500 lx</td><td>6 000 K</td><td>non mesuré</td></tr><tr><td>Réseau ferré souterrain</td><td>50 lux et 400 lux</td><td>3 900 à 4 500 K</td><td>Environ 80</td></tr><tr><td>Écrans</td><td>20 à 60 lx</td><td>> 6 000 K</td><td>non mesuré</td></tr><tr><td>Téléphones</td><td>1,8 à 45 lx</td><td>> 6 000 K</td><td>non mesuré</td></tr></tbody></table>

### 4.1.2 Détermination du groupe de risque d'objets à LED

Une campagne de mesures a été lancée pour déterminer le groupe de risque de différents objets composés de LED. Les objets testés ont été les suivants :

* des lampes d'éclairage général (des lampes dites intelligentes et des lampes directionnelles);

* des systèmes de luminothérapie;

* des systèmes d'éclairage portatifs (lampes torches, stylo lumineux);

* des jouets comportant des LED (lampes torches pour enfant).

#### 4.1.2.1 Lampes d'éclairage général

Les lampes testées sont des lampes directionnelles (spot) et des lampes dites « intelligentes ». Les niveaux de luminance pondérée « lumière bleue » correspondent à des groupes de risques RG 0 et RG 1.

Parmi les lampes testées, une lampe dite « intelligente » permet d'éclairer en couleur. La lumière bleue « pure » émise par cette lampe a été testée. Le groupe de risque est semblable à celui observé en fonctionnement en lumière blanche. Cependant, le facteur d'excitation mélanopique est environ 10 fois plus élevé en lumière bleue pure, ce qui révèle une influence potentielle plus importante des effets non visuels de la lumière. Par contre, il
est important de noter que la lampe testée en éclairage bleu n'est pas associée à un groupe
de risque plus élevé car les longueurs d'onde d'émission utilisées sont suffisamment longues
pour exciter la mélanopsine, et provoquer ainsi le réflexe de contraction pupillaire.

4.1.2.2 **Les lampes de luminothérapie**

Les lampes testées sont toutes dans le groupe de risque RG 0. On note néanmoins que les luminances pondérées sont environ 100 fois moins élevées (voir la Figure 86) pour les lampes munies d'un diffuseur, par rapport à la lampe testée comportant des LED nues. Parmi les lampes comportant un diffuseur, la lampe utilisant des LED a un niveau de luminance pondérée semblable à la lampe à base de sources fluorescentes.

Le facteur d'excitation mélanopique de l'une de ces lampes testées est supérieur à 1 (valeur maximale constatée sur l'ensemble des lampes testées), ce qui est normal au vu de l'application recherchée.

4.1.2.3 **Les lampes d'éclairage portatif**

Le stylo lumineux comporte une seule LED dont la luminance n'est pas suffisamment élevée pour dépasser le groupe de risque RG 0.

La lampe frontale de loisirs a un niveau de luminance pondérée beaucoup plus important. Elle est classée en groupe de risque RG 2 à la distance de 200 mm et à la distance de 500 mm. À des distances plus grande (1 m et au-delà), le groupe de risque redescend à RG 0.

Les lampes torches LED testées sont des sources très lumineuses émettant une lumière blanche très froide, comportant beaucoup de bleu. Les niveaux de luminance pondérée sont les plus élevés de l'ensemble des produits testés. Les niveaux sont compris entre 25 000 W/m²/sr et plus de 30 000 W/m²/sr jusqu'à des distances de plusieurs mètres. Ainsi, les groupes de risque sont RG 2, au moins jusqu'à la distance maximale testée de 2 m.

La lampe frontale de loisirs et les deux torches sont associées à un facteur de risque rétinien de la lumière bleue potentiellement aggravé par une faible excitation mélanopique, qui implique une diminution du réflexe de contraction pupillaire.

4.1.2.4 **Les lampes torches jouets**

La lampe torche jouet émettant de la lumière blanche est relativement éblouissante (plus d'un million de cd/m²). Le groupe de risque photobiologique est RG 0.

La lampe torche jouet émettant de la lumière bleue est très particulière car le rayonnement émis est de type « bleu profond », situé à la limite de l'ultraviolet (380 nm). Sa longueur d'onde d'émission maximale est de 402 nm.

Pour ce type de source, une évaluation supplémentaire de la luminance pondérée et du groupe de risque a été effectuée en prenant en compte la courbe de sensibilité photochimique rétinienne des personnes aphaques et pseudophaques. Cette courbe est recommandée par l'Icnirp pour évaluer le risque auprès des enfants de moins de 2 ans. Pour ces enfants, les tissus oculaires sont beaucoup moins filtrants pour les courtes longueurs d'onde, ce qui explique que la sensibilité ne diminue pas en dessous de 430 nm mais continue de croître dans l'ultraviolet. Bien que recommandée par l'Icnirp, cette évaluation n'est pas incluse dans la norme de sécurité photobiologique NF EN 62471.

L'évaluation « standard » de la torche jouet bleue conduit à un groupe de risque RG 0. Par contre, l'évaluation sur la base de la sensibilité des aphaques conduit à un groupe de risque RG 2 à la distance de 200 mm. Pour les distances plus grandes, le groupe de risque redescend à RG 0.

La lampe torche jouet émettant de la lumière bleue est également particulièrement critique au niveau du facteur de risque rétinien car celui-ci est potentiellement aggravé par la diminution du réflexe de contraction de la pupille, lié à une très faible excitation mélanopique.
#### 4.1.2.5 Synthèse des résultats concernant les objets à LED

La Figure 86 présente les différents groupes de risque des objets à LED testés.

<figure><img src="image_106.png" /><figcaption>Figure 86 : groupe de risque des différents objets à LED testés.</figcaption></figure>

Il existe de grande disparité dans les groupes de sécurité photobiologiques des objets à LED testés. Les lampes d'éclairage et de luminothérapie testées ne sont pas associées à des groupes de risque supérieur à 1, malgré des niveaux de luminances pouvant varier d'un rapport d'environ 50. A l'inverse, les lampes frontales et les les lampes torches ont des niveaux très élevés d'émission de lumière bleue et sont classées en groupe de risque 2, un groupe de risque interdit pour les produits d'éclairage domestique alimentés sur secteur.

Un jouet testé émet un rayonnement bleu de très courte longueur d'onde situé en limite de l'ultraviolet. Ce jouet présente un risque rétinien particulièrement élevé pour les jeunes enfants, alors que son groupe de risque est de 0 dans le cas de l'évaluation normative applicable à la population générale.

### 4.1.3 Mesures d'éclairages automobiles

Une campagne de mesures a été réalisée afin de déterminer le groupe de risque photobiologique, selon la norme NF EN 62471, de modules lumineux intégrés dans des projecteurs automobiles. Les technologies mesurées étaient des technologies LED, halogènes et xénon. Les résultats obtenus avec ces différentes technologies ont été comparés.

Après détermination des groupes de risques des différents modules, des durées limites d'exposition ont été calculées pour des piétons en configurations réelles d'exposition, et ce en fonction de l'âge de l'observateur, de la technologie d'éclairage (halogène, xénon, LED) et de la distance d'observation selon les recommandations de l'Icnirp. Les résultats obtenus pour les différentes technologies ont également été comparés.
Dans le cadre de cette campagne de mesure, seuls les rayonnements optiques du domaine visible ont été pris en compte. Les risques photobiologiques liés aux rayonnements ultraviolets et infrarouges n'ont pas été étudiés pour les raisons suivantes :

* la technologie LED intégrée dans les feux testés ne produit pas de rayonnements UV ou IR.

* quelle que soit leur technologie, les feux automobiles émettent des niveaux de rayonnements UV très faibles, limités à 10 µW/lm par le règlement Unece n° 98. L'absence de niveaux significatifs de rayonnement UV a été vérifiée par le CSTB lors des mesures spectrales ;

* seuls les feux halogènes émettent du rayonnement infrarouge avec un niveau significatif.

La comparaison entre les différentes technologies d'éclairage automobile a donc été effectuée en étudiant le risque photobiologique de la lumière bleue, correspondant à l'endommagement de la rétine par des processus photochimiques résultant d'une exposition unique aigüe à la lumière bleue. Ce processus est décrit dans les recommandations internationales de l'ICNIRP citées dans la partie « Évolutions normatives et réglementaires » de ce rapport.

### 4.1.3.1 Évaluation des groupes de risque selon la norme de sécurité photobiologique NF EN 62471

Les graphes suivants récapitulent les résultats obtenus, en séparant les feux de croisement des feux de routes et des feux DRL.

#### 4.1.3.1.1 Feux de croisement

Comme l'illustre la Figure 87 ci-dessous, tous les feux de croisement à LED testés sont en groupe de risque 2 (risque modéré).

<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>Figure 87 : luminance pondérée pour les feux de croisement</figcaption></figure>

Les luminances pondérées dans le bleu des feux de croisement LED sont 4 à 6 fois plus élevées que celle du feu de croisement halogène. Le feu de type xénon testé a une
luminance pondérée dans le bleu environ deux fois plus élevée que celle du feu de croisement halogène. Il est également classé en groupe de risque 2 (risque modéré). Seul le feu de croisement halogène est classé en groupe de risque 1 (risque faible).

#### 4.1.3.1.2 Feux de route

À l'exception du feu LED, fonctionnant en complément du feu au xénon, les feux de route de type xénon et LED testés (cf. Figure 88) sont tous classés en groupe de risque 2 (risque modéré).

<figure><img src="image_108.png" /><figcaption>Figure 88 : luminance pondérée pour les feux de route</figcaption></figure>

Les luminances pondérées dans le bleu des feux de route xénon et LED ont des niveaux semblables, environ 5 fois plus élevés que celle du feu halogène testé.

#### 4.1.3.1.3 Feux de jour (Daytime Running Light - DRL)

Les groupes de risque photobiologique mesurés (cf. Figure 89) sur les DRL testés sont 0 (sans risque) et 1 (risque faible).
<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Figure 89 : luminance pondérée pour les feux de jour (DRL)</figcaption></figure>

Le niveau de luminance le plus élevé correspond à un DRL ayant des LED dont les puces sont directement visibles par l'observateur.

Le niveau de luminance le plus faible correspond également à un DRL utilisant ce principe, mais avec des niveaux d'intensité inférieurs.

Les dernières générations de DRL sont conçues avec un guide de lumière qui évite la vision directe des LED. Les luminances sont plus faibles que celles des DRL conçus avec des LED visibles (visibles directement ou au travers d'un élément optique diffusant).

Les feux de position testés sont tous classés en groupe de risque 0 (sans risque).

### 4.1.3.2 Évaluation des durées limites d'exposition

#### 4.1.3.2.1 Scénarios d'exposition

Les scénarios d'exposition sont basés sur l'exposition d'un piéton immobile dont les yeux sont exposés à l'éclairage d'une automobile à l'arrêt, dans la direction du maximum d'intensité pour chacun des 4 feux considérés : route, croisement, DRL et position. Les distances d'exposition varient de 0,2 m à 30 m. L'âge de l'observateur est déterminé par la hauteur du point d'incidence du maximum d'intensité du faisceau. Plus il est bas, plus l'observateur correspondant est jeune.

Plusieurs inclinaisons de véhicules ont été considérées (cf. Figure 90) : véhicule à plat avec un éclairage bien réglé, véhicule chargé à l'arrière sans compensation d'assiette de l'éclairage, véhicule sur des pentes montantes de 3,5 %, 8,7 % et 14 %.

<figure><img src="image_110.png" /><figcaption>Cas a : véhicule à plat</figcaption></figure>
<figure><img src="image_111.png" /><figcaption>Figure 90 : différentes inclinaisons de véhicules considérées</figcaption></figure>

#### 4.1.3.2.2 Analyse des résultats selon l’âge

Le graphe ci-dessous (cf. Figure 91) rassemble l'ensemble des durées limites d'exposition obtenues pour les feux de route, les feux de croisement et les DRL en fonction de l'âge des observateurs ayant les yeux dans le maximum d'intensité du faisceau considérée, pour des distances allant de 0,2 m à plus de 10 m.
<figure><img src="image_112.png" /><figcaption>Figure 91 : durée limite d'exposition en fonction de l'âge</figcaption></figure>

On constate que, dans les toutes les configurations étudiées, ce sont toujours les très jeunes enfants qui subissent l'exposition la plus critique (durées limites d'exposition les plus faibles correspondant aux luminances les plus élevées). En effet, la hauteur des yeux des jeunes enfants est proche de la hauteur des feux automobiles. Lorsque le véhicule éclaire normalement (à plat ou avec une faible inclinaison), les yeux sont exposés au maximum de luminance des feux à des distances assez courtes (de 20 cm et quelques mètres).

On constate logiquement que l'exposition aux feux de route, qui sont les plus puissants, est la plus critique (durées limites d'exposition les plus faibles) : les durées limites d'exposition augmentent à peu près linéairement de 14 s pour un enfant de 2 ans (distance 0,2 m) à 86 s pour un adulte (distance supérieure ou égale à 6 m).

Dans le cas des feux de croisement, les durées limites d'exposition les plus courtes sont comprises entre 19 s pour un observateur de 4 ans (distance comprise entre 4 et 5 m) pour un observateur de 13 ans (distance de 4 m).

Dans le cas des DRL, la durée limite d'exposition la plus courte est de 463 s pour un enfant de 1 an exposé au maximum du faisceau à la distance de 0,2 m. Il s'agit dans ce cas d'un feu DRL utilisant des LED directement visibles par l'observateur. Les DRL de conception plus récente, utilisant des LED associées à des guides de lumière, conduisent à des expositions moins critiques. Les durées limites d'exposition les plus couramment obtenues sont toujours supérieures à 1 000 s.

### 4.1.3.2.3 Analyse des résultats selon la technologie

La Figure 92 rassemble l'ensemble des durées limites d'exposition obtenues en fonction de la distance d'observation, pour tous les feux de croisement testés et pour tous les âges d'observateurs. Les durées limites d'exposition (cf. Figure 92) pour la technologie halogène
n'est jamais inférieure à 100 s, tandis qu'elle peut être de l'ordre de 40 s pour les technologies xénon et LED.

Les résultats montrent que les feux de croisement LED produisent des situations d'exposition plus critiques que les feux de croisement xénon, qui eux-mêmes produisent des situations d'expositions plus critiques que les feux de croisement halogène.

<figure><img src="image_113.png" /><figcaption>Figure 92 : durée limite d'exposition pour les différentes technologies de feux de croisement</figcaption></figure>

La Figure 93 rassemble l'ensemble des valeurs obtenues de duréeess limite d'exposition en fonction de la distance d'observation, pour tous les feux de route testés et pour tous les âges d'observateurs.

Pour les feux de route, les technologies LED et xénon donnent des durées limites d'exposition assez similaires. Les feux de route halogène sont associés à des durées limites d'exposition ne descendant pas en dessous de 100 s. Les feux de route LED et xénon sont associés à des durées limites d'exposition comprises en 14 s et 20 s à très courte distance (0,2 m).
<figure><img src="image_114.png" /><figcaption>Figure 93 : durée limite d'exposition pour les différentes technologies de feux de route</figcaption></figure>

La Figure 94 rassemble l'ensemble des valeurs obtenues de durées limites d'exposition en fonction de la distance d'observation, pour tous les DRL testés et pour tous les âges d'observateurs. Cette figure ne fait cependant pas apparaître les feux DRL qui ne sont pas associés à une durée limite d'exposition (pas de dépassement de la VLE) : feux DRL à puces LED visibles sans diffuseur et feux DRL à guide de lumière.

On constate que les durées limites d'exposition les plus longues (exposition les moins critiques) correspondent aux DRL fonctionnant sur le principe d'un guide de lumière dont les puces LED sont invisibles.

Pour les cinq feux DRL associés à un dépassement de la VLE, les durées limites d'exposition varient entre 463 s et 10 000 s pour des distances allant de 0,2 m à 12 m.

La durée d'exposition la plus courte (exposition la plus critique) correspond à un feu DRL dont les puces LED sont visibles directement par l'observateur. Cette situation d'exposition la plus critique correspond à un enfant de 1 an exposé à ce feu DRL à la distance à 0,2 m. Dans ce cas, la durée limite d'exposition est de 463 s (entre 7 et 8 minutes).
<figure><img src="image_115.png" /><figcaption>Figure 94 : durée limite d'exposition pour les différents types de système d'éclairage automobile à LED</figcaption></figure>

#### 4.1.3.2.4 Analyse des résultats selon l'âge et la technologie

La Figure 95 représente les mesures obtenues pour les feux de croisement, en fonction de l'âge et en différentiant les 3 technologies d'éclairage.
<figure><img src="image_116.png" /><figcaption>Figure 95 : durée limite d'exposition en fonction de l'âge pour les feux de croisement</figcaption></figure>

Cette figure indique que les feux de croisement à LED conduisent à des expositions plus critiques (durées limites d'exposition plus courtes) chez les enfants, par rapport aux technologies xénon et halogène. La durée d'exposition la plus courte (22 s) est observée pour un enfant de 4 ans exposé à un feu de croisement à LED à 0,2 m.

La Figure 96 représente les mesures obtenues pour les feux de route, en fonction de l'âge et en différentiant les 3 technologies d'éclairage.
<figure><img src="image_117.png" /><figcaption>Figure 96 : durée limite d'exposition en fonction de l'âge et de la technologie pour les feux de route</figcaption></figure>

Bien que la situation d'exposition la plus critique observée concerne celle d'un enfant de 2 ans par un feu de route au xénon, on constate que pour les observateurs âgés de 3 ans et plus, les feux de route à LED conduisent à des expositions plus critiques que celles produites par les feux de route au xénon et les feux de route halogènes.

### 4.1.3.3 Conclusions

Les situations d'exposition les plus critiques évaluées sont logiquement associées aux feux de route, plus puissants, puis aux feux de croisement et ensuite aux feux de jour.

Les mesures effectuées ont pu mettre en avant que les luminances pondérées dans le bleu des feux à LED (croisement et route) sont plus élevées que celle du feu de croisement halogène. Les luminances pondérées dans le bleu des feux de route xénon et LED ont des niveaux semblables, environ 5 fois plus élevés que celle du feu halogène testé. L'ensemble des feux de croisement et de route à LED sont classés en groupe de risque 2 (risque modéré), ce qui est aussi le cas pour les feux xénon, mais non pour les halogènes.

Dans le cadre des scénarios d'exposition définis, dans toutes les configurations étudiées, ce sont toujours les très jeunes enfants qui subissent l'exposition la plus critique (durées limites d'exposition les plus faibles correspondant aux luminances les plus élevées), la hauteur de leurs yeux correspondant souvent à la hauteur des feux. L'exposition aux feux de route, qui sont les plus puissants, est logiquement toujours la plus critique.

Les résultats montrent que les feux de croisement à LED présente des groupes de risques plus élevés que les feux de croisement au xénon, qui eux-mêmes présentent des groupes de risques plus élevés que les feux de croisement halogène. En revanche, pour les feux de route, les technologies LED et xénon donnent des durées limites d'exposition assez similaires.
Alors que dans l'éclairage général, la réglementation impose une limitation du groupe de risques photobiologiques à 1, il n'existe à ce jour aucune règlementation quant à la limitation du groupe de risque pour les phares automobiles. Les produits donnent lieu à une homologation, et les contraintes se concentrent majoritairement sur les aspects de sécurité routière avec une réglementation qui exige des performances notamment pour détecter les personnes, les obstacles, etc.

### 4.1.4 Modulation temporelle de la lumière de lampes halogènes, fluocompactes et LED disponibles sur le marché grand public français

#### 4.1.4.1 Mesures de Kitsinelis et al. publiées en 2012

En 2012, des mesures de modulation temporelle portant sur des lampes grand public achetées en France en 2011 ont été publiées (Kitsinelis et al., 2012). L'échantillon testé comprenait 3 lampes halogènes, 6 lampes fluocompactes et 19 lampes LED.

Les fréquences de modulations mesurées étaient toutes égales à 100 Hz. Les résultats de cette étude sont résumés dans le Tableau 14 et la Figure 97. Les conclusions concernant les lampes sont les suivantes :

* 10 lampes LED sur les 19 testées n'avaient pas de modulation temporelle détectable ;

* 2 lampes LED sur les 19 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 6 % et 8 %, de l'ordre de ceux des lampes fluocompactes testées ;

* 3 lampes LED sur les 19 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 17 % et 36 %, supérieur aux valeurs observées pour les technologies halogènes et fluocompactes. Ces valeurs sont comparables à celles qui caractérisaient les anciennes générations de tubes fluorescents à ballast ferromagnétiques désormais interdits par la réglementation européenne ;

* 4 lampes LED sur les 19 testées avaient un pourcentage de modulation très élevé (supérieur à 70 %) à 100 Hz.

<table><caption>Tableau 14 : résultats des mesures de modulation temporelle concernant un échantillon de lampes à destination du grand public</caption><thead><tr><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Lampe Halogène 1</td><td>14,3</td><td>Lampe LED 6</td><td>100</td></tr><tr><td>Lampe Halogène 2</td><td>3,47</td><td>Lampe LED 7</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe Halogène 3</td><td>10,3</td><td>Lampe LED 8</td><td>86,4</td></tr><tr><td>Lampe CFL 1</td><td>7</td><td>Lampe LED 9</td><td>8,37</td></tr><tr><td>Lampe CFL 2</td><td>11</td><td>Lampe LED 10</td><td>24,5</td></tr><tr><td>Lampe CFL 3</td><td>14,2</td><td>Lampe LED 11</td><td>17,6</td></tr><tr><td>Lampe CFL 4</td><td>8,89</td><td>Lampe LED 12</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe CFL 5</td><td>9,9</td><td>Lampe LED 13</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe CFL 6</td><td>9,6</td><td>Lampe LED 14</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe LED 1</td><td>36,1</td><td>Lampe LED 15</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe LED 2</td><td>6,7</td><td>Lampe LED 16</td><td>85,7</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Lampe LED 3</td><td>0</td><td>Lampe LED 17</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe LED 4</td><td>0</td><td>Lampe LED 18</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe LED 5</td><td>0</td><td>Lampe LED 19</td><td>93,2</td></tr></tbody></table>

Source : (Kitsinelis et al., 2012)

<figure><img src="image_118.png" /><figcaption>Figure 97 : résultats des mesures de modulation temporelle concernant un échantillon de lampes à destination du grand public en France</figcaption></figure>

Source : (Kitsinelis et al., 2012)

#### 4.1.4.2 Mesures réalisées par le CSTB en 2015

En 2015, le CSTB (CSTB, 2016) a effectué une campagne de mesures sur un échantillon de lampes disponibles à la vente au grand public en France. L'échantillon de lampes testées comprenait 8 lampes halogènes, 8 lampes fluocompactes et 11 lampes LED.

Le CSTB a mesuré notamment la forme d'onde de la modulation temporelle de la lumière, sa fréquence dominante et le pourcentage de modulation. Les résultats mesurés sont donnés dans le Tableau 15 et la Figure 98.

À l'exception de la lampe LED /, toutes les lampes qui exhibaient une modulation temporelle le faisaient à une fréquence de 100 Hz, fréquence double de celle du secteur.

La lampe LED / possédait une modulation temporelle à très haute fréquence (110 kHz). Cette fréquence est certainement liée à un composant électronique à découpage permettant de convertir le courant secteur alternatif en courant continu.
Les lampes halogènes ont un pourcentage de modulation compris entre 2 % et 6 %. Les lampes fluocompactes testées ont des pourcentages de modulation légèrement supérieurs en moyenne, atteignant presque 7 % pour la lampe fluocompacte e.

En ce qui concerne les lampes LED, on constate que :

* 5 lampes LED sur les 11 testées n'avaient pas de modulation temporelle détectable ;

* 1 lampe LED sur les 11 testées n'avait pas de modulation temporelle à 100 Hz mais un résidu de modulation temporelle à une fréquence élevée égale à 110 kHz ;

* 2 lampes LED sur les 11 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 4 % et 7 %, de l'ordre de ceux des lampes fluocompactes testées ;

* 3 lampes LED sur les 11 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 15 % et 24 %, supérieur aux valeurs observées pour les technologies halogènes et fluocompactes. Ces valeurs sont comparables à celles qui caractérisaient les anciennes générations de tubes fluorescents à ballast ferromagnétiques désormais interdits par la réglementation européenne ;

* aucune lampe LED, sur les 11 testées, n'avait un pourcentage de modulation très élevé (supérieur à 80 %).

<table><caption>Tableau 15 : résultats des mesures de la modulation temporelle effectuées par le CSTB en 2015 sur un échantillon de lampes à destination du grand public en France</caption><thead><tr><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td><td>Lampe</td><td>Pourcentage de modulation (%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Halogène a</td><td>3,9</td><td>LED a</td><td>0</td></tr><tr><td>Halogène b</td><td>4,7</td><td>LED b</td><td>6,1</td></tr><tr><td>Halogène c</td><td>2,4</td><td>LED c</td><td>0</td></tr><tr><td>Halogène d</td><td>5,9</td><td>LED d</td><td>4,6</td></tr><tr><td>Halogène e</td><td>2,3</td><td>LED e</td><td>0</td></tr><tr><td>Halogène f</td><td>3,4</td><td>LED g</td><td>15,9</td></tr><tr><td>Halogène g</td><td>2,5</td><td>LED h</td><td>24</td></tr><tr><td>Fluocompacte a</td><td>3,3</td><td>LED i</td><td>19,1</td></tr><tr><td>Fluocompacte b</td><td>3</td><td>LED j</td><td>0</td></tr><tr><td>Fluocompacte c</td><td>2,5</td><td>LED k</td><td>0</td></tr><tr><td>Fluocompacte d</td><td>2,8</td><td>LED l</td><td>1,9 (fréquence dominante 110 kHz)</td></tr><tr><td>Fluocompacte e</td><td>6,8</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fluocompacte f</td><td>2,7</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fluocompacte g</td><td>2,5</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_119.png" /><figcaption>Figure 98 : résultats de mesures de la modulation temporelle effectuées par le CSTB en 2015 sur un échantillon de lampes à destination du grand public en France</figcaption></figure>

### 4.1.4.3 Résultats de mesure de caractéristiques de lampes LED disponibles au Royaume-Uni

En 2015 et 2016, une campagne de mesures de grande envergure sur les lampes et luminaires à LED a été menée au Royaume-Uni par l'Agence anglaise de santé publique (Public Health England). Les résultats ont été publiés en 2017 (CIBSE, 2017). Cette étude portait sur la caractérisation, en laboratoire, d'un échantillon de 128 lampes et luminaires à LED, représentant 38 modèles différents. Les produits testés étaient disponibles sur le marché britannique.

L'échantillon de lampes et luminaire mesurés comprenait :

* 24 modèles différents de lampes LED domestiques (marché grand public) ;

* 8 modèles différents de luminaires LED de type plafonniers encastrés pour l'éclairage tertiaire (bureaux) : grands panneaux LED de 600 x 600 mm et petits panneaux LED de dimensions inférieures ;

* 8 modèles différents de luminaires d'éclairage public à matrices de LED.

Parmi les caractéristiques mesurées, on trouve la forme d'onde de la modulation temporelle, la fréquence de modulation dominante, le pourcentage de modulation (flicker percent) et l'indice de papillotement (flicker index). Les mesures ont été effectuées à pleine puissance. Cependant, lorsqu'un produit était « gradable » (réglable en intensité lumineuse), des mesures ont également été effectuées au régime d'éclairement minimal atteignable avec un gradateur compatible.
#### 4.1.4.3.1 Résultats obtenus sur les lampes domestiques

La fréquence dominante de la modulation temporelle était de 100 Hz pour tous les modèles testés. Le plus souvent, des composantes résiduelles à hautes fréquences, au-delà de 1 kHz, étaient observées. Le Tableau 16 et la Figure 99 présentent les pourcentages de modulation mesurés, en régime normal et en régime d'abaissement minimal (gradation).

<table><caption>Tableau 16 : résultats des mesures de modulation temporelle de lampes LED domestiques</caption><thead><tr><td>Référence de la lampe LED</td><td>Pourcentage de modulation sans gradation</td><td>Pourcentage de modulation à puissance minimale (avec gradateur)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Lampe halogène 1</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Lampe halogène 2</td><td>9,9</td><td>11,7</td></tr><tr><td>Lampe halogène 3</td><td>11</td><td>12,3</td></tr><tr><td>Lampe halogène 4</td><td>11,9</td><td>14,9</td></tr><tr><td>Lampe halogène 5</td><td>12</td><td>15,1</td></tr><tr><td>Lampe halogène 6</td><td>12,3</td><td>15,5</td></tr><tr><td>Lampe CFL 1</td><td>55,7</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe CFL 2</td><td>26,9</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 1</td><td>1,4</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 2</td><td>4,1</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 3</td><td>4,3</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 4</td><td>16,2</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 5</td><td>1,2</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 6</td><td>54,9</td><td>68,6</td></tr><tr><td>Lampe LED 7</td><td>18,1</td><td>35,2</td></tr><tr><td>Lampe LED 8</td><td>10,3</td><td>94,8</td></tr><tr><td>Lampe LED 9</td><td>0,6</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 10</td><td>3</td><td>21,4</td></tr><tr><td>Lampe LED 11</td><td>14,6</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 12</td><td>20</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 13</td><td>65,8</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 14</td><td>69,4</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 15</td><td>97</td><td>100</td></tr><tr><td>Lampe LED 16</td><td>97,9</td><td>100</td></tr><tr><td>Lampe LED 17</td><td>97,2</td><td>100</td></tr><tr><td>Lampe LED 18</td><td>0,5</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 19</td><td>0,4</td><td>0,8</td></tr><tr><td>Lampe LED 20</td><td>8,9</td><td>14,3</td></tr><tr><td>Lampe LED 21</td><td>76,6</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 22</td><td>62</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 23</td><td>46,9</td><td>lampe non gradable</td></tr><tr><td>Lampe LED 24</td><td>84,8</td><td>lampe non gradable</td></tr></tbody></table>

Source : (CIBSE, 2017)
<figure><img src="image_120.png" /><figcaption>Figure 99 : résultats de mesures de modulation temporelle de lampes LED domestiques</figcaption></figure>

Source : (CIBSE, 2017)

Les lampes halogènes avaient un pourcentage de modulation compris entre 0 et 15 %. Les deux lampes fluocompactes testées avaient un pourcentage de modulation anormalement élevé par rapport aux valeurs attendues : environ 27 % et 56 %. Ces valeurs sont beaucoup plus élevées que celles obtenues sur les lampes fluocompactes mesurées en France par Kitsinelis et al. et par le CSTB. Les auteurs du rapport expliquent que ces valeurs sont très certainement surestimées en raison de la présence de composantes à très haute fréquences dans la forme d'onde mesurée, typiquement des pics très intenses de très courte durée.

En ce qui concerne les lampes LED utilisées sans gradateur, on constate que :

* 3 lampes LED, sur les 24 testées, avaient une modulation temporelle virtuellement nulle, de l'ordre de 0,5 % ;

* 7 lampes LED sur les 24 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 1 % et 12 % (ordre de grandeur correspondant aux lampes halogènes testées dans la même étude) ;

* 9 lampes LED sur les 24 testées avaient un pourcentage de modulation compris entre 12 % et 69 %, supérieur aux valeurs observées pour les technologies halogènes et fluocompactes. Ces valeurs sont comparables à celles qui caractérisaient les anciennes générations de tubes fluorescents à ballast ferromagnétiques désormais interdits par la réglementation européenne ;

* 5 lampes LED, sur les 24 testées, avaient un pourcentage de modulation très élevé (supérieur à 70 %).
Les mesures de modulation temporelle effectuées en mode gradation au niveau d'éclairement minimal ont montré que l'utilisation d'un gradateur augmentait toujours le pourcentage de modulation temporelle. Certaines lampes montrent une augmentation très importante de la modulation temporelle lorsqu'elles sont utilisées en mode gradation. C'est le cas, par exemple, de la lampe LED 8 dont le pourcentage de modulation passe de 10,8 % en éclairement normal à 94 % en mode d'éclairement minimal.

### 4.1.4.3.2 Résultats obtenus sur les luminaires de bureaux à LED

Les résultats obtenus sont résumés dans le Tableau 17 et la Figure 100. La fréquence de modulation dominante mesurée était de 100 Hz pour les luminaires LED 1 à 4 (small panels). Pour les luminaires de dimension 600 mm x 600 mm, les auteurs indiquent que la fréquence de modulation était plus élevée (high frequency) mais sans donner de valeur numérique. Les conclusions concernant les luminaires LED utilisés sans gradateur sont les suivantes :

* 4 luminaires sur les 8 testés avaient un pourcentage de modulation inférieur à 13 %, une valeur correspondant à la valeur maximale pour les lampes halogènes testées dans la même étude ;

* 2 luminaires sur les 8 testés avaient un pourcentage de modulation compris entre 13 % et 36 %, valeurs comparables à celles qui caractérisaient les anciennes générations de tubes fluorescents à ballast ferromagnétiques désormais interdits par la réglementation européenne ;

* 2 luminaires à LED sur les 8 testés avaient un pourcentage de modulation très élevé, de l'ordre de 100 %.

<table><caption>Tableau 17 : résultats des mesures de modulation temporelle effectuées sur des luminaires à LED de bureaux de type plafonniers encastrés</caption><thead><tr><td>Référence du luminaire LED</td><td>Pourcentage de modulation sans gradation</td><td>Pourcentage de modulation à puissance minimale (avec gradateur)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Luminaire LED 1 (small panel)</td><td>1,4</td><td>14,4</td></tr><tr><td>Luminaire LED 2 (small panel)</td><td>100</td><td>100</td></tr><tr><td>Luminaire LED 3 (small panel)</td><td>30,6</td><td>54,5</td></tr><tr><td>Luminaire LED 4 (small panel)</td><td>97,5</td><td>100</td></tr><tr><td>Luminaire LED 5 (600 mm x 600 mm panel)</td><td>6,5</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 6 (600 mm x 600 mm panel)</td><td>13</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 7 (600 mm x 600 mm panel)</td><td>1,8</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 8 (600 mm x 600 mm panel)</td><td>35,6</td><td>luminaire non gradable</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_121.png" /><figcaption>Figure 100 : résultats des mesures de modulation temporelle effectuées sur des luminaires à LED de bureaux de type plafonnier encastrés</figcaption></figure>

Pour les 4 luminaires compatibles avec la gradation, l'utilisation d'un gradateur conduit à augmenter significativement le pourcentage de modulation temporelle.

#### 4.1.4.3.3 Résultats obtenus sur les luminaires d'éclairage de rue à LED

Les résultats obtenus sont résumés dans le Tableau 18 et la Figure 101. La fréquence de modulation dominante mesurée était de 100 Hz pour tous les luminaires LED testés.

Les conclusions concernant les luminaires sont les suivantes :

* 1 luminaire LED sur les 8 testés avait un pourcentage de modulation temporelle très faible (0,9 %) ;

* 4 luminaires sur les 8 testés avaient un pourcentage de modulation inférieur à 7 %, une valeur correspondant à des lampes halogènes ;

* 3 luminaires sur les 8 testés avaient un pourcentage de modulation compris entre 12 % et 16 %, valeurs correspondant à des lampes fluocompactes ;

Aucun luminaire sur les 8 testés n'avait un pourcentage de modulation supérieur à 16 %.
<table><caption>Tableau 18 : résultats des mesures de modulation temporelle effectuées sur des luminaires à LED d'éclairage de rue</caption><thead><tr><td>Référence de la lampe LED</td><td>Pourcentage de modulation sans gradation</td><td>Pourcentage de modulation à puissance minimale (avec gradateur)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Luminaire LED 1</td><td>13,1</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 2</td><td>2,9</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 3</td><td>12,9</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 4</td><td>16</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 5</td><td>2,4</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 6</td><td>0,9</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 7</td><td>6,8</td><td>luminaire non gradable</td></tr><tr><td>Luminaire LED 8</td><td>3,7</td><td>luminaire non gradable</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_122.png" /><figcaption>Figure 101 : résultats des mesures de modulation temporelle effectuées sur des luminaires à LED d'éclairage de rue</figcaption></figure>

#### 4.1.4.4 Analyse statistique des mesures de modulation temporelle des lampes LED à usage domestique

L'analyse des résultats obtenus par Kitsinelis et al., le CSTB et le CIBSE sur des lampes LED à usage domestique fournit des conclusions portant sur un échantillon total de 53 lampes LED achetées entre 2011 et 2015 en France et au Royaume-Uni.

Le graphe de la Figure 101 résume l'ensemble des résultats obtenus.
<figure><img src="image_123.png" /><figcaption>Figure 102 : résultats des mesures de pourcentage de modulation obtenus dans 3 études</figcaption></figure>

Source : Kitsinelis et al., 2012 ; CSTB, 2016 ; CIBSE 2017

Les conclusions sont les suivantes pour les lampes LED :

* 18 lampes sur les 53 testées (environ 34 %) ont une modulation temporelle très faible (pourcentage de modulation inférieur à 1 %) ;

* 12 lampes sur les 53 testées (environ 23 %) ont un pourcentage de modulation temporelle compris entre 1 % et 12 %, semblable à celui des lampes halogènes et fluocompactes ;

* 14 lampes sur les 53 testées (environ 26 %) ont un pourcentage de modulation compris entre 12 % et 70 %, des valeurs significativement plus élevées que celles des technologies halogènes et fluocompactes ;

* 9 lampes sur 53 testées (environ 17 %) ont un pourcentage de modulation très élevé, supérieur à 70 % et pouvant atteindre 100 %.

En agrégeant les proportions précédentes, on constate que pour les LED :

* 57 % des lampes testées ont un pourcentage de modulation inférieur ou égal à celui des technologies halogènes et fluocompactes ;

* 43 % des lampes testées ont un pourcentage de modulation supérieur à celui des technologies halogènes et fluocompactes ;

On estime donc qu'environ 43 % des lampes à usage domestique ont des performances dégradées en matière de modulation temporelle par rapport aux technologies halogènes et fluocompactes.
#### 4.1.4.5 Conclusions tirées des mesures de modulation temporelle de lampes et luminaires à LED

Dans le secteur résidentiel, les lampes halogènes et les lampes fluorescentes compactes récentes exhibent toutes de la modulation temporelle de la lumière à la fréquence de 100 Hz (120 Hz aux États-unis et au Japon) avec des pourcentages de modulation inférieurs à 15 %.

En éclairage professionnel (éclairage public et éclairage des lieux de travail), les anciennes générations de lampes à décharge fonctionnaient avec des ballasts ferromagnétiques, que ce soit en éclairage public (lampe à vapeur de mercure, lampes sodium haute pression, lampes à iodures métalliques) ou en éclairage intérieur (anciens tubes fluorescents). Ces produits avaient tous une modulation temporelle très importante à 100 Hz, avec un taux de modulation compris entre 30 % et 50 %. L'interdiction des ballasts ferromagnétiques au niveau européen a conduit à l'utilisation de ballasts électroniques à haute fréquence (supérieures à 20 kHz) qui ont une modulation temporelle faible à 100 Hz (quelques %). Les ballasts électroniques ont contribué à faire disparaître presque totalement la problématique de la modulation temporelle de la lumière et de ses effets pour ces types de lampes.

L'arrivée des produits d'éclairage à LED a changé cet état de fait. En effet, les lampes et luminaires à LED se distinguent par leur grande variabilité puisque certains produits n'ont aucune modulation temporelle et d'autres ont des modulations de plus grande amplitude que celles des lampes halogènes et des lampes à décharge à ballast électronique et atteignent les valeurs que l'on rencontrait autrefois avec les lampes et tubes à ballast ferromagnétiques. Certains produits testés ont même des pourcentages de modulation de 100 % à 100 Hz (extinction totale de la lumière toutes les 10 ms). Les campagnes de mesures menées récemment en France et au Royaume-Uni ont montré que plus de 40 % des lampes LED à usage domestiques testées avaient une modulation temporelle plus importante que celle des lampes fluocompactes et halogènes.

Les lampes et luminaires à LED utilisés avec un variateur de lumière avec lequel ils ne sont pas compatibles peuvent produire des modulations temporelles anormales, différentes de celles produites par le produit utilisé sans variateur. Ces modulations anormales produisent très fréquemment des effets visuels observables, le plus souvent du papillotement. Ces modulations anormales sont susceptibles de produire également l'ensemble des autres effets identifiés pour l'Homme. En effet, les modulations anormales de lumière produites par des produits défectueux ou non compatibles entre eux peuvent être associées à des fréquences et des amplitudes de modulation très variables.

Il existe une grande diversité d'associations possibles entre les nombreux produits d'éclairage à LED et les nombreux modèles de variateurs et de dispositifs de contrôle-commande. Actuellement, il est impossible de savoir si ces produits sont compatibles entre eux. Dans le cas où le gradateur et la lampe LED sont compatibles entre eux, les mesures ont montré que la modulation temporelle augmente significativement, parfois de manière très importante, lorsque la lampe LED est réglée à un éclairement plus faible que la valeur maximale.

## 4.2 Données d'expositions cumulées

### 4.2.1 Définition de scénarios d'exposition

Le groupe de travail a listé un nombre important de scenarios d'exposition à la lumière qu'il serait pertinent de documenter afin notamment d'identifier l'existence ou non de différences de niveaux d'exposition selon la nature de l'éclairage artificiel utilisé (halogène, fluocompacte ou éclairage à LED). Pour ce faire, un logiciel dédié (logiciel Lumexpo) a été développé et a ainsi permis d'évaluer l'exposition lumineuse selon différents scénarios, sur plusieurs durées (une année, une saison ou une journée)
Cinq scenarios ont été établis :

* employé de bureau ;

* travailleur de nuit ;

* enfant en maternelle ;

* adolescent ;

* personne âgée.

Les populations choisies représentent soit des populations sensibles pour ce qui concerne leur exposition à la lumière bleue (enfant, adolescent, personnes âgées, travailleurs de nuit) soit une grande partie de la population (employés de bureau).

## 4.2.2 Présentation du logiciel Lumexpo

Le niveau d'exposition à la lumière varie naturellement au cours de la journée et de l'année en fonction des activités pratiquées, des environnements dans lequel se trouve un individu et des sources de lumière artificielle utilisées. Les mesurages réalisés dans divers environnements (maison individuelle, bureau, école, transports, ...) s'ils sont utiles, ne sont donc pas suffisants pour quantifier l'exposition annuelle globale d'un individu ni pour étudier l'évolution de ce niveau d'exposition au cours d'une journée moyenne. Une évaluation réaliste de l'exposition doit donc intégrer un scénario d'exposition prenant également en compte les apports directs et indirects de l'éclairage naturel.

Un logiciel spécifique a donc été développé afin de réaliser ces bilans d'exposition. Sur la base d'un ensemble d'éléments décrivant les situations dans lesquelles évoluent des sujets types, cet outil recompose alors l'évolution de l'exposition globale à la lumière. Chaque scénario est construit à partir de la description des éléments suivants :

* un calendrier annuel ;

* des journées types ;

* des situations (travail de bureau, lecture, ...);

* des environnements (domicile, bureau, extérieur, ...);

* des sources d'éclairage artificielles ou naturelles.

En parcourant simplement toutes les situations d'une année type d'une manière chronologique, ce logiciel détermine les conditions d'expositions à chaque instant et permet la réalisation d'analyses diverses (exposition globale, évolution temporelle, étude spectrale ou analyses sur la base d'indicateurs plus agrégés).

### 4.2.2.1 Mode de fonctionnement

Le logiciel LumExpo fonctionne essentiellement comme un séquenceur faisant défiler les situations de manière chronologique selon le calendrier saisi. Pour chaque instant de la journée, il traduit donc les situations rencontrées sous la forme de périodes d'expositions à quelques sources artificielles (décrites pour trois types de technologie) et à l'éclairage naturel.

Les conditions d'exposition à la lumière artificielle sont donc totalement décrites par l'utilisateur mais le niveau d'exposition à la lumière naturelle dépend, à chaque instant, du type de local dans lequel se déroule chaque situation, de son orientation et de la ville dans laquelle il est placé.

Pour l'évaluation des niveaux d'exposition à la lumière naturelle, LumExpo exploite le principe d'un ciel paramétrique (couramment utilisé maintenant en simulation d'éclairage (Martinez et al., 2011) et de précalculs réalisés sur divers locaux types. Cette approche
permet de dissocier la disponibilité de la lumière du jour dans un local, des conditions climatiques du site étudié. Une décomposition du ciel en 2 000 zones permet une modélisation fine de la contribution du ciel et du soleil. La description des conditions climatiques fait référence à l'une des huit villes associées à chaque zone climatique de la réglementation thermique 2012 (cf. Figure 103). Bien qu'il soit possible de faire référence à des conditions climatiques complémentaires, ces éléments ont l'avantage d'une exploitation courante. Durant une année type, ces éléments décrivent les niveaux de rayonnement et d'éclairement diffus (la part du ciel) et directs (le soleil), avec un pas de temps horaire.

<figure><img src="image_124.png" /><figcaption>Figure 103 : zones climatiques RT2012</figcaption></figure>

source : http://www.rt-batiment.fr

La distribution angulaire de la luminance du ciel est alors modélisée sur la base des indications de rayonnements et d'éclairements, diffus et directs, selon 5 types de ciel (modèles Perraudeau). La composition spectrale est ensuite reconstruite en fonction du type de ciel (modèle Perez) selon une méthode décrite dans la thèse de Chain publiée en 2004 (Chain, 2004).

À partir de l'exposition globale déterminée dans le plan de l'œil de l'observateur (on parle d'éclairement cornéen), la détermination de l'éclairement rétinien fait alors appel à un modèle d'œil et d'ouverture pupillaire (fonction des conditions d'éclairage et de l'âge de l'observateur) (Le Grand, 1964 ; Watson, 2012). Cette approche permet la détermination d'une cartographie de l'éclairement rétinien et le repérage des zones rétiniennes les plus exposées.

Pour un même scénario d'exposition, les expositions sont déterminées pour les 3 types de technologie (halogène, fluorescence et LED) ainsi que pour l'éclairage naturel seul.

Les grandeurs photométriques calculées sont exprimées dans le domaine visible pour l'Homme (de 380 nm à 780 nm) avec une résolution de 10 nm. Les analyses sont alors réalisées pour chacune de ces bandes et pour quelques indicateurs agrégés (exprimés en lx.heures, effet mélanopique, ratio bleu/rouge, ...).

### 4.2.2.2 Types de résultats obtenus

Lumexpo produit des fichiers de résultats, plus ou moins détaillés, pouvant être exploités par divers logiciels de post-traitements (tableurs, grapheurs, ...). Les premières analyses sont généralement basées sur l'évolution journalière des niveaux d'exposition, pour diverses périodes de l'année. Chaque graphe produit présente alors les niveaux d'éclairement
associés à quatre variantes (l'éclairage naturel seul et l'éclairage naturel complété par 3 types d'éclairage artificiel).

Les niveaux d'exposition rétinienne sont également analysés en tenant compte de plusieurs sensibilités spectrales (cf. Figure 104) afin d'évaluer :

* la dose lumineuse, exprimée en lx.h, elle est associée au niveau d'éclairement moyen ;

* la dose dans la bande phototoxique, exprimée en mJ/cm², caractérise le risque lié à la « lumière bleue » ;

* la dose dans la bande mélanopique, exprimée en z-lx.h, elle intervient dans la régulation du rythme chronobiologique ;

* le ratio bleu/rouge, sans unité, caractérise l'équilibre spectral entre deux bandes du domaine visible, centrées respectivement sur 490 nm et 670 nm.

Ces doses représentent la quantité d'énergie reçue par unité de surface rétinienne, pondérée par les distributions spectrales.

Le ratio bleu/rouge exprime le rapport entre la dose mélanopique et celle associée à la courbe de sensibilité nommée « ratio rouge ».

<figure><img src="image_125.png" /><figcaption>Figure 104 : courbes exploitées pour considérer les différentes bandes lumineuses : phototoxique, mélanopique et la bande spectrale rouge</figcaption></figure>

Les analyses ont également porté sur les niveaux d'exposition moyens journaliers sur la cornée et sur la rétine, pour chaque saison ainsi que pour l'année entière. Une synthèse des résultats concernant l'éclairement rétinien est disponible en Annexe 4.

Les indicateurs présentés sont déterminés sur la zone la plus éclairée de la rétine pour quatre types de technologie d'éclairage artificiel sauf pour les indicateurs liés à la bande mélanopique (où l'éclairement moyen sur la rétine est utilisé). La part d'exposition liée à l'éclairage naturel, est présentée dans une cinquième colonne. On retrouve alors les niveaux d'expositions pour les configurations suivantes :

* la contribution de l'éclairage artificiel pour une installation exploitant majoritairement des lampes halogènes ;

* la contribution de l'éclairage artificiel pour une installation exploitant majoritairement des lampes fluorescentes ;
* la contribution de l'éclairage artificiel pour une installation exploitant majoritairement des lampes à LED ;

* la contribution de l'éclairage artificiel pour une installation « pire cas » exploitant majoritairement des lampes à LED très froides ;

* la part de l'éclairage naturel dans le scénario.

Pour chaque configuration, une cartographie présente la distribution spatiale de l'éclairement sur la rétine (cf. Figure 105). Pour une meilleure lisibilité, cette cartographie n'est pas inversée (haut/bas) : les sources les plus importantes étant généralement placées dans la partie supérieure du champs visuel.

<figure><img src="image_126.png" /><figcaption>Figure 105 : exemple de cartographie d'exposition rétinienne : à gauche cartographie vue dans le champ de vision, à droite cartographie sur la rétine</figcaption></figure>

Pour chaque scénario d'exposition étudié, les caractéristiques des installations d'éclairage artificiel (cf. Figure 106) sont issues des mesurages réalisés sur sites (maison individuelle, bureau, transport, ...). Les sources lumineuses sont représentatives du marché (températures de couleur allant de 2 700 à 4 000 K), à l'exception d'une LED « pire cas » de température de couleur 6450 K. Concernant les écrans, leurs caractéristiques correspondent à celles de la technologie considérée : par exemple en cas d'exposition à la technologie fluorescente, il a été choisi un écran à rétroéclairage fluorescent.

<figure><img src="image_127.png" /><figcaption>Figure 106 : quelques spectres d'éclairage utilisés</figcaption></figure>

Les résultats d'exposition sur le plan rétinien sont présentés dans un tableau dont un exemple est donné ci-dessous (l'ensemble des résultats est disponible en Annexe 4) (cf. Tableau 19). Cet exemple concerne l'exposition journalière moyennée sur une journée entière en hiver pour un employé de bureau avec un scénario d'exposition défini précisément.
Quoique différentes, les unités lx.h, mJ/cm², et mz-lx.h ont toutes la même dimension, à savoir des quantités de lumière reçue par unité de surface rétinienne sur la période considérée.

Voici quelques précisions pour la compréhension des tableaux présentés ci-dessous :

* pour bien différencier les différentes technologies, il a été décidé de comparer les expositions rétiniennes de la lumière à un niveau d'éclairement lumineux identique ;

* pour chaque scénario, il est indiqué la part de la lumière naturelle dans l'exposition totale ;

* pour obtenir l'exposition totale, il convient donc d'additionner la part de l'exposition à un éclairage artificiel et la part de la lumière naturelle ;

* la cartographie permet de visualiser les zones de la rétine (image inversée) exposée avec une échelle de fausses couleurs (rouge pour les valeurs maximales et bleu pour les valeurs minimales).

<table><caption>Tableau 19 : bilan moyen journalier de l'exposition lumineuse d'un employé de bureau en hiver</caption><thead><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="4">164 lx.h</td><td>128 lx.h</td></tr><tr><td>Dose phototoxique</td><td>15 mJ/cm²</td><td>31 mJ/cm²</td><td>26 mJ/cm²</td><td>49 mJ/cm²</td><td>53 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Dose mélanopique (2 heures avant le coucher)</td><td>141 z-lx.h</td><td>122 z-lx.h</td><td>138 z-lx.h</td><td>163 z-lx.h</td><td>154 z-lx.h</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,53</td><td>1,77</td><td>2,04</td><td>2,81</td><td>1,60</td></tr><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_128.png" /></figure>

<figure><img src="image_129.png" /></figure>

<figure><img src="image_130.png" /></figure>

<figure><img src="image_131.png" /></figure>

<figure><img src="image_132.png" /></figure>

### 4.2.3 Synthèse des résultats des simulations de scenarios d'exposition

#### 4.2.3.1 Scénario « employé de bureau »

Le scénario « employé de bureau » se différencie sur plusieurs périodes de la semaine de travail afin d'intégrer des activités de loisirs diverses, il intègre des semaines de congés (sur la Côte d'Azur, en Normandie) ainsi que des variantes pour la fin de semaine (ensoleillé, pluvieux, et différentes sorties, par exemple pour faire des courses). Le Tableau 20 ci-dessous présente un récapitulatif des résultats de l'exposition sur le plan rétinien pour une journée moyennée sur l'année.

<caption>Tableau 20 : synthèse des résultats pour le scenario de « employé de bureau »</caption>
<table><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="4">147 lx.h</td><td>264 lx.h</td></tr><tr><td>Dose phototoxique</td><td>13 mJ/cm²</td><td>27 mJ/cm²</td><td>23 mJ/cm²</td><td>44 mJ/cm²</td><td>102 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,53</td><td>1,78</td><td>2,02</td><td>2,80</td><td>1,47</td></tr><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th colspan="6">Doses mélanopiques moyennes sur deux saisons (été et hiver), 2 h avant le coucher</th></tr></thead><tbody><tr><td>Hiver</td><td>0,50 z-lx.h</td><td>0,40 z-lx.h</td><td>0,49 z-lx.h</td><td>0,66 z-lx.h</td><td>0 z-lx.h</td></tr><tr><td>Été</td><td>0,3 z-lx.h</td><td>0,3 z-lx.h</td><td>0,3 z-lx.h</td><td>0,5 z-lx.h</td><td>2,8 z-lx.h</td></tr></tbody></table>

Pour l'employé de bureau qui séjourne longtemps en intérieur, l'exposition rétinienne aux sources artificielles est loin d'être négligeable : pour une technologie LED, la dose phototoxique est proche de la moitié de la dose phototoxique en lumière naturelle en hiver, proche de 13 % de la dose phototoxique en lumière naturelle en été et proche de 22 % de la dose phototoxique en lumière naturelle sur l'année complète.

Ces niveaux d'exposition sont environ deux fois plus élevés dans le cas de la technologie LED très froide, dite « pire cas », que dans le cas des autres technologies d'éclairage artificiel. Si la différence en dose phototoxique est assez faible entre la technologie LED et la technologie lampes fluorescentes, la technologie LED très froide conduit en effet à des niveaux beaucoup plus importants.

Pour les sources artificielles, les principaux contributeurs à l'exposition sont les luminaires de bureaux et les écrans d'ordinateurs. Le soir, les écrans (télévision, téléphone) constituent la source d'exposition la plus élevée.

Avec les LED, et fortement dans le pire cas, il existe un déficit relatif notable en lumière rouge, alors que l'éclairage tungstène constitue un apport particulièrement riche.

### 4.2.3.2 Scénario « travailleur de nuit »

Ce scénario se différencie du précédent par la nature et la période d'activité durant la semaine. Le travailleur considéré dans ce scénario évolue dans un environnement dépourvu de lumière naturelle et exclusivement éclairé en lumière artificielle lors de la période de travail (entre minuit et 8 heures du matin avec environ 1 heure de pause). Durant sa période de travail, l'éclairage est principalement assuré par des sources dont la température de couleur est proche de 4 000 K pour les technologies « fluorescence » et « LED ». Les périodes de fin de semaine et de congés sont inchangées. Le Tableau 21 ci-dessous présente un récapitulatif des résultats pour une journée moyennée sur l'année.
<table><caption>Tableau 21 : synthèse des résultats pour le scénario « travailleur de nuit »</caption><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="5">58 lx.h</td></tr><tr><td>Dose phototoxique</td><td>5 mJ/cm²</td><td>7 mJ/cm²</td><td>7 mJ/cm²</td><td>17 mJ/cm²</td><td>76 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,52</td><td>1,83</td><td>1,93</td><td>2,85</td><td>1,48</td></tr><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th colspan="6">Doses mélanopiques moyennes sur deux saisons (été et hiver), 2 h avant le coucher</th></tr><tr><td>Hiver</td><td>1,06 z-lx.h</td><td>0,95 z-lx.h</td><td>1,23 z-lx.h</td><td>2,1 z-lx.h</td><td>0,4 z-lx.h</td></tr><tr><td>Été</td><td>0 z-lx.h</td><td>0 z-lx.h</td><td>1 z-lx.h</td><td>1 z-lx.h</td><td>12 z-lx.h</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_133.png" /></figure>

<figure><img src="image_134.png" /></figure>

<figure><img src="image_135.png" /></figure>

<figure><img src="image_136.png" /></figure>

<figure><img src="image_137.png" /></figure>

L'exposition rétinienne aux sources artificielles est également importante dans ce scénario : en hiver, la dose phototoxique de la configuration « LED » représente environ 17 % de l'apport naturel (8 % sur l'année complète).

Pour ce scénario, l'exposition aux sources LED est similaire à celle des sources fluorescentes mais l'usage de sources LED très froides (pire cas) peut conduire à des niveaux 2,5 fois plus élevés.

Sur l'année complète, pour la cornée, l'exposition du soir est environ 2 fois plus faible que le matin (780 lx en moyenne sur les 2 dernières heures).

Sur l'éclairement rétinien moyen, ce rapport est identique (4 lx en moyenne sur les 2 dernières heures).

### 4.2.3.3 Scénario « enfant à la maternelle »

Ce scénario s'appuie sur les activités quotidiennes d'un enfant de 4 ans scolarisé à la maternelle. Ce scénario inclut notamment, sur la journée d'école, un déjeuner à la cantine et un accueil périscolaire jusqu'à 18 heures. Sa sensibilité au risque photobiologique à la lumière bleue est plus importante que celle d'un adulte. Le Tableau 22 ci-dessous présente un récapitulatif des résultats pour une journée moyennée sur l'année.

<table><caption>Tableau 22 : synthèse des résultats pour le scénario « enfant à la maternelle »</caption><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="5">53 lx.h</td></tr><tr><td></td><td colspan="5">329 lx.h</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose phototoxique</td><td>7 mJ/cm²</td><td>10 mJ/cm²</td><td>8 mJ/cm²</td><td>16 mJ/cm²</td><td>295 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,25</td><td>1,58</td><td>1,61</td><td>2,73</td><td>1,47</td></tr><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="6">Doses mélanopiques moyennes sur deux saisons (été et hiver), 2 h avant le coucher</td></tr><tr><td>Hiver</td><td>1,01 z-lx.h</td><td>1,75 z-lx.h</td><td>1,08 z-lx.h</td><td>2,1 z-lx.h</td><td>0 z-lx.h</td></tr><tr><td>Été</td><td>0,50 z-lx.h</td><td>0,30 z-lx.h</td><td>0,60 z-lx.h</td><td>0,60 z-lx.h</td><td>9,4 z-lx.h</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_138.png" /></figure>

<figure><img src="image_139.png" /></figure>

<figure><img src="image_140.png" /></figure>

<figure><img src="image_141.png" /></figure>

<figure><img src="image_142.png" /></figure>

L'exposition rétinienne aux sources artificielle est assez faible dans ce scénario : la dose phototoxique associée aux LED représente environ 6 % de la dose naturelle en hiver (moins de 3 % en moyenne sur l'année).

Sur ce scénario, les cartographies mettent en évidence une exposition liée principalement à un éclairage général assez diffus, cet enfant passe peu de temps devant des écrans et profite de l'éclairage naturel.

#### 4.2.3.4 Scénario « adolescent »

Ce scénario concerne un enfant de 14 ans, amateur d'écrans en tous genres... Le rythme de sa journée d'école est marqué par diverses pauses sur son téléphone et moniteur d'ordinateur. Une bonne partie de ses *week-end* et vacances est également consacrée à ces media. Sa sensibilité au risque photobiologique à la lumière bleue est très légèrement plus élevée que celle d'un adulte. Le Tableau 23 ci-dessous présente un récapitulatif des résultats pour une journée moyennée sur l'année.

<table><caption>Tableau 23 : synthèse des résultats pour le scénario « adolescent »</caption><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="5">41 lx.h</td></tr><tr><td>Dose phototoxique</td><td>6 mJ/cm²</td><td>8 mJ/cm²</td><td>10 mJ/cm²</td><td>12 mJ/cm²</td><td>119 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,58</td><td>1,80</td><td>2,20</td><td>2,78</td><td>1,43</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED (seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th colspan="6">Doses mélanopiques moyennes sur deux saisons (été et hiver), 2 h avant le coucher</th></tr><tr><td>Hiver</td><td>0,89 z-lx.h</td><td>0,74 z-lx.h</td><td>0,87 z-lx.h</td><td>1,01 z-lx.h</td><td>0 z-lx.h</td></tr><tr><td>Été</td><td>0,6 z-lx.h</td><td>0,5 z-lx.h</td><td>0,6 z-lx.h</td><td>0,7 z-lx.h</td><td>2,5 z-lx.h</td></tr></tbody></table>

L'exposition rétinienne aux sources artificielles est notable dans ce scénario : pour une installation en LED, la dose phototoxique est proche de 17 % de la dose phototoxique naturelle en hiver et proche de 8 % sur l'année complète.

Les écrans (principalement ceux des téléphones) constituent la principale source d'exposition, notamment avant le coucher comme l'illustrent les cartographies : la partie centrale de la rétine est toujours la plus exposée. La différence avec la configuration « pire cas » est alors plus faible que pour les autres scénarios. La généralisation de l'usage des écrans dans le milieu scolaire pourrait conduire à des expositions encore plus élevées.

### 4.2.3.5 Scénario « personne âgée »

Ce scénario concerne une personne de 70 ans pour laquelle les activités associées ont été définies comme très variées : intérieur/extérieur, lectures et écrans. Le Tableau 24 ci-dessous présente un récapitulatif des résultats pour une journée moyennée sur l'année.

<table><caption>Tableau 24 : synthèse des résultats pour le scénario « personne âgée »</caption><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED(seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Dose lumineuse</td><td colspan="5">53 lx.h</td></tr><tr><td>Dose phototoxique</td><td>4 mJ/cm²</td><td>5 mJ/cm²</td><td>6 mJ/cm²</td><td>16 mJ/cm²</td><td>81 mJ/cm²</td></tr><tr><td>Ratio bleu/rouge</td><td>0,53</td><td>1,63</td><td>1,89</td><td>2,85</td><td>1,45</td></tr><tr><td>Cartographie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th colspan="6">Bilan moyen sur une année</th></tr><tr><th>Catégorie</th><th>Halogène (seul)</th><th>Fluorescence (seul)</th><th>LED(seul)</th><th>LED (pire cas)</th><th>Naturel (seul)</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="6">Doses mélanopiques moyennes sur deux saisons (été et hiver), 2 h avant le coucher</td></tr><tr><td>Hiver</td><td>0,28 z-lx.h</td><td>0,28 z-lx.h</td><td>0,27 z-lx.h</td><td>0,27 z-lx.h</td><td>0 z-lx.h</td></tr><tr><td>Été</td><td>0,2 z-lx.h</td><td>0,1 z-lx.h</td><td>0,1 z-lx.h</td><td>0,1 z-lx.h</td><td>4,8 z-lx.h</td></tr></tbody></table>

L'exposition rétinienne aux sources artificielles est également notable dans ce scénario : pour une installation en LED, la dose phototoxique est proche de 17 % de la dose phototoxique naturelle en hiver et proche de 7 % sur l'année complète.

On retrouve principalement une forte influence de l'éclairage général et des écrans, notamment avant le coucher. Même si l'usage des écrans est plus modéré que celui des adolescents, il concerne des produits plus petits et plus lumineux (tablettes et téléphones) et n'est pas compensé par d'aussi grandes périodes passées à l'extérieur.

Dans ce scénario, l'installation de LED de couleur froide conduit aisément au doublement des doses phototoxiques.

## 4.3 Conclusions

Les différentes campagnes de mesures et analyses réalisées ont permis d'acquérir de nouvelles données sur les niveaux d'exposition de la population à la lumière artificielle et en particulier celle issue des LED.

Les niveaux moyens rencontrés sur différents sites du quotidien font état d'une luminance avec des températures de couleur globalement peu froide (en habitat plutôt des températures chaudes, en situation de travail plutôt des températures neutres, dans un réseau ferré souterrain, des températures un peu froides).

Certaines technologies comme les écrans et les téléphones présentent des luminances faibles mais des températures de couleur parfois très froides, comme pour certains téléphones dont la température de couleur peut être supérieure à 6 000 K.

Concernant les groupes de risques de certains objets à LED, si les lampes d'éclairage sont généralement dans le groupe de risque 0 (« sans risque » : la limite d'exposition n'est jamais atteinte ou est atteinte au-delà de 10 000 s d'exposition continue), certaines lampes d'éclairage portatif, comme les lampes frontales ou certains jouets, ont des niveaux de luminance très élevés et conduisent à un classement en groupe de risque 2 (« risque modéré » : la limite d'exposition est atteinte pour une durée d'exposition comprise entre 0,25 s et 100 s).

Ces situations de fortes expositions peuvent également se produire avec des phares automobiles à technologie à LED, dans les conditions particulières testées, pour lesquels en position de feux de route ou de croisement, le groupe de risque mesuré est de 2. Les luminances pondérées dans le bleu des feux de croisement LED sont 4 à 6 fois plus élevées que celles de feux de croisement halogène. Les résultats montrent que les feux de croisement LED produisent des situations d'exposition plus critiques que les feux de croisement xénon, qui eux-mêmes produisent des situations d'expositions plus critiques que les feux de croisement halogène.

Concernant les différents scénarios d'exposition testés, plusieurs constats peuvent être établis :

* l'éclairage artificiel contribue de manière non négligeable à l'exposition totale, rajoutant jusqu'à 50% de la dose phototoxique reçue par l'éclairage naturel ; la
part attribuable aux éclairages artificiels vis-à-vis des effets sanitaires de la lumière est donc à considérer ;

* influence des LED sur la phototoxicité : si la différence en dose phototoxique est assez faible entre la technologie LED blanc chaud et les autres technologies (pour toutes les populations), la technologie LED très froide conduit à des niveaux beaucoup plus importants. Selon les scénarios utilisés, l'installation de LED de couleur froide peut conduire au doublement des doses phototoxiques (par rapport à des LED chaudes ou par rapport aux autres types de technologies) ;

* influence de l'éclairage à LED sur les rythmes : si la différence en dose mélanopique est assez faible entre la technologie LED et les autres technologies (pour toutes les populations), la technologie LED très froide pourrait conduire à des niveaux plus importants.

* les technologies à LED présentent des ratios B/R (plus forte exposition en lumière bleue qu'en lumière rouge) plus importants et ce d'autant plus que les LED sont froides.

* les écrans constituent un des plus grands contributeurs artificiels à l'exposition dans la plupart des scénarios (dans la bande phototoxique et la bande mélanopique) : pour les employés de bureau au travers des écrans d'ordinateurs, pour les adolescents particulièrement avant le coucher. Cette dernière tendance est d'ailleurs également observée chez la personne âgée ; le soir, ces écrans (télévision, téléphone, tablette) constituent la source d'exposition la plus importante.
# 5 Évaluation des dispositifs de protection contre la lumière bleue destinés au grand public

## 5.1 Objectif et méthode

Différents moyens de protection contre la lumière bleue émise par les LED sont apparus sur le marché, et le déploiement de certains d'entre eux en entreprise fait l'objet de discussions au sein des comités d'hygiène et de sécurité des conditions de travail. À ce jour, si l'INRS a évalué l'efficacité d'un certain nombre de moyens de protection destinés aux travailleurs dans le cadre d'une étude intitulée « Équipements de protection contre les risques dus aux LED d'éclairage » (objet d'une publication dans la revue « Hygiène et sécurité », numéro hors série de décembre 2016), il n'existe pas d'informations scientifiques suffisantes permettant de juger de l'efficacité des moyens de protection à destination du grand public (filtres pour écrans, verres traités, lunettes filtrantes, protection logicielle).

Après avoir recensé les catégories de moyens de prévention à destination du grand public disponibles sur le marché, la capacité de certains d'entre eux à filtrer le rayonnement bleu d'une part dans la bande phototoxique<fnref n="57" /> et d'autre part dans la bande mélanopique (bande de longueur d'onde participant à l'excitation des cellules ganglionnaires à mélanopsine) a été évaluée. Des mesures optiques effectuées en laboratoire ont permis d'évaluer cette efficacité pour différentes solutions de filtrage de la lumière bleue, disponibles dans le commerce pour le grand public et présentées ci-dessous :

* verres ophtalmiques avec différents traitements de filtrage de la lumière bleue (14 lunettes de vue);

* lunettes de protection non-correctrices comportant un filtrage des rayonnements bleu (5 produits);

* écrans informatiques revendiquant une limitation de l'émission de lumière bleue ou une lumière bleue moins nocive (4 écrans);

* une nouvelle technologie de composants LED d'éclairage général censée réduire la quantité de lumière bleue émise (3 dispositifs).

L'évaluation des traitements testés a été effectuée en utilisant une source à LED accordable, reproduisant un spectre quasiment uniforme (proche de l'illuminant *E* normalisé par la CIE) entre 380 nm et 780 nm. L'éclairement spectral est mesuré par la tête de mesure d'un spectroradiomètre placée à 90 cm. Pour mesurer l'impact du traitement anti-bleu sur les verres de lunettes correctrices, le rapport de deux éclairements spectriques, mesurés respectivement avec le verre testé et sans le verre a été calculé.

<footnote n="57">⁵⁷ L'Icnirp (Icnirp, 2013) définit deux courbes de phototoxicité (ou spectre phototoxique), la courbe B, pour la population générale, la courbe A pour les populations sensibles.</footnote>
## 5.2 Efficacité des dispositifs pour filtrer les rayonnements bleus phototoxiques

### 5.2.1 Verres ophtalmiques

Les résultats des mesures effectuées mettent en évidence une efficacité réelle mais modeste du filtrage des rayonnements bleus phototoxiques par les revêtements de protection des verres ophtalmiques testés contre la lumière bleue.

Les verres ophtalmiques traités anti-bleu filtrent entre 7 % et 12 % (selon les marques) des rayonnements bleus phototoxiques émis par les éclairages LED et les écrans à LED. Les différences d'efficacité entre la population générale (spectre phototoxique B) et les enfants de 2 ans et moins (spectre phototoxique A) sont très faibles.

Ces verres n'offrent aucune protection contre la phototoxicité rétinienne aigüe de la lumière bleue (type 2 blue light hazard), telle qu'elle est définie dans les recommandations de l'Icnirp relatives à l'exposition aux rayonnements optiques visibles. Ainsi, l'utilisation de ces verres pour observer une lampe à LED classée en groupe de risque RG 2 (selon la norme NF EN 62471) ne conduit pas à abaisser le risque rétinien à un équivalent de groupe de risque RG 1 ou RG 0. C'est pourquoi les verres ophtalmiques testés ne peuvent pas constituer des équipements de protection individuelle (EPI) efficaces contre le risque rétinien aigu résultant d'une exposition prolongée à des dispositifs à LED.

Vis-à-vis de la lumière du jour, plus riche en lumière bleue de courte longueur d'onde, l'efficacité de protection des verres ophtalmiques est globalement plus importante que dans le cas de lumières LED. L'utilisation de traitements anti-UV et de matériaux plastiques d'indice plus élevé (indice 1,6 au lieu de 1,5) offrent une protection accrue (jusqu'à 38 % de filtrage) aux enfants de 2 ans et moins (spectre phototoxique A). Pour la population générale, les traitements anti-bleu filtrent entre 12 % et 15 % des rayonnements bleus phototoxiques (spectre phototoxique B) de la lumière du jour.

### 5.2.2 Lunettes de protection

Les mesures effectuées montrent que les lunettes de protection testées ont une efficacité de filtrage réelle des rayonnements bleus phototoxiques pour la rétine. Cette efficacité est plus importante que celle des verres ophtalmiques testés comportant des revêtements contre la lumière bleue.

L'efficacité de protection est significativement plus forte pour les lunettes dont les verres sont teintés jaunes ou oranges (absorption du bleu par le verre teinté) en plus du revêtement de surface réfléchissant la lumière bleue. Ces lunettes jaune-orangé filtrent entre 28 % et 59 % (selon les modèles testés) des rayonnements bleus phototoxiques émis par les éclairages et les écrans LED, contre 7 % à 12 % pour des verres ophtalmiques traités.

Malgré une efficacité de filtrage plus importante que celle des verres ophtalmiques traités anti-bleu, les lunettes de protection testées ne peuvent pas non plus être utilisées comme équipement de protection individuelle (EPI) face au risque de phototoxicité rétinienne aiguë résultant d'une exposition prolongée à une source LED intense.

En ce qui concerne les rayonnements bleus phototoxiques de la lumière du jour, les lunettes jaune-orangé ont une efficacité de protection très variable entre les modèles testés mais en moyenne supérieure à celles des verres ophtalmiques traités anti-bleu. Les lunettes testées ne sont toutefois pas vendues pour un usage en extérieur, alors que les verres ophtalmiques sont destinés aux usages intérieurs et extérieurs. Notons qu'il existe d'autres gammes de verres de protection teintés mais qui n'ont pas été testés dans cette étude :

* lunettes de protection contre la lumière bleue pour les sportifs ;

* verres ophtalmiques thérapeutiques vendus sur prescription médicale.
### 5.2.3 Écrans

Pour les quatre modèles d'écrans d'ordinateur testés pour lesquels il existait une revendication sur la limitation de l'émission de la lumière bleue ou sur une lumière bleue moins nocive, aucune différence significative n'a été observée dans les proportions de rayonnements bleus émis dans les bandes phototoxique et mélanopique par rapport à d'autres écrans sans revendications particulières sur la protection contre le bleu.

Un modèle d'écran testé associe une diminution de luminosité aux réglages correspondant au filtrage du bleu.

Un autre modèle d'écran testé comporte une émission de bleu très légèrement décalée vers les plus grandes longueurs d'onde par rapport aux autres écrans, sans modifier significativement les fractions d'énergie émise dans les bandes bleues phototoxique et mélanopique.

En revanche, nous avons constaté que les réglages des écrans à des températures de couleur chaude (2 700 K typiquement) conduisent toujours à un abaissement significatif de l'émission de lumière bleue. Ceci est valable pour tous les modèles d'écran, y compris les modèles ne revendiquant aucune protection contre le bleu.

L'abaissement de la température de couleur (passage au blanc chaud) et la baisse de luminosité sont actuellement les seules possibilités de limiter efficacement l'exposition aux rayonnements bleus des écrans. Ce type de réglage est utilisé par les logiciels et les applications de téléphones et tablettes destinés à limiter la lumière bleue des écrans avant l'heure du coucher. Cette solution est actuellement plus efficace que le recours aux écrans testés dans cette étude.

## 5.3 Efficacité des dispositifs pour filtrer les rayonnements bleus dans la bande mélanopique

### 5.3.1 Verres ophtalmiques

Les traitements anti-bleus testés filtrent très peu (quelques %) les rayonnements bleus de plus grande longueur d'onde participant à l'excitation des cellules ganglionnaires à mélanopsine (bande mélanopique).

Cette constatation confirme les déclarations de plusieurs fabricants qui affirment que le filtrage du bleu est très sélectif et ne porte que sur les rayonnements de plus courte longueur d'onde responsables de la phototoxicité rétinienne. Dans l'état actuel des connaissances scientifiques, ces traitements ne modifient donc pas significativement l'excitation des cellules ganglionnaires à mélanopsine.

Contrairement à des revendications de certains fabricants et de certains magasins d'optique, et en l'absence de connaissances clairement établies sur la relation dose-effet, les traitements anti-bleus testés ne semblent donc pas permettre d'éviter l'effet de suppression du pic de mélatonine par la lumière. Ils ne seraient donc d'aucune aide pour éviter les décalages d'endormissement le soir après une exposition aux écrans.

### 5.3.2 Lunettes de protection

Trois des quatre modèles de lunettes de protection testées (celles comportant les verres les plus teintés) ont une efficacité de filtrage significative des rayonnements bleus de plus grande longueur d'onde contribuant à l'excitation des cellules ganglionnaires à mélanopsine de la rétine. Ils filtrent en effet entre 30 % et 43 % (selon les modèles testés) de la lumière bleue dans la bande mélanopique.

Les deux autres paires de lunettes ont une efficacité de filtrage mélanopique réelle mais plus faible. Elles filtrent respectivement 6 % et 14 % des rayonnements bleus dans la bande mélanopique.
À l'inverse des traitements « anti-bleu » des verres ophtalmiques, l'utilisation des lunettes de protections testées contribue à limiter l'excitation des cellules ganglionnaires à mélanopsine de la rétine lors de l'exposition aux éclairages et aux écrans LED.

Cependant, les relations dose-effets étant encore mal connues, il est cependant impossible d'affirmer que ce filtrage est suffisant pour empêcher la suppression du pic de mélatonine induit par une exposition lumineuse en soirée, ainsi que les effets de retard d'endormissement.

### 5.3.3 Écrans

Cf. 5.2.3.

### 5.3.4 Efficacité de protection contre les effets de la lumière bleue de LED d'éclairage utilisant une excitation bleue de très courte longueur d'onde associée à trois luminophores rouge, vert et bleu

Les spectres mesurés révèlent que ces LED utilisent une puce émettant du rayonnement bleu de très courte longueur d'onde, autour de 400 nm, proche de l'UV. Cette lumière excitatrice bleue est convertie dans le boîtier de la LED grâce à une combinaison de trois types de luminophores (bleu, vert et rouge).

Cette technologie permet d'obtenir un spectre différent de celui des LED blanches classiques (pic bleu + pic jaune-orangé). On retrouve le pic excitateur, puis trois « bosses » correspondant aux trois types de luminophores.

Ce type de spectre présente beaucoup d'intérêt au niveau colorimétrique. Par rapport aux LED blanches classiques, il contient plus de rouge et ne présente pas de creux significatif vers le bleu-vert. Le rendu de couleur est ainsi amélioré, ce qui permet une qualité d'éclairage plus proche de celle de la lumière incandescente et de la lumière du jour.

Les spectres mesurés sont néanmoins assez différents de celui de la lumière naturelle, contrairement à ce que pourrait laisser penser la dénomination commerciale.

En dépit de l'allure très différente des spectres mesurés, les fractions d'énergie émises dans les bandes bleues phototoxique et mélanopique par ces LED sont très légèrement inférieures à celles correspondant à des LED d'éclairage classique de même température de couleur (3 000 K et 4 000 K). En effet, le spectre des LED testés reste riche en rayonnement bleu. Il est notamment plus riche en rayonnement bleu à la limite de l'UV, du fait de la technologie de la puce émettrice.

Malgré un intérêt certain pour le rendu de couleur, aucune réduction des rayonnements bleus phototoxique ou d'excitation mélanopique n'est associée à ce type de spectre.

## 5.4 Conclusion

La capacité des moyens de protection à filtrer le rayonnement bleu d'une part dans la bande phototoxique et d'autre part dans la bande mélanopique est très variable d'une référence commerciale à l'autre et peut être inexistante malgré les revendications avancées par le producteur ou metteur sur le marché.

D'après les résultats obtenus sur l'échantillon de produits testés, l'efficacité de protection est significativement plus forte pour les lunettes de protection dont les verres sont teintés jaunes ou oranges (absorption du bleu par le verre teinté), que pour les verres ophtalmiques bénéficiant d'un revêtement de surface réfléchissant la lumière bleue.

Enfin, malgré une efficacité de filtrage plus importante que pour celle des verres ophtalmiques traités anti-bleu, ni les lunettes de protection ni les verres traités ne peuvent être utilisés comme équipement de protection individuelle (EPI) face à un risque de
phototoxicité rétinienne aiguë résultant d'une exposition prolongée à une source LED qui pourrait être qualifiée d'intense.

<table><caption>Tableau 25 : récapitulatif des capacités de filtration du rayonnement bleu des moyens de protection testés</caption><thead><tr><td>Dispositifs</td><td>Filtration des rayonnements bleus phototoxiques issus des LED (BLH A et B)</td><td>Filtration des rayonnements bleus issus des LED dans la bande mélanopique</td></tr></thead><tbody><tr><td>Verres ophtalmiques traités anti bleu</td><td>7 % et 12 % (selon les marques)</td><td>quelques %</td></tr><tr><td>Lunettes de protection fortement teintées</td><td>28 % et 59 %</td><td>entre 30 % et 43 %</td></tr><tr><td>Lunettes de protection</td><td></td><td>6 % et 14 %</td></tr><tr><td>Écrans revendiquant une protection contre la lumière bleue</td><td>Pas de filtration spécifique du bleu</td><td>Pas de filtration spécifique du bleu</td></tr><tr><td>Éclairage utilisant une excitation bleue de très courte longueur d'onde</td><td>Aucune réduction</td><td>Aucune réduction</td></tr></tbody></table>
# 6 LED et pollution lumineuse

L'objectif de ce chapitre est d'étudier l'influence du déploiement de la technologie LED sur les nuisances lumineuses causées par la lumière artificielle émise la nuit dans le milieu extérieur, sur l'Homme ou l'environnement, que ce soit dans le cadre bâti des zones urbanisées ou dans les zones naturelles. Ces nuisances sont collectivement désignées par le terme de pollution lumineuse.

## 6.1 La pollution lumineuse

Les activités humaines sont presque exclusivement associées à des environnements éclairés, essentiels pour le système de vision de l'Homme. Si l'Homme s'est contenté des périodes diurnes durant des millénaires, le développement de l'éclairage artificiel lui a permis de profiter de son environnement à toute heure de la nuit. L'éclairage artificiel nocturne s'est alors largement répandu afin de répondre à des besoins : voir son environnement, être visible pour autrui et détecter les obstacles lors des déplacements urbains puis péri-urbains. Mais son exploitation s'est également étendue à l'éclairage de zones résidentielles, piétonnes, touristiques ou commerciales, avec des niveaux allant parfois très au-delà des simples exigences fonctionnelles.

Si l'éclairage fonctionnel est généralement dimensionné sur la base des exigences minimales pour d'évidentes raisons économiques, d'autres domaines accordent plus d'importance aux aspects esthétiques (mises en lumière de monuments, etc.), publicitaires (zones commerciales, vitrines, etc.) et sécuritaires (parkings, hangars industriels, etc.). L'émission de lumière artificielle à l'extérieur pendant la nuit s'accompagne d'inconvénients ou de nuisances que l'on désigne par le terme assez large de « pollution lumineuse » et de « nuisances lumineuses ».

Une étude publiée en 2017 (Kyba, 2017) a mis en évidence une augmentation à l'échelle du globe des surfaces extérieures éclairées. Des mesures satellitaires étalonnées ont montré que la surface terrestre éclairée a augmenté de 2,2 % par an entre 2012 et 2016, indiquant une augmentation globale de la pollution lumineuse. Cette croissance avérée de l'éclairage extérieur nocturne s'est opérée en parallèle de la diffusion de la technologie LED. Cependant, il est impossible d'attribuer cette augmentation à la seule influence des LED, puisque l'augmentation de l'éclairage extérieur est fortement corrélée à la croissance démographique et au développement économique des territoires. Les auteurs suspectent une contribution des LED à l'augmentation observée car la production de lumière LED est plus économique, ce qui facilite l'installation de nouveaux points lumineux (effet rebond). L'étude n'a cependant pas pu mettre en évidence la part de l'éclairage à LED dans l'augmentation globale de l'éclairage extérieur. En effet, les mesures radiométriques ont été faites dans un domaine spectral compris entre 500 nm et 900 nm, qui n'inclut pas les rayonnements de courtes longueurs d'onde, notamment la lumière bleue.

### 6.1.1 Contexte réglementaire

L'article 41 de la loi n°2009-967 du 3 août 2009 (loi dite Grenelle I) définit ces nuisances comme étant « les émissions de lumière artificielle de nature à présenter des dangers ou à causer un trouble excessif aux personnes, à la faune, à la flore ou aux écosystèmes, entrainant un gaspillage énergétique ou empêchant l'observation du ciel nocturne ». L'article 173 de la loi dite Grenelle II (loi n°2010-788) instaure l'élaboration d'un dispositif réglementaire visant à prévenir, réduire ou limiter les nuisances lumineuses.

En 2011, la publication du décret n°2011-831 relatif à la prévention et à la limitation des nuisances lumineuses a engagé le gouvernement français à produire des arrêtés
réglementaires concernant les installations lumineuses destinées aux usages suivants : éclairage extérieur public et privé, éclairage des voiries, éclairage de mise en valeur du patrimoine : illumination des monuments, éclairage des parcs et jardins, éclairage des équipements sportifs de plein air ou découvrables, illumination des façades des bâtiments, éclairage intérieur des bâtiments émis vers l'extérieur, éclairage des parcs de stationnements non couverts ou semi-couverts, éclairage événementiel extérieur (constitué d'installations lumineuses temporaires utilisées à l'occasion d'une manifestation artistique, culturelle, commerciale ou de loisirs), éclairage de chantiers en extérieur.

À la date de rédaction de ce rapport, validé le 20 juin 2018 par le groupe de travail, un seul arrêté a été publié dans le cadre de ce décret : l'arrêté du 25 janvier 2013 relatif à l'éclairage nocturne des bâtiments non résidentiels. Ce texte concerne l'éclairage des bâtiments non résidentiels, y compris l'éclairage émis depuis l'intérieur vers l'extérieur, ainsi que l'illumination des façades de ces bâtiments. Il définit des règles générales d'extinction se déclinant de différentes manières : les éclairages intérieurs de locaux à usage professionnel sont éteints une heure après la fin de leur occupation, les éclairages des vitrines de magasins de commerce ou d'exposition sont éteints au plus tard à 1 h ou une heure après la fin de leur occupation si celle-ci intervient plus tardivement.

La publicité extérieure et les enseignes lumineuses sont soumises à une réglementation spécifique (décret n° 2012-118 du 30 janvier 2012) qui impose l'extinction nocturne de ces dispositifs, à l'exception des enseignes des pharmacies et des services de secours.

En 2014, le terme « pollution lumineuse » a été acceptée en France par le Conseil général de l'environnement et du développement durable (CGEDD) en référence aux écosystèmes et à la santé humaine qui sont affectés par la dégradation de l'actif environnemental que constitue l'obscurité nocturne.

Suite à une procédure menée par trois associations de protection de l'environnement (Fédération Rhône-Alpes de protection de la nature - Frapna, Association nationale de protection du ciel et de l'environnement nocturne - ANPCEN, France Nature Environnement - FNE), le Conseil d'État a pris la décision n°408474, datée du 28 mars 2018, qui enjoint le gouvernement à réglementer avant la fin de l'année 2018 l'ensemble du champ que délimite le décret du 12 juillet 2011 relatif à la prévention et à la limitation des nuisances lumineuses.

## 6.1.2 Les différents aspects de la pollution lumineuse

Dans son guide publié en 2015 (ANPCEN, 2015), l'ANPCEN indique que la pollution lumineuse désigne les phénomènes suivants :

* augmentation globale de la quantité de lumière artificielle nocturne, et en particulier de lumière dont le spectre a des impacts sur le vivant ;

* rupture de l'alternance jour-nuit (perturbation du rythme circadien) ;

* éblouissements d'inconfort et d'incapacité dus aux sources de lumière mal dirigées, trop intenses et provoquant des contrastes lumineux trop élevés ;

* lumière intrusive qui éclaire les zones non destinées à être éclairées (débordements lumineux) ;

* propagation de lumière à grande distance des sources et halo lumineux.

On peut rassembler ces phénomènes en trois types de nuisances lumineuses, qui ne sont pas forcément indépendantes :

### Type 1 : le halo lumineux nocturne ou pollution lumineuse atmosphérique

* diffusion dans l'atmosphère de la lumière émise vers le ciel ;

* diminution de la visibilité des astres observables dans le ciel.

### Type 2 : les nuisances pour l'Homme ayant des effets sur le confort visuel et la santé

* éblouissements d'inconfort et d'incapacité ;
* sur-éclairements et sous-éclairements provoquant des variations lumineuses trop grandes ;

* lumière intrusive (débordements lumineux) ;

* perturbation du rythme circadien, résultant de l'exposition humaine à la lumière en soirée et pendant la nuit.

## Type 3 : les effets sur les écosystèmes et la biodiversité de la lumière émise volontairement (lumière utile) ou involontairement (débordements lumineux)

De nombreuses recherches sont en cours dans le monde pour étudier les effets indésirables de la pollution lumineuse sur la faune et la flore. Parmi tous les effets étudiés, certains font l'objet du chapitre 0 de ce rapport :

* perturbation de la vision, de l'orientation et du comportement d'espèces animales ;

* perturbation des trajectoires de migration de certaines espèces ;

* perturbation des relations entre proies et prédateurs ;

* expulsion d'espèces fuyant la lumière (pertes d'habitat) ;

* concentration d'espèces attirées par la lumière autour des sources de lumière ;

* perturbation du développement des végétaux, y compris celui des arbres ;

* perturbation des rythmes circadiens ;

* fragmentation des habitats.

## 6.2 Facteurs d'influence de la pollution lumineuse

De manière générale, les trois types de nuisances lumineuses (pour le ciel, pour l'Homme et pour les écosystèmes et la biodiversité) dépendent des quatre paramètres suivants :

* **le flux de lumière globalement émis**: puissance et nombre de sources lumineuses. La quantité de lumière globalement émise dans le milieu extérieur de nuit est directement liée au développement économique, à la démographie et à l'urbanisation des territoires ;

* **la fraction indésirable du flux lumineux émis par chaque source de manière directe** (émission vers le ciel, émission vers des zones non destinées à être éclairées) et indirecte (réflexion par le sol et les façades). Ce paramètre dépend du matériel d'éclairage et d'affichage, mais aussi des conditions de leur installation ;

* **le spectre de la lumière émise**: spectre étroit ou large, quantité de rayonnement de courte longueur d'onde (bleu et ultraviolet). Ce paramètre dépend de la technologie d'éclairage (lampes halogène, différentes technologies de lampes à décharge, différents types de LED) ;

* **les durées et régimes de fonctionnement**: les quantités cumulées de lumière artificielle dépendent des heures de fonctionnement des éclairages et de la variation d'intensité appliquée selon l'heure de la nuit. Ces paramètres dépendent des équipements périphériques permettant de contrôler l'éclairage et l'affichage extérieurs, que ce soit au sein des luminaires (capteurs, interrupteurs crépusculaires), des armoires électriques (horloges astronomiques, programmateurs et variateurs de puissance), ou de systèmes déportés permettant la supervision à distance d'une installation. Les systèmes d'éclairage pouvant être abaissés ou éteints contribuent moins longtemps à la pollution lumineuse que les éclairages fonctionnant toute la nuit à plein régime.

Il existe plusieurs catégories d'éclairage et d'affichage extérieurs responsables de nuisances lumineuses. Les sources de lumière artificielle responsables de la pollution lumineuse sont en effet multiples et très différentes. Elles concernent l'éclairage mais aussi l'affichage et les enseignes lumineuses. Elles peuvent être rassemblées en huit catégories différentes :
* l'éclairage public (éclairage des rues et des routes);

* l'éclairage des véhicules (automobiles, camions, transports en commun);

* l'éclairage des zones commerciales (magasins, centres commerciaux);

* l'éclairage des zones agricoles et industrielles (hangars, ateliers, usines, serres horticoles, etc.);

* l'éclairage des installations sportives;

* l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysager (illumination de façades et de monuments, éclairage des parcs et des squares, etc.);

* les enseignes, affiches et publicités lumineuses;

* l'éclairage intérieur des bâtiments transmis à l'extérieur par les parties vitrées.

Le passage aux LED de toutes ces catégories d'éclairage et d'affichage est incontestablement en cours. Il est irréversible à l'échelle du globe. Les influences de cette mutation technologique peuvent être étudiées en fonction des quatre classes de paramètres d'influence qui sont listés ci-dessus.

L'analyse présentée dans les paragraphes ci-dessous est, basée sur avis d'experts.

## 6.3 Évaluation de l'impact des LED sur le halo nocturne

Le halo nocturne résulte de la propagation et de la diffusion atmosphérique de la lumière émise vers le ciel par des sources terrestres. Ce phénomène se traduit par une luminance de la voute céleste plus élevée que la luminance de la plupart des astres, hormis la lune, nuisant ainsi à l'observation du ciel étoilé. Le halo lumineux est souvent visible jusqu'à de très grandes distances par rapport aux sources (plusieurs dizaines de kilomètres). Il affecte des très grandes superficies à l'échelle de territoires, plus vastes que les seules zones urbaines et péri-urbaines.

La formation du halo nocturne est très liée à la lumière émise directement vers le ciel, et en particulier à des angles faibles (plus proche de l'horizontale). Celle-ci est plus amplement diffusée par l'atmosphère que la lumière émise à des angles importants (proches de la verticale).

Le spectre de la lumière émise est particulièrement important puisque les rayonnements lumineux de courtes longueurs d'onde, notamment les longueurs d'onde correspondant au bleu, subissent une diffusion plus efficace dans l'atmosphère que les rayonnements de grandes longueurs d'onde (couleurs jaune et rouge par exemple).

L'étude publiée en 2017 par le Department of Energy (DoE) des États-Unis (DoE, 2017) a permis de mettre en évidence un effet globalement positif du passage aux LED sur le halo nocturne. En effet, malgré un spectre plus riche en rayonnement bleu (pour des LED à 4 000 K) que celui des lampes à décharges (sodium haute et basse pression, halogénures métalliques), le meilleur contrôle de la directivité (luminaires LED sans émission directe vers le ciel), du nombre d'heures de fonctionnement (pilotage électronique, détection) et de la puissance (abaissement ou extinction nocturne) est très favorable à la technologie LED.

Les auteurs de ce rapport mentionnent qu'il est difficile d'estimer les contributions respectives au halo nocturne de chaque catégorie d'éclairage. Les sources d'éclairage diffuses comme les enseignes ou la lumière intérieure s'échappant par les ouvertures en toitures (lanterneaux, serres) représentent globalement moins de flux mais leur aspect diffus (pas de contrôle de la directivité) peut contribuer de manière importante au halo nocturne.

Une étude publiée en 2009 (Luginbuhl et al., 2009), décrit toutes les sources d'éclairage extérieures utilisées dans la ville de Flagstaff (États-Unis), dans laquelle plusieurs observatoires astronomiques sont implantés. La Figure 107 indique les parts relatives de lumière émise vers le ciel des différentes sources : éclairage commercial, éclairage industriel, éclairage de rue résidentiel, éclairage des routes, éclairage automobile pris à 23 h, éclairage institutionnel (bâtiments publics), éclairage sportif.
<figure><img src="image_143.png" /><figcaption>Figure 107 : contributions des catégories d'éclairage extérieur à l'émission de lumière vers le ciel utilisées dans la ville de Flagstaff (États-Unis)</figcaption></figure>

Diagramme (a) : en incluant l'éclairage des installations sportives. Diagramme (b) : lorsque l'éclairage des installations sportives est éteint (Luginbuhl, 2009).

Malgré la portée limitée de cette étude (une seule ville américaine), elle révèle néanmoins une contribution majoritaire de l'éclairage des installations sportives extérieures, lorsque celles-ci sont en fonctionnement. Cette contribution importante s'explique par la puissance des sources, leur orientation et leur grande hauteur d'installation. Lorsque l'éclairage des installations sportives est éteint, la principale contribution provient de l'éclairage des zones commerciales (éclairage des parkings, des façades et des enseignes des centres commerciaux). Dans cette étude, l'éclairage résidentiel et l'éclairage des routes représentent, à eux deux, la moitié de la contribution de l'éclairage commercial.

Il n'est pas possible de savoir si ces proportions sont valables en France, car il existe des différences profondes d'urbanisme entre les États-Unis et la France. Des études de ce type, menées sur le territoire français, sont nécessaires pour apporter des informations sur les principaux contributeurs à la pollution lumineuse nocturne.

### 6.3.1 Influence des LED sur le halo nocturne

En analysant les paramètres déterminants pour la formation du halo nocturne, il est possible d'évaluer de manière qualitative l'influence sur le halo nocturne des différentes catégories d'éclairage extérieur lors du passage à la technologie LED. Cette analyse, basée sur avis d'experts, est présentée dans le Tableau 26. Ces prévisions sont prospectives, elles reposent sur l'étude du marché de l'éclairage à LED, de son développement constaté sur le terrain par les experts du groupe de travail et des données d'exposition présentées dans ce rapport (section 4.1).
<table><caption>Tableau 26 : évolution possible de la contribution au halo nocturne de différentes catégories de l'éclairage/affichage extérieur</caption><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Flux et nombre de points lumineux</td><td>Directivité lumière émise directement vers le ciel</td><td>Quantité de rayonnements de courte longueur d'onde</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Influence du passage à la LED sur le halo nocturne</td></tr></thead><tbody><tr><td>ÉCLAIRAGE PUBLIC (rues et routes)</td><td>Globalement inchangé avec les LED</td><td>Diminuée grâce à luminaire à ULOR=0</td><td>En hausse par rapport aux lampes à décharge, en particulier les lampes sodium haute pression</td><td>Contrôle électronique très favorable aux luminaires LED</td><td><strong>Évolution favorable</strong> : l'effet défavorable du spectre est compensé par une meilleure directivité et le contrôle électronique. La contribution actuelle de cette catégorie d'éclairage au halo nocturne est importante.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES VEHICULES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Globalement inchangé par rapport aux feux automobiles au xénon</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Pas d'évolution</strong> : les technologies actuelles des lampes automobiles à décharge (xénon) sont déjà plus riches en bleu que l'halogène. La contribution de l'éclairage automobile au halo nocturne est faible (la lumière est émise de manière rasante et près du sol).</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES ZONES COMMERCIALES AGRICOLES ET INDUSTRIELLES, Y COMPRIS PARKINGS</td><td>Augmentation significative avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>En hausse car plus riche en bleu (à 4 000 K ou plus) que les lampes à décharge, en particulier les lampes sodium haute pression</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Évolution défavorable</strong>, en raison du fort développement du nombre de points lumineux et du spectre plus riche en bleu. La contribution actuelle au halo nocturne de cette catégorie d'éclairage est très importante.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES INSTALLATIONS SPORTIVES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Globalement inchangé par rapport aux lampes à décharge actuellement utilisées (halogénures métalliques)</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Pas d'évolution</strong><br>La contribution actuelle au halo nocturne de cette catégorie d'éclairage est très importante.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DE MISE EN VALEUR ARCHITECTURALE ET PAYSAGERE</td><td>Fort développement avec les LED</td><td>Meilleure directivité des LED</td><td>Inchangé avec les LED (éclairage coloré)</td><td>Contrôle électronique très favorable aux luminaires LED</td><td><strong>Évolution favorable</strong> : fort développement du nombre de points lumineux mais meilleure directivité des LED et contrôle des horaires d'allumage. La part de la contribution de cette catégorie au halo nocturne est inconnue.</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Flux et nombre de points lumineux</td><td>Directivité lumière émise directement vers le ciel</td><td>Quantité de rayonnements de courte longueur d'onde</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Influence du passage à la LED sur le halo nocturne</td></tr></thead><tbody><tr><td>ENSEIGNES, AFFICHES ET PUBLICITES LUMINEUSES</td><td>Fort développement avec les LED. Possible augmentation de la luminance.</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED (éclairage coloré)</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Évolution défavorable</strong>, fort développement du nombre de points lumineux. L'effet de la réglementation française en vigueur est encore très limité et ne semble pas compenser l'augmentation du nombre de dispositifs lumineux. La part de la contribution actuelle au halo nocturne est inconnue.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE INTERIEUR DES BATIMENTS TRANSMIS A L'EXTERIEUR PAR LES PARTIES VITREES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Effet défavorable car plus riche en bleu (à 4 000 K ou plus) que les tubes fluorescents</td><td>Contrôle électronique très favorable aux luminaires LED</td><td><strong>Évolution favorable</strong> : l'effet défavorable du spectre est compensé par le contrôle électronique. Effet positif de la réglementation thermique des bâtiments et de la réglementation sur les nuisances lumineuses. La part de la contribution actuelle est inconnue sur le halo nocturne.</td></tr></tbody></table>
### 6.3.2 Conclusions concernant l'impact des LED sur le halo nocturne

Sans évolution du nombre de points lumineux pour l'éclairage public et l'intérieur des bâtiments, et en considérant une forte augmentation du nombre de points lumineux pour l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère, les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED pourraient contribuer à réduire le phénomène de halo nocturne par rapport aux installations « non LED » sont les suivantes :

* l'éclairage public (éclairage des rues et des routes);

* l'éclairage intérieur des bâtiments s'échappant à l'extérieur;

* l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère.

Cela est principalement du à la meilleure directivité et au contrôle electronique apportés par les LED.

Les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED semblent contribuer à aggraver le phénomène de halo nocturne, en particulier en raison de la multiplication du nombre de points lumineux, sont les suivantes :

* l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les serres et les parkings;

* les enseignes, publicités et affiches lumineuses.

La contribution actuelle de l'éclairage des véhicules au halo nocturne est faible, car la lumière est émise près du sol, avec des incidences rasantes (les rayons lumineux émis ont une très grande chance d'être bloqué par l'environnement immédiat du bord des routes). Le passage aux LED de l'éclairage automobile, utilisant déjà des lampes à décharge (xénon) plus riches en bleu que les lampes halogènes, ne devrait pas impacter le halo nocturne.

L'éclairage des installations sportives est une contribution très importante au halo nocturne, mais le passage aux LED ne semblerait pas affecter cette contribution.

## 6.4 Évaluation de l'impact des LED sur les nuisances pour l'Homme

Les nuisances pour l'Homme de l'éclairage extérieur nocturne sont souvent liées à des phénomènes d'éblouissement et de lumière intrusive (débordements lumineux) pouvant parfois entrainer un éclairement indésirable des lieux de vie.

Ces nuisances peuvent provenir d'éclairages fonctionnels non adaptés ou obsolètes mais aussi potentiellement de tous les dispositifs lumineux installés dans le cadre bâti : publicités, enseignes, feux tricolores, projecteurs automobiles, illuminations de Noël, etc.

Les phénomènes d'éblouissement relatifs aux dispositifs à LED sont abordés dans une partie dédiée de ce rapport, tout comme la perturbation des rythmes circadiens.

### 6.4.1 Influence des LED sur les nuisances lumineuses pour l'Homme

Le Tableau 27 fournit une analyse qualitative, basée sur avis d'experts, de l'évolution des nuisances lumineuses pour l'Homme occasionnée par le passage aux LED de l'éclairage extérieur nocturne. Ces prévisions sont prospectives, elles reposent sur l'étude du marché de l'éclairage à LED, de son développement constaté sur le terrain par les experts du groupe de travail et des données d'exposition présentées dans ce rapport (section 4.1).
<table><caption>Tableau 27 : évolution de la contribution aux nuisances lumineuses sur l'Homme de différentes catégories de l'éclairage/affichage extérieur</caption><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Nombre de points lumineux</td><td>Débordement lumineux</td><td>Luminance - Eblouissement</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Impact des LED sur les nuisances lumineuses pour l'homme (éblouissement, lumière intrusive)</td></tr></thead><tbody><tr><td>ÉCLAIRAGE PUBLIC (rues et routes)</td><td>Globalement inchangé avec les LED</td><td>Meilleur contrôle de la directivité avec les LED</td><td>Eblouissement d'inconfort parfois plus élevé</td><td>Pilotage des luminaires LED</td><td><strong><u>Évolution favorable</u></strong> : meilleure directivité, contrôle électronique de la puissance.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES VEHICULES</td><td>Inchangé</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>En feu de croisement, les luminances des projecteurs full-LED sont plus élevées que les projecteurs halogènes et xénon.</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong><u>Évolution défavorable</u></strong>, la technologie full-LED des projecteurs automobiles augmente l'exposition des piétons à la lumière bleue, en particulier pour les enfants. Les phénomènes d'éblouissement des piétons sont plus marqués.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES ZONES COMMERCIALES AGRICOLES ET INDUSTRIELLES, Y COMPRIS PARKINGS</td><td>Augmentation significative de l'éclairage extérieur LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong><u>Évolution défavorable</u></strong>, en raison du fort développement du nombre de points lumineux dans les zones commerciales, industrielles, agricoles et les parkings associés.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES INSTALLATIONS SPORTIVES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Globalement inchangé par rapport aux lampes à décharge actuellement utilisées (halogénures métalliques).</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong><u>Pas d'évolution</u></strong><br>Contribution importante de cette catégorie sur la lumière intrusive et l'éblouissement.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DE MISE EN VALEUR ARCHITECTURALE ET PAYSAGERE</td><td>Fort développement avec les LED</td><td>Meilleure directivité des LED</td><td>En baisse avec les LED</td><td>Contrôle électronique favorable aux luminaires LED</td><td><strong><u>Évolution favorable</u></strong> : fort développement du nombre de points lumineux mais meilleure directivité des LED, flux plus faibles et contrôle électronique des horaires d'allumage.</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Nombre de points lumineux</td><td>Débordement lumineux</td><td>Luminance - Eblouissement</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Impact des LED sur les nuisances lumineuses pour l'homme (éblouissement, lumière intrusive)</td></tr></thead><tbody><tr><td>ENSEIGNES, AFFICHES ET PUBLICITES LUMINEUSES</td><td>Fort développement avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>En hausse avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><u>Évolution défavorable</u>, fort développement du nombre de points lumineux. L'effet de la réglementation française en vigueur et encore très limité et ne semble pas compenser l'augmentation du nombre de dispositifs.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE INTERIEUR DES BATIMENTS TRANSMIS A L'EXTERIEUR PAR LES PARTIES VITREES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Contrôle électronique très favorable aux luminaires LED</td><td><u>Évolution favorable</u> : l'effet favorable du contrôle électronique. Effet positif de la réglementation thermique des bâtiments et de la réglementation sur les nuisances lumineuses.</td></tr></tbody></table>
### 6.4.2 Conclusions sur l'impact des LED sur les nuisances lumineuses pour l'homme (éblouissement, débordements lumineux)

Les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED pourraient contribuer à réduire les nuisances sur l'Homme par rapport aux installations « non LED » sont les mêmes que pour le halo nocturne, à savoir les suivantes :

* l'éclairage public (éclairage des rues et des routes);

* l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère;

* l'éclairage intérieur des bâtiments s'échappant à l'extérieur.

Les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED semblent contribuer à aggraver les nuisances humaines sont les suivantes :

* l'éclairage des véhicules (luminances plus élevées des projecteurs full-LED en feu de croisement);

* l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les parkings (nombre de points lumineux en augmentation);

* les enseignes et affiches lumineuses LED (luminances élevées des LED, nombre de points lumineux en hausse).

L'éclairage des installations sportives est une contribution très importante aux nuisances humaines mais le passage aux LED n'affecterait pas cette contribution.

## 6.5 Lumières ayant un impact sur les écosystèmes et la biodiversité

Les impacts de la lumière artificielle émise à l'extérieur pendant la nuit fait l'objet d'une partie spécifique de ce rapport (voir le chapitre 0).

### 6.5.1 Influence des LED sur les nuisances lumineuses pour les écosystèmes et la biodiversité

Le tableau suivant (cf. Tableau 28) fournit une analyse qualitative, basée sur avis d'experts, de l'influence du passage aux LED des sources d'éclairage artificiel extérieur sur les impacts pour les écosystèmes et la biodiversité. Ces prévisions sont prospectives, elles reposent sur l'étude du marché de l'éclairage à LED, de son développement constaté sur le terrain par les experts du groupe de travail et des données d'exposition présentées dans ce rapport (section 4.1)
<table><caption>Tableau 28 : évolution de la contribution aux impacts sur la biodiversité et sur les écosystèmes de différentes catégories de l'éclairage/affichage extérieur.</caption><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Flux et nombre de points lumineux</td><td>Directivité et débordement lumineux</td><td>Spectre</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Impact des LED sur les nuisances pour les écosystèmes et la biodiversité</td></tr></thead><tbody><tr><td>ÉCLAIRAGE PUBLIC (rues et routes)</td><td>Globalement inchangé avec les LED</td><td>Meilleur contrôle de la directivité avec les LED</td><td>Spectre large des LED globalement moins favorable que les lampes à spectre étroit (sodium)</td><td>Pilotage des luminaires LED</td><td><strong>Évolution favorable</strong> : l'effet défavorable du spectre peut être compensé par une meilleure directivité et un contrôle électronique du flux (gradation, extinction).</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES VEHICULES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Spectre plus large des LED par rapport aux feux au xénon (spectre de raies étroites) mais le xénon émet beaucoup de courtes longueurs d'onde.</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Pas d'évolution</strong> : les technologies actuelles des lampes automobiles à décharge (xénon) sont déjà plus riches en bleu que l'halogène.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES ZONES COMMERCIALES AGRICOLES ET INDUSTRIELLES, Y COMPRIS PARKINGS</td><td>Augmentation significative de l'éclairage extérieur LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Spectre large des LED globalement moins favorable que les lampes à spectre étroit (sodium)</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Évolution défavorable</strong> : en raison du fort développement du nombre de points lumineux à LED dans ces zones et du spectre large des LED.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE DES INSTALLATIONS SPORTIVES</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Spectre plus large des LED par rapport aux lampes à décharge (spectre de raies étroites) qui émettent de la lumière bleue de courtes longueurs d'onde</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Pas d'évolution</strong><br>Contribution importante de cette catégorie sur les écosystèmes et la biodiversité.</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><td>Catégorie</td><td>Flux et nombre de points lumineux</td><td>Directivité et débordement lumineux</td><td>Spectre</td><td>Contrôle de la durée et de puissance</td><td>Impact des LED sur les nuisances pour les écosystèmes et la biodiversité</td></tr></thead><tbody><tr><td>ÉCLAIRAGE DE MISE EN VALEUR ARCHITECTURALE ET PAYSAGERE</td><td>Fort développement avec les LED</td><td>Meilleure directivité des LED</td><td>Spectres très variables, (utilisation de LED multicolores)</td><td>Contrôle électronique favorable aux luminaires LED</td><td><strong>Évolution défavorable</strong> : fort développement du nombre de points lumineux LED notamment autour de zones naturelles (rivières, bords de mer, forêts, arbres, jardins).</td></tr><tr><td>ENSEIGNES, AFFICHES ET PUBLICITES LUMINEUSES</td><td>Fort développement avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Spectres très variables : utilisation de LED multicolores</td><td>Inchangé avec les LED</td><td><strong>Évolution défavorable</strong> : fort développement du nombre de points lumineux. Le respect de la réglementation française en encore très limité et ne semble pas compenser l'augmentation du nombre de dispositifs.</td></tr><tr><td>ÉCLAIRAGE INTERIEUR DES BATIMENTS TRANSMIS A L'EXTERIEUR</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Inchangé avec les LED</td><td>Contrôle électronique très favorable aux luminaires LED</td><td><strong>Évolution favorable</strong> : effet favorable du contrôle électronique. Effet positif de la réglementation thermique des bâtiments et de la réglementation sur les nuisances lumineuses.</td></tr></tbody></table>
## 6.5.2 Conclusions sur les impacts des LED sur les écosystèmes et la biodiversité

Les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED pourraient contribuer à réduire les impacts sur les écosystèmes et la biodiversité par rapport aux installations « non LED » sont les suivantes :

* l'éclairage public (éclairage des rues et des routes);

* l'éclairage intérieur des bâtiments s'échappant à l'extérieur.

Les catégories d'éclairage pour lesquelles les LED contribueraient à aggraver les impacts sur les écosystèmes et la biodiversité sont les suivantes :

* l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les parkings (nombre de points lumineux LED ;

* l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère. Sont concernées en particulier : les zones naturelles, les zones abritant de la végétation, les rivières, les rivages, les bords de mers, etc. ;

* les enseignes et affiches lumineuses LED (spectres très variés, luminances élevées des LED, nombre de points lumineux en hausse).

Comme pour le halo nocturne et les nuisances pour l'Homme, l'éclairage des installations sportives est une contribution très importante aux impacts sur les écosystèmes et la biodiversité, mais le passage aux LED ne modifierait pas cette contribution.

A priori, aucun impact sur les écosystèmes et la biodiversité n'est attendu avec le passage aux LED de l'éclairage automobile, par rapport aux technologies xénon déjà utilisées dans ce domaine.

## 6.6 Synthèse des conclusions sur les impacts du passage aux LED sur la pollution par catégorie

Les catégories les plus concernées par une évolution défavorable sont les enseignes, affiches et publicités lumineuses, ainsi que l'éclairage des zones commerciales, des zones agricoles (y compris les serres horticoles) et des zones industrielles. L'éclairage des parkings extérieurs de ces zones est également concerné.
# 7 Impact des LED sur l'environnement et la biodiversité

## 7.1 Introduction

La Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité (FRB) fff défini le terme biodiversité comme la contraction de biologique et de diversité. Elle représente la diversité des êtres vivants : uni- ou pluri-cellulaires, faune, flore, bactéries, champignons, dont l'espèce *Homo sapiens* n'est qu'un des maillons. Mais la biodiversité est un concept bien plus vaste qu'un simple catalogue d'espèces : c'est aussi la diversité de la vie à tous ses niveaux d'organisation - du gène aux espèces et aux écosystèmes - en intègrant les interactions existentes entre les différents organismes et entre ces organismes et leurs milieux de vie. C'est donc une notion dynamique en constante évolution, riche et complexe.

En quoi la biodiversité intéresse-t-elle la question de l'impact des LED sur l'homme ? La biodiversité, c'est une fourniture de biens au quotidien (oxygène, nourriture, médicaments, matières premières) et de services d'importance vitale (pollinisation, fertilisation des sols, épuration de l'eau, prévention des inondations). Qui dit biodiversité dit aussi interaction et interdépendance. En d'autres termes, la vie des différentes espèces d'un écosystème dépend d'un équilibre où les facteurs de l'environnement - lumière, température, pluies, disponibilité de la nourriture - jouent un rôle synchroniseur d'importance majeure. L'homme fait partie intégrante de l'écosystème. Troubler cette harmonie, c'est prendre le risque d'induire des perturbations majeures voire délétères.

Ainsi, une expertise évaluant l'effet des LED sur l'humain ne peut s'affranchir d'une étude de leurs effets sur le monde vivant et sur l'environnement en général, pour les raisons suivantes :

* une question vitale : si il y a impact sur l'homme, il y aura impact sur tout ou partie du monde vivant et inversement ;

* améliorer nos connaissances : la biodiversité résulte de millions d'années d'évolution à partir d'une matrice commune. Il y a donc des dénominateurs communs chez tous les êtres vivants et en conséquence des enseignements généraux à tirer à partir des données acquises sur tel ou tel représentant, modèle biologique conventionnel ou non ;

* une question d'éthique : s'imposer un environnement hors les lois de la nature, éclairage LED ou autres, autorise-t-il de l'imposer aux autres espèces en ignorant tout risque de l'impact possible sur leur bien-être voire leur survie ?

Les études portant sur l'impact des LED sur le monde vivant recoupent nécessairement celles relatives aux effets de la lumière et de la photopériode (alternance du jour et de la nuit, ou cycle de 24 h; par convention le cycle LD [L : light ; D : dark]) pour lesquelles les données abondent aujourd'hui (Cassonne, 2014 ; Falcón et al., 2007, Falcón et al. 2010).. La lumière est un facteur majeur dans l'organisation du vivant. Elle est une source d'énergie, *via* la photosynthèse, et pour certains organismes (dits autotrophes) qui convertissent l'énergie lumineuse pour leurs besoins. Elle est aussi une source d'informations essentielle permettant la répartition et l'orientation spatiale des espèces selon qu'elles sont diurnes, crépusculaires

<footnote>fffFRB: http://www.fondationbiodiversite.fr/fr/societe/avec-la-societe/diffusion-de-connaissances/ensavoir-plus/qu-est-ce-que-la-biodiversite.html</footnote>
ou nocturnes, migratrices ou sédentaires. Ces réponses ont nécessité la mise en place de stratégies adaptatives afin de capter au mieux l'information lumineuse (cellules et organes de la photoréception) et fournir les réponses appropriées (recherche de nourriture ou du partenaire sexuel, évitement du prédateur...). Par ailleurs, l'alternance de phases lumineuses avec des phases obscures (cycle LD défini plus haut) permet la réparation de structures moléculaires et cellulaires impactées par les processus oxydatifs générés par la stimulation lumineuse (Gaston et al., 2013). Enfin, cette même alternance régulière permet l'orientation temporelle. Ainsi, la quasi-totalité des espèces vivantes a mis en place, des horloges internes, dites horloges biologiques, qui permettent d'anticiper les variations journalières et annuelles de l'éclairage quotidien (Cassonne, 2014; Falcón et al., 2007, 2010). Ce processus s'est mis en place au cours de centaines de milliers d'années d'évolution. Il est important de noter que les variations naturelles de luminosité nocturne induites par la lune et la couverture nuageuse affectent les orientations spatiales et, à un degré moindre, temporelle, des espèces (Gaston et al., 2013; Foster et al., 2018).

Dans ce contexte, on peut aisément supposer que toute modification de l'éclairage naturel en intensité, qualité, durée et alternance, est susceptible d'avoir des répercussions directes et indirectes sur les organismes, qu'il s'agisse de LED ou de toute autre source lumineuse. Les effets directs concernent les cellules et organes photorécepteurs spécialisés dans la capture et l'intégration du signal physique. Il s'agit des chloroplastes pour les plantes et des photorécepteurs rhabdomériques et ciliaires pour les animaux, localisés chez les pluricellulaires dans des organes spécialisés (yeux, pinéale, ocelles, cerveau, peau...). Les effets indirects concernent les tissus et organes assurant le transfert et/ou l'intégration des informations lumineuses reçues ainsi que les fonctions et comportements sous-jacents.

Ci-dessous sont passées en revue :

* les molécules, organelles, cellules et organes de la photodétection et de la vision chez les plantes et les animaux ;

* l'organisation des horloges biologiques et du système circadien et leur rôle dans les régulations métaboliques, physiologiques et comportementales ;

* les réponses des organismes à la lumière et à l'alternance LD : photosynthèse, répartition et migration, orientation spatiale et temporelle. Suivra une revue sur l'impact direct de l'éclairage artificiel, et en particulier celui des LED, sur ces différents compartiments d'organisation et les conséquences sur la biodiversité.

Ces questions n'ont pas été abordées dans le rapport publiée par l'Anses en octobre 2010 (Anses, 2010).

## 7.2 Modalités de la capture du signal lumineux chez les êtres vivants

Les fonctions essentielles du vivant, le phototropisme pour les animaux, la phototaxie pour les plantes et enfin les activités rythmiques liées aux horloges biologiques pour les deux, nécessitent la capture de l'information lumineuse. Ainsi, les êtres vivants ont mis en place à l'échelle moléculaire, cellulaire et tissulaire, des systèmes et mécanismes de capture de l'information lumineuse. Une variété de types cellulaires et d'organes photorécepteurs se rencontrent dans le règne vivant.

Du simple « organelle » photorécepteur à la structure la plus complexe telle que le chloroplaste des végétaux, l'œil à caméra des vertébrés, des insectes ou des céphalopodes, toutes les possibilités se rencontrent dans le règne vivant.

Chez les unicellulaires, l'organelle photorécepteur peut correspondre à un simple spot (cyanobactéries, euglène) jusqu'à la plus élaborée des structures ressemblant à un œil humain (dinoflagellés), mais avec tous les éléments assemblés dans une seule cellule ;
celle-ci contient un pigment, une surface en forme de cornée, une lentille et une structure lamellaire (Gehring, 2005 ; Gehring, 2011; Gehring, 2014). Ces organelles pourraient correspondre à des chloroplastes ayant perdu toute activité de photosynthèse (transmission horizontale) (Gehring, 2012).

La perception lumineuse remonte aux origines de la vie et a été reconnue chez les cyanobactéries ancestrales. Les cyanobactéries sont les premiers représentants connus de la vie sur terre (Gehring, 2012) ; elles sont apparues il y a environ 3,8 milliards d'années (Figure 108). Les représentants actuels (cyanophycées) sont comme leurs ancêtres capables de capter l'information lumineuse et d'assurer la photosynthèse. Elles peuvent donc fixer le dioxyde de carbone [CO₂] et libérer l'oxygène [O₂], mais elles ne possèdent pas de chloroplaste. Elles se présentent sous forme d'unités cellulaires simples ou associées en filaments. Phototaxie et synchronisation photopériodique des horloges circadiennes ont été mises en évidence chez les cyanobactéries (Gehring, 2012). C'est le cas de la cyanobactérie terrestre *Leptolyngbya* sp., qui montre 2 maxima d'absorption, aux longueurs d'onde 456 nm et 504 nm.

En bref : les populations de cyanobactéries sont croissantes en France et dans le monde, favorisées par des déséquilibres trophiques et/ou écologiques (dont l'eutrophisation des eaux), et posent des problèmes majeurs liés aux obstructions (baies, rivières, conduites) et à laproductions de toxines dangereuses voire mortelles (Svrcek et al., 2004).

<figure><img src="image_144.png" /><figcaption>Figure 108 : arbre du vivant : bactéries (bleu), archées (rouge), eucaryotes (marron)
(Woese et al., 1990)</figcaption></figure>

## 7.2.1 Le chloroplaste des végétaux

L'ingestion de cyanobactéries par des cellules eucaryotes primitives, il y a 1,5 à 1,6 milliard d'années, a conduit à la formation des chloroplastes (cf. Figure 109) que l'on rencontre dans le cytoplasme des cellules eucaryotes photosynthétiques. Chez l'algue unicellulaire *Chlamydomonas*, il y a un chloroplaste par cellule. Chez les végétaux pluricellulaires, il y en a plusieurs dizaines par cellule et c'est dans les feuilles qu'on en observe le plus. Le chloroplaste assure la photosynthèse : il absorbe l'énergie lumineuse pour fixer le carbone inorganique (CO₂) et produit du glucose et de l'oxygène (les algues et le phytoplancton marin sont les plus gros producteurs suivis par les forêts).
<figure><img src="image_145.png" /><figcaption>Figure 109 : structure du chloroplaste</figcaption></figure>

## 7.2.2 Les cellules et organes photorécepteurs chez les animaux

Deux grands types de photorécepteurs se rencontrent chez les animaux : les rhabdomériques et les ciliaires. Ils montrent une organisation générale conservée dans les grandes lignes (cf. Figure 110) : ces cellules présentent une organisation segmentaire marquée avec corps cellulaire flanqué d'un pole apical formé de replis de la membrane plasmique et un pole basal neurotransmetteur. Les différences majeures concernent en particulier l'organisation des membranes du pole apical qui assurent la phototransduction, c'est-à-dire la capture de l'information lumineuse et sa transformation en un message chimique et électrique intracellulaire (Falcón, 1999). Les photorécepteurs rhabdomériques se rencontrent principalement chez les invertébrés, et les ciliaires principalement chez les vertébrés; cependant la coexistence n'est pas rare (en particulizer chez l'amphioxus, un ancêtre de tous les vertébrés).

Parallèlement à l'évolution des cellules photoréceptrices, s'est opérée une évolution des organes photorécepteurs. Il semble que les yeux et autres structures photoréceptrices aient une origine monophylétique à partir d'un prototype monocellulaire de départ (Gehring, 2012 ; Fain et al., 2010 ; Gavelis et al., 2015 ; Lamb, 2013). Des mécanismes d'évolution divergente, parallèle et convergente ont conduit aux types oculaires des plus complexes (cf. Figure 111). C'est ainsi que l'on trouve, par exemple, des yeux de type « caméra » (structure fermée possédant une lentille qui concentre les rayons lumineux sur la rétine) aussi bien chez les méduses et les céphalopodes (photorécepteurs rhabdomériques) que chez les vertébrés (photorécepteurs ciliaires). La rétine des premiers vertébrés (myxines) est composée principalement de cellules photoréceptrices associées à des cellules ganglionnaires. Les premières sont de type ciliaire et les secondes dérivent de photorécepteurs rhabdomériques (Lamb, 2013 ; Lamb et al., 2007 ; Autrum et al. 2012). Des poissons aux mammifères, la complexification de la rétine du vertébré a conduit à l'apparition des cellules bipolaires, horizontales et amacrines. Les données les plus récentes indiquent que les bipolaires sont dérivées de photorécepteurs de type ciliaire, alors que les autres sont dérivés de cellules rhabdomériques (Figure 111).

### 7.2.2.1 Oeil composé et œil caméra

Les mécanismes de l'évolution divergente et convergente ont conduit à la spécialisation d'une multiplicité de structures photosensibles. Une dizaine a été identifiée (Shubin et al., 2009), de l'assemblage de quelques cellules photosensibles, permettant le phototactisme, aux yeux de type « composés » ou « caméra », lesquels permettent des fonctions visuelles plus sophistiquées.

Chez les petits invertébrés, ou encore les larves d'insectes et de vers, plusieurs cellules photoréceptrices sont présentes, isolées ou en association, sur toute la surface du corps, protégées sur un côté par une cellule pigmentée. En général, ce sont de simples dosimètres
de la lumière environnante qui permettent les comportements de fuite ou de rapprochement. Chez les vers tubulaires, ces groupements de cellules forment des « puits » (*pit eyes*) ; dans ce petit creux les cellules sont différemment orientées, permettant ainsi une détection spatiale de la lumière (cf. Figure 110 A).

À partir de ces *pit eyes*, sont apparus les yeux sphériques avec pupille, mais sans cristallin, tels les yeux en miroir concave bordant le manteau des bivalves (palourdes, noix de St Jacques) et qui permettent la détection de variations d'intensité lumineuse (cf. Figure 110 B).

<figure><img src="image_146.png" /><figcaption>**Figure 110 : les différents types de photorécepteurs dans le règne animal**</figcaption></figure>

a : Photorécepteur rhabdomériques et ciliaire sont distincts mais présentent une organisation similaire.

b : Évolution des photorécepteurs ciliaires chez les vertébrés des prochordés (ascidie) aux agnates (myxine, lamproies) et au gnathostomes (poissons, batraciens, sauropsidés, mammifères). Dans la rétine des gnathostomes apparaissent les bâtonnets. Dans la pinéale de tous les vertébrés, les photorécepteurs sont de type cône. D'après (Lamb, 2013 ; Lamb et al., 2007).
L'évolution a conduit à une variété et complexité des types oculaires (d, e) à partir d'un œil prototypique (c) composé de deux cellules, un photorécepteur et une cellule pigmentaire. Les cellules photoréceptrices sont issues de la division d'une cellule photosensible (a) ayant donné les photorécepteurs rhabdomériques (en rouge) et ciliaires (en bleu) (b). Les premières se rencontrent principalement chez les invertébrés et les secondes principalement chez les vertébrés. Dessin et détails voir (Shubin et al., 2009).

<figure><img src="image_147.png" /><figcaption>Figure 111 : évolution et types d'yeux chez les êtres vivants</figcaption></figure>

Les yeux caméra (cf. Figure 111 c), plus élaborés, se rencontrent chez tous les vertébrés, les mollusques (seiche, pieuvre), les méduses, quelques annélides, des arthropodes (dont les araignées), des larves d'insectes et de copépodes. L'origine embryonnaire des différentes composantes n'est pas la même selon l'animal concerné.

Enfin, les yeux composés (cf. Figure 112 c,d) constituent le modèle le plus largement répandu, caractéristique des insectes (75 % des espèces animales existantes), de la plupart des crustacés, les myriapodes, quelques bivalves et polychètes. Les yeux composés sont formés d'unités identiques appelées ommatidies. Chacune est formée d'une cornée et d'un cristallin conique qui focalise la lumière vers les photorécepteurs rhabdomériques. Chez la majorité des individus diurnes, chaque ommatidie est isolée des voisines par une couche pigmentaire (cf. Figure 112 d) ; la communication entre ommatidies est impossible. Chez les animaux nocturnes, l'absence de pigment permet la diffusion de la lumière d'une ommatidie à ses voisines proches, ce qui permet de gagner en sensibilité (cf. Figure 112 e).
<figure><img src="image_148.png" /><figcaption>Figure 112 différents types d'yeux chez les invertébrés</figcaption></figure>

a : œil « en puits » ; la lumière passe par un puits et atteint les photorécepteurs situés en fond. b : Œil en « miroir concave » ; la lumière traverse une pupille large, puis les photorécepteurs et va enfin se réfléchir sur une sorte de miroir concave hémisphérique et atteint de nouveau les photorécepteurs. c : œil caméra (vertébrés, céphalopodes, mollusques, arachnides) ; la lumière est focalisée par un cristallin sphérique (céphalopodes, poissons) ou concave (mammifères) avant d'atteindre les photorécepteurs ; l'accommodation dépend de la forme du cristallin. d : Dans l'œil composé des insectes diurnes et crustacés, la lumière atteint chaque ommatidie individuellement via la sa cornée (lentille). e : Chez les insectes nocturnes et les invertébrés des eaux profondes, chaque ommatidie reçoit une lumière concentrée à partir de plusieurs unités de lentilles qui forment la cornée, concentrant ainsi la lumière. D'après (Warrant, 2010)

Si l'œil avec sa rétine est l'organe de la vision par excellence, il n'est pas la seule structure photosensible chez les vertébrés comme chez les invertébrés.

### 7.2.2.2 Photosensibilité extra rétinienne chez les vertébrés

Les vertébrés aquatiques, les batraciens et les lézards possèdent un complexe pinéal formé par les organes pinéal d'une part et parapinéal ou pariétal (selon les espèces) d'autre part (Collin et al., 1988 ; Falcón, 1999) (cf. Figure 113). Ils constituent des récepteurs directs de la lumière à la surface du crâne ou juste en dessous. Il s'agit de tissus rétiniens simplifiés, contenant uniquement des photorécepteurs de type cône connectés à des cellules ganglionnaires. Ces dernières envoient leurs axones (c'est à dire l'information perçue par les photorécepteurs) vers divers centres nerveux, dont beaucoup reçoivent également des projections rétiniennes (il y a donc souvent convergence d'information) (Falcón, 1999). La différence principale entre rétine et complexe pinéal réside dans le fait que seule la rétine permet la vision des formes et des couleurs ; le complexe pinéal est uniquement un dosimètre de la lumière environnante, d'une très grande sensibilité. De plus, les photorécepteurs de l'organe pinéal produisent de nuit la mélatonine, « une hormone donneuse de temps ». L'évolution a conduit, chez les mammifères et les serpents, à la perte de l'organe parapinéal ou pariétal et à celle de la photosensibilité directe. Les cellules de la pinéale, ou pinéalocytes, reçoivent l'information lumineuse via la rétine et une voie nerveuse complexe ; ils ne produisent plus de message nerveux (Collin et al., 1988 ; Falcón, 1999 ; Klein et al., 1996). Seul persiste le message hormonal nocturne. Les oiseaux présentent une situation intermédiaire.

Outre ces organes photorécepteurs organisés, des photorécepteurs intra-cérébraux, dont l'existence avait été supposée dès le milieu du siècle dernier, ont été mis en évidence chez les poissons, les lézards et les oiseaux. Leur rôle reste énigmatique, certains pourraient contribuer au contrôle annuel de la reproduction comme l'ont montré des travaux déjà anciens (Benoit et al., 1954).

<figure><img src="image_149.png" /></figure>
<figure><img src="image_150.png" /><figcaption>Figure 113 : organe pinéal des vertébrés</figcaption></figure>

Chez les ectothermes il est localisé en surface du cerveau (a ; flèche bleue) et sous le crâne (a, b),
lequel est moins épais (b) avec une peau dépigmentée en surface (c).

Enfin, les vertébrés aquatiques, les batraciens et les lézards possèdent des cellules photosensibles en surface de la peau. Ces cellules participent au contrôle de la migration chez la lamproie (Friedrich, 2006), à l'agrégation et à la dispersion des pigments des dermatophores chez le poisson et le Xénope (Warrant et al., 2010 ; Berry et al, 2011), ou à la propension à lézarder des reptiles (Buschbeck et al., 2008).

### 7.2.2.3 Photosensibilité extra rétinienne chez les invertébrés

Outre les yeux composés, les arthropodes possèdent des organes photorécepteurs extra-rétiniens, les ocelles, qui peuvent avoir des formes et localisations variées (cf. Figure 114). Œil composé et ocelle ont une origine ancestrale commune (Friedrich, 2006).

<figure><img src="image_151.png" /></figure>
c

<figure><img src="image_152.png" /></figure>

d

<figure><img src="image_153.png" /></figure>

<figure><img src="image_154.png" /><figcaption>Figure 114 : la vision extra-oculaire des insectes.</figcaption></figure>

La majorité des arthropodes possède des ocelles placés au-dessus de la tête formant souvent un triangle. a, Megalopta genalis ; b, Ichneumon cryptine ; c, Mantis religiosa ; d, Locusta migratoria ; e, la drosophile possède, outre les yeux et les ocelles, 2 organes de Bolwig également photodétecteurs.

(Warrant et al., 2006; Berry et al., 2011; Buschbeck et al., 2008)

En bref : le règne du vivant montre une variété de systèmes de capture de l'information lumineuse :

* chez les végétaux cela va de l'organelle au chloroplaste.

* chez les animaux ce sont les yeux caméras ou composés, pour la vision des formes et des couleurs, et des organes photo-détecteurs « dosimètres de la lumière environnante » pour le phototactisme, le phototropisme et la synchronisation des horloges biologiques. Les objectifs sont multiples.

## 7.3 Photopigments & perception visuelle

### 7.3.1 Les phytochromes

Les photopigments des plantes, champignons, bactéries, cyanobactéries, algues unicellulaires et diatomées, sont les phytochromes. Ces protéines sont associées de façon covalente à un chromophore, la biline, dont il existe trois types. La photoisomérisation des bilines induit une activité kinase (phosphorylation de protéines). La sensibilité maximale se situe dans le rouge (Huche-Thelier et al., 2016). Une propriété particulière des phytochromes consiste en leur double sensibilité, rouge (R ; $580 < \lambda_{max} < 660$) et infrarouge (IR ; $690 < \lambda_{max} < 720$) selon la lumière environnante. Ainsi, la lumière active le passage de la forme R à IR et l'obscurité fait l'inverse, de sorte que la plante nécessite une phase d'obscurité pour régénérer la forme R (Demotes-Mainard et al., 2016). Cette propriété est utilisée pour la synchronisation des cycles physiologiques de la plante sur les périodicités naturelles (e.g., floraison).

Les champignons possèdent plusieurs chromophores : la biliversine, des flavines et le rétinal (Glukhova et al., 2014) (cf. Figure 116).

### 7.3.1 Les phototropines

Chez les plantes, on rencontre les phototropines, des protéines sérine/thréonine kinases sensibles aux UV-A et dont le chromophore est la flavine mono nucléotide (FMN) (cf. Figure 115). Elles interviennent dans le phototropisme et le positionnement des feuilles, l'accumulation des chloroplastes et l'ouverture des stomates (responsables des échanges gazeux entre la plante et son milieux (Huche-Thelier et al., 2016)).

### 7.3.2 Zeitlupe (ZTL), Flavin-binding Kelch (FKF1) et LOV Kelch (LKP2/FKL1)

Ces protéines forment une famille spécifique aux plantes associées également à la FMN.
Elles sont sensibles aux UV-A et au bleu (cf. Figure 115).

### 7.3.3 Les cryptochromes

Les cryptochromes (Cry) se rencontrent dans tout le règne vivant, ils appartiennent à la famille des photolyases. Les photolyases et DASH-Cry sont impliqués dans la réparation de l'ADN, laquelle opère entre 350 et 530 nm (cf. Figure 116a,b).

Les cryptochromes de type Cry1 & Cry2 ont perdu la propriété de réparer l'ADN. Chez les plantes, ils sont photosensibles aux UV-A ($\lambda_{max}$ 370 nm) et dans le bleu ($\lambda_{max}$ 450 nm) (Huche-Thelier et al., 2016) (cf. Figure 115). Ils se lient au chromophore flavin adenine dinucleotide (FAD) et leur photoactivation résulte en un transfert d'électrons et la réduction du FAD (cf. Figure 116b).

Chez les animaux, ils sont une composante de l'horloge moléculaire circadienne, ils ne sont plus photosensibles chez les vertébrés (cf. Figure 117).

Les cryptochromes sont également impliqués dans les mécanismes d'orientation (insectes) et la magnétoréception (plantes, insectes, oiseaux) (Gehring, 2012 ; Chaves et al. 2011). Par exemple, des champs magnétiques élevés réduisent la croissance des plantes en lumière bleue mais pas en lumière rouge. Chez les Drosophiles (D. melanogaster) et les blattes (P. americana) déficientes en cry (cry⁻¹) l'orientation en fonction du champ magnétique est perdue ; elle est restaurée chez les animaux transgéniques exprimant le gène humain (cry2⁺/⁺), (Bazalova et al., 2016). Chez les oiseaux migrateurs, en particulier les migrateurs nocturnes, l'implication des gènes Cry de la rétine dans l'orientation en fonction du champ magnétique a été démontrée ; de plus, en lumière de très faible intensité, l'orientation n'est correcte que pour des expositions à des lumières de longueur d'onde < 530 nm (Mouritsen et al. 2004 ; Solov'yov et al., 2010 ; Niessner et al., 2011 ; Fusani et al., 2014).

En bref : les gènes de la famille Cry ont des fonctions multiples dans le règne vivant :

* capture de la lumière (sauf les vertébrés) dans les longueurs d'ondes du spectre UV et bleu ;

* entrainement (plantes & invertébrés) et fonctionnement des horloges circadiennes ;

* orientation en fonction du champ magnétique.

<figure><img src="image_155.png" /><figcaption>Figure 115 : sensibilité spectrale des plantes.</figcaption></figure>

PHY, phytochromes ; PHOT, phototropines ; CRY, cryptochromes ; ZTL, Zeitlupe ; FKF1, Flavin-binding Kelch ; LKP2, LOV Kelch ; UVR8 : protéine activée dans les UV-B. Source : (Huche-Thelier et al., 2016)
<figure><img src="image_156.png" /><figcaption>**Figure 116 : la famille des cryptochromes et photolyases.**</figcaption></figure>

a : arbre phylogénétique, b : différents états du FAD et spectres d'absorptions

Source : (Liu et al., 2010) et (Du et al., 2014)

<figure><img src="image_157.png" /><figcaption>**Figure 117 : représentation simplifiée de trois types d'oscillateurs moléculaires**</figcaption></figure>

En fonction de la nature des cryptochromes impliqués. Lignes rouges : inhibition ; flèches pointillées noires : dégradation de timeless (T) induite par la lumière par interaction avec cry. C, cryptochrome ;
P, période ; Cl, clock ; Bmal1 ; Cyp, cycle, selon (Chaves, 2011)

### 7.3.4 Les opsines

Les opsines (protéines capable de réagir à l'énergie lumineuse) sont membres de la superfamille des récepteurs à 7 domaines transmembranaires associés au chromophore rétinal (cf. Figure 118). Ceci les distingue fondamentalement des autres molécules mentionnées plus haut qui sont cytosoliques. L'isomérisation du rétinal de la forme 11-cis à all-trans (vertébrés) ou all-trans à 13-cis (bactério-rhodopsine) à l'illumination déclenche la réponse cellulaire à la lumière (Shichida et al., 2009). Il existe deux grandes catégories d'opsines. Les opsines animales (opsines de type II) sont uniques aux animaux et apparemment sans rapport avec les opsines des bactéries et des algues (opsines type I). Les rhodopsines microbiennes forment un groupe hétérogène (Shichida et al., 2009) qui comprend (1) les pompes ioniques activées par la lumière des archées, (2) les rhodopsines sensorielles et les halorhodopsines des bactéries, champignons, cyanobactéries et dinoflagellés, et (3) les rhodopsines canal des algues vertes. Les opsines ont évolué à partir d'une molécule ancestrale commune il y a environ 700 millions d'années. Elles montrent une grande diversité aussi bien dans leur structure que dans les tissus où elles sont exprimées ou encore dans les fonctions qu'elles assurent, dont beaucoup restent à élucider (Porter et al., 2012). On distingue quatre grands types d'opsines, les « C-opsines », les opsines « Cnidops », les « R-opsines », et les « Opsines du groupe 4 » (Gr4). Dans chaque groupe il y a des opsines impliquées dans la capture de la lumière et d'autres dont les fonctions ne sont pas encore connues. Ces opsines se rencontrent dans des types cellulaires variés, dont les cellules photoréceptrices rabdomériques et ciliées. On note que de la première duplication de l'opsine ancestrale serait apparue la lignée des récepteurs de la mélatonine (Feuda, et al., 2012).

#### 7.3.4.1 Les rhodopsines de type I ou rhodopsines microbiennes

Elles montrent une grande diversité et hétérogénéité (cf. Figure 118). Les rhodopsines de type I sont généralement des pompes à protons ou à chlore (Cl⁻) avec des maxima d'absorption dans le vert (560 < λ < 590 nm) sauf chez certaines bactéries des profondeurs où l'absorption se situe dans le bleu (λmax : 490 nm).

#### 7.3.4.2 Les rhodopsines de type II ou rhodopsines animales

Il y a deux grandes catégories de rhodopsines de type II couplées à différentes cascades intracellulaires (cf. Figure 118 et Figure 119). L'une se rencontre dans les photorécepteurs ciliés (C-opsine, majoritaires chez les vertébrés), l'autre les photorécepteurs rabdomériques (R-opsine, majoritaires chez les invertébrés) (Gehring, 2012; Arendt, 2003) (voir ci-dessous). On distingue 4 principaux types de couplages des opsines selon le type concerné et le tissu ou la cellule qui les exprime (Shichida et al., 2009; Oakley et al., 2015) (cf. Figure 119). Pour les C-opsines il s'agit principalement de la transducine (Gt) pour les vertébrés, la Go pour les pectens et la Gs pour les méduses, toutes associées au métabolisme des nucléotides cycliques. Pour les R-opsines il s'agit de la Gq des photorécepteurs d'insectes et céphalopodes, ainsi que les cellules à mélanopsine de la rétine ; elles sont couplées à la cascade des phosphoinositides.

On note que ces différentes opsines s'expriment en outre dans plusieurs régions du cerveau des vertébrés (Hang et al., 2016), y compris pour la mélanopsine chez l'Homme (Nissila et al., 2012). Une photosensibilité directe cérébrale, soupçonnée très tôt par Von Frisch (Von Frisch, 1911) pour les poissons et Benoit (Benoit, 1935) pour les oiseaux, a maintenant été clairement établie chez les poissons, batraciens et oiseaux (Hang et al. 2016; Hang et al. 2014; Nakane et al. 2010; Nakane et al., 2013; Fernandes et al., 2013; Curie et al., 2016). Cette photoréception extra-rétinienne et extra-pinéale est impliquée dans de nombreuses fonctions dont le développement précoce, l'activité locomotrice ou le contrôle annuel du cycle de reproduction. La question de la fonctionnalité reste posée pour l'Homme.
Enfin, certaines cellules de la peau (dermatophores) des vertébrés et des invertébrés expriment également des photopigments (Baker et al., 2015 ; Binder et al., 2008 ; Chen et al., 2014 ; Pankey et al., 2010 ; Tosini et al. 1996). Ces dermatophores participent au contrôle de l'agrégation pigmentaire (poissons, batraciens), de la phototaxie positive (lézard) ou négative (gastéropodes), ou encore du cycle de migration (Lamproie).

Outre son implication dans la perception de la lumière, la rhodopsine est également impliquée dans la perception thermique *via* la voie de la phospholipase C et des canaux TRP (*transient receptor potential*) chez la drosophile et le spermatozoïde humain, (Perez-Cerezales et al., 2015 ; Shen et al., 2011).

<figure><img src="image_158.png" /><figcaption>Figure 118 : évolution des opsines</figcaption></figure>

1, C-opsines. Groupe 1.1 dont Rh1, Rh2, SWS1, SWS2, M/LWS, pinopsines, parapinopsines, les opsines vertebrate ancient et parietal ; groupe 1.2 : opsines de téléostéens multi-tissus (TMTs),
encephalopsines et opsines non caractérisées d'amphioxus et d'oursin ; groupe 1.3 : pteropsine de l'abeille ; groupe 1.4 : opsines non caractérisées de Platynereis d'oursin. 2, Cnidops : rhodopsine de cténophore et cnidaires (hydrozoaires, anthozoaires, cubozoaires). 3, R-type opsins : groupe 3.1 : pigment visuel des arthropodes (M/LWS, SWS) ; groupe 3.2 : pigment visuel des annelides, platyhelminthes and mollusques ; groupe 3.3 : mélanopsine 1 & 2 ; groupe 3.4 : opsines non caractérisées de tuniqués, amphioxus & mollusques. 4, Group 4 Opsins. Inclue des neuropsines et opsines d'amphioxus, oursin, pecten et mollusques (Porter et al., 2012).

<figure><img src="image_159.png" /><figcaption>Figure 119 : évolution des opsines et de la phototransduction et mécanismes de transduction associés</figcaption></figure>

En grisé, phylogénie des espèces ; vert, C-opsines ; rouge, R-opsines ; bleue, opsine de type 4.

À droite est résumé le type de phototransduction (sous unité G□ impliquée, enzyme intermédiaire, mécanisme cellulaire et/ou canal ionique). Les couleurs dans les cases marquent le type de sous unité □ : vert, Gᵢ/o; orange, Gq; bleue, Gs. Les lettres o, t, g, i, s, q, et c se réfèrent aux différentes sous unités α de la protéine impliquée (t : transducine, ...).

Autres abréviation : ac, adenylyl cyclase augmentée; AC, adenylyl cyclase diminuée; C, canal activable par les nucléotides cycliques (CNG) ; ca, AMP cyclique diminué; cA, AMP cyclique augmenté; cG, GMP cyclique; Ck, canal potassium; GC, guanylyl cyclase; P, phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate; pd, phosphodiesterase (PDE) du GMP cyclique; PD, PDE qui augmente le GMP cyclique; PL, phospholipase C.

RGR, « retinal G protein receptor »; RRH, homologue de la rhodopsine dans l'épithélium pigmentaire; T, transient receptor potential; TMT, opsines de téléostéens multi-tissus; VA, Vertebrate ancient.

(Oakley et al., 2015).
#### 7.3.4.3 La vision des couleurs

Les vertébrés ont deux types de photorécepteurs : les bâtonnets et les cônes. Seuls les derniers permettent la vision des couleurs. Le spectre d'absorption des bâtonnets est centré autour de $\lambda_{max}$ 500 nm. La détection des couleurs nécessite au moins 2 récepteurs de $\lambda_{max}$ différentes (vision dichromatique). L'Homme a une vision trichromatique avec 3 types de cônes et des $\lambda_{max}$ de, respectivement 420, 535 et 565 nm. Les autres vertébrés et les invertébrés ont souvent une perception beaucoup plus étendue encore, montrant jusqu'à 5 maxima d'absorption pour les premiers et plus encore pour les seconds, couvrant le spectre de l'ultraviolet à l'infrarouge (cf. Figure 120 et Figure 121 : vision chromatique chez les invertébrés).
a

<figure><img src="image_160.png" /></figure>

b

<figure><img src="image_161.png" /></figure>

<figure><img src="image_162.png" /></figure>

<figure><img src="image_163.png" /></figure>

<figure><img src="image_164.png" /></figure>

<figure><img src="image_165.png" /></figure>

<figure><img src="image_166.png" /></figure>

<figure><img src="image_167.png" /></figure>

<figure><img src="image_168.png" /></figure>

<figure><img src="image_169.png" /><figcaption>Figure 120 : vision chromatique chez les vertébrés</figcaption></figure>

a : Spectres d'absorptions chez l'homme H. sapiens, la souris M. musculus, le poulet, la salamandre et le poisson rouge ; selon (Imamoto et Shichida, 2010).

b : Pénétration de la lumière dans l'eau (Agency AsOC, 2017).

<caption>Figure 121 : vision chromatique chez les invertébrés</caption>

a : Delephila, Grand Sphynx de la vigne ; **b** : Hemicordelia, libellule ; **c** : Papilio, papillon ; **d** : Torrea, annélide ; **e** : Cupiennus, araignée ; **f** : stomatide, mante de mer ; **g** : Watasenia, calamar ; **h** : Tridacna, mollusque bivalve. Voir (Warrant, 2010) pour les détails.
On observe généralement une adaptation à l'environnement de l'espèce. Ainsi, la lumière est filtrée par l'eau qui ne laisse passer que certaines longueurs d'onde en profondeur (cf. Figure 120). À 250 m seules les longueurs d'onde comprises entre 470 et 480 nm sont perceptibles, et les espèces vivant dans les profondeurs des océans perçoivent les seuls rayonnements que laisse passer l'eau, tel le cœlacanthe ($\lambda_{max}$ 480 nm). Au-delà de 1 000 m, plus aucune lumière d'origine solaire ne passe.

À noter que longueur d'onde et couleur ne sont pas la même chose, une couleur pouvant être perçue par l'association de 2 longueurs d'ondes d'intensité donnée. Par exemple, si 580 nm est le $\lambda_{max}$ du jaune, celui-ci peut être obtenu par un mélange approprié de vert ($\lambda_{max}$ 540 nm) et de rouge ($\lambda_{max}$ 620 nm).

En bref :

* la détection de la lumière par les végétaux est basée sur une large gamme de molécules permettant de couvrir le spectre allant des UV-B à l'infrarouge.

* chez les animaux, elle est basée sur les molécules de type cryptochrome et/ou opsine.

* la photoréception non-visuelle peut utiliser soit des cryptochromes, soit des opsines, alors que dans la vision seules les opsines sont impliquées.

* chez les vertébrés et invertébrés, les opsines se rencontrent dans les organes spécialisés et aussi dans certaines cellules du cerveau et de la peau où la photoréception est avérée, mais son rôle encore mal connu.

## 7.4 Horloges biologiques

### 7.4.1 Horloges et système circadien

Les horloges circadiennes sont au cœur du système circadien des êtres vivants unicellulaires (cyanobactéries, micro-algues vertes), des plantes, des champignons et des animaux (cf. Figure 122 et section 3.3). Elles fonctionnent de façon autonome et rythmique avec une période de 24 ± 4 h. L'alternance lumière/obscurité (LD) du cycle de 24 h est le principal signal d'entrée du système qui permet leur synchronisation et leur entraînement sur une période d'exactement 24 h. D'autres signaux, telle la prise alimentaire où des facteurs sociaux, sont susceptibles de contribuer à cette synchronisation chez les animaux. En retour, les horloges produisent un nombre limité de messages rythmiques, ce sont les signaux de sortie du système circadien qui gouvernent à leur tour une cascade de régulations métaboliques, physiologiques et comportementales (Falcón et al., 2007,; 2010 ; Reiter, 1991 ; Bloch et al., 2013) permettant aux organismes de synchroniser leurs activités sur les périodicités naturelles (cf. Figure 123).

Les horloges circadiennes sont apparues tôt dans l'évolution, on suppose au service d'une fonction adaptative, la réplication de l'ADN. En la dirigeant plutôt la nuit, les dommages infligés par les rayonnements UV le jour sont minimisés (Pegoraro et Tauber, 2011). En mettant en place un système rythmique endogène, l'organisme concerné est passé du statut de simple récepteur passif à celui de prédictif. Ainsi, l'horloge a conféré un avantage adaptatif essentiel en mettant en place des processus d'anticipation des changements prédictibles.
<figure><img src="image_170.png" /><figcaption>**Figure 122 : organisation du système circadien**</figcaption></figure>

Il peut être comparé à celui d'une montre ou d'une pendule où les horloges biologiques constituent la mécanique centrale qui reçoit les informations du milieu extérieur via les organes sensoriels. Ces derniers constituent le remontoir du système ; il permet de synchroniser l'activité cyclique de la mécanique sur les alternances naturelles (lumière, température, ...). Les aiguilles de la montre sont des signaux nerveux et/ou hormonaux qui donnent l'heure à l'ensemble de l'organisme par un enchainement en cascade ; l'ensemble fonctionne en harmonie (J.Falcón).

<figure><img src="image_171.png" /></figure>

Une voie nerveuse complexe conduit le signal lumineux de la rétine vers les noyaux suprachiasmatiques (NSC). Le signal est relayé par les noyaux paraventriculaires (PVN) de l'hypothalamaus, puis vers les cellules intermédiolaterales de la colonne vertébrale (IML) et de là vers les ganglions cervicaux supérieurs (SCG) et la glande pinéale. D'autres voies de sorties du NSC sont indiquées chez Dibner et al. (Dibner et al., 2010). Voir aussi 3.3.1 plus haut.

<caption>**Figure 123 : le système circadien des mammifères et la sécrétion de mélatonine**</caption>

Par leur rôle prédictifs, les horloges permettent de bien se préparer aux changements réguliers de l'environnement. Leur synchronisation par les alternances naturelles permet, par exemple, la préparation à la reproduction, de sorte que les naissances ont lieu au bon moment de l'année quand la nourriture est abondante, ou encore la migration des espèces à la recherche d'un environnement plus propice, ou encore la croissance et la floraison des plantes.

### 7.4.2 L'organisation du système circadien

Pratiquement toutes les cellules vivantes possèdent une horloge interne. Certaines constituent un système circadien à part entière, d'autres possèdent uniquement le signal d'entrée ou celui de sortie. Chez les êtres unicellulaires, signal d'entrée et horloge sont automatiquement présents. Chez les plantes (Arabidopsis), les horloges se rencontrent dans différentes parties de la feuille ou des racines (Endo, 2016). Chez les animaux (drosophile,
poisson, mammifère), elles se rencontrent dans différentes structures centrales et périphériques (Falcón et al., 2007 ; Dibner et al. 2010 ; Vatine et al., 2011 ; Ito et al., 2016). Ces horloges multiples sont organisées en réseau hiérarchisé. L'ordre hiérarchique varie selon la classe considérée et l'espèce.

Chez les vertébrés non mammaliens, l'organe pinéal, la rétine, certaines régions du cerveau, de même que des tissus périphériques contiennent une horloge circadienne (Underwood, 1989 ; Whitmore et al., 1998). Dans ces tissus, les cellules photoréceptrices constituent des systèmes circadiens à part entière (Falcón, 1999 ; Falcón et al., 2007). Chez les mammifères, le système est linéaire, l'horloge des noyaux suprachiasmatiques (NSC) de l'hypothalamus occupe la place centrale (cf. Figure 123). Le NSC reçoit les informations de la rétine, qui transmet un signal rythmique vers les noyaux paraventriculaires (PVN) ; ces derniers contrôlent ainsi l'activité rythmique d'un certain nombre de structures cibles dont la glande pinéale et la production nocturne de mélatonine (Dibner et al., 2010). Que l'organisation soit linéaire ou en réseau, la mélatonine produite par l'organe pinéal semble jouer un rôle majeur dans la synchronisation de l'ensemble chez les vertébrés (Falcón et al., 2007 ; Underwood, 1989).

### 7.4.3 Les mécanismes de l'horloge circadienne

Chez un certain nombre d'espèces représentatives, les mécanismes des horloges circadiennes ont été élucidés, de même que ceux de leur entrainement et synchronisation, par les alternances lumière/obscurité du cycle de 24 h moléculaires (cf. Figure 117). Ils sont basés sur un système de contrôle en boucle. Les acteurs sont en général peu nombreux. Cependant, ils sont différents chez les unicellulaires, champignons, végétaux et animaux même si, à l'échelle moléculaire, la base du fonctionnement reste la même. Ceci conduit à penser que les horloges sont apparues indépendamment plusieurs fois au cours de l'évolution.

Chez les plantes, le modèle *Arabidopsis* a fait l'objet d'études poussées (Nakamichi et al., 2011). Ce sont les phytochromes (voir plus haut) sensibles dans le rouge et l'infrarouge (λ : 700-750 nm) qui synchronisent l'horloge d'Arabidopsis.

Chez les animaux, les mécanismes de l'horloge ont été particulièrement étudiés chez la drosophile (Peschel et al., 2011 ; Tomioka et al., 2010) pour les insectes, chez le poisson zèbre, le xénope, le poulet, la caille, la souris et l'Homme pour les vertébrés (Vatine et al., 2011 ; Ukai et Ueda ; 2010 ; Ito et Tomioka, 2016). Une très grande conservation du mode de fonctionnement est observée entre insectes et mammifères y compris au niveau des acteurs moléculaires. Chez la drosophile, la molécule de type cryptochrome peut à la fois capter la lumière et contribuer au fonctionnement de l'horloge dans certains tissus. Chez les vertébrés, d'une façon générale, les longueurs d'ondes comprises entre 420 et 500 nm interviennent dans la synchronisation, la plus grande efficacité étant obtenue entre 450 et 470 nm (sensibilité de la mélanopsine) (Ramos et al., 2014).

En bref :

* chez les champignons, les plantes et les animaux, ce sont des chromophores sensibles aux lumières bleues qui captent le signal lumineux synchronisateur des horloges circadiennes ;

* chez les champignons, le chromophore est un complexe impliquant la Flavine adénine dinucléotide (FAD). Pour les plantes et les invertébrés il s'agit de cryptochromes et chez les vertébrés de la mélanopsine.
### 7.4.4 Propriétés des horloges

Une horloge circadienne, présente les propriétés suivantes :

* elle maintient une activité rythmique endogène en absence de toute variation du milieu extérieur. Sa période est de 24 ± 4 h ;

* elle est ubiquitaire : elle se rencontre dans tout le vivant ;

* elle est génétiquement déterminée : la période de l'horloge est propre à chaque espèce mais des variations inter-individuelles sont observables au sein d'une même espèce ;

* elle est synchronisée et entrainée par les facteurs environnementaux, où l'alternance lumière obscurité joue un rôle prépondérant, mais aussi d'autres facteurs tels que la prise alimentaire ;

* elle montre une compensation thermique : la période n'est pas altérée par la température ;

* en lumière continue, la période peut varier en fonction de l'intensité lumineuse ;

* en obscurité constante, des séquences de lumière entrainent des avances ou des retards de phase selon l'heure à laquelle elles sont appliquées.

### 7.4.5 Photopériodisme et horloges circadiennes

Cette section traite de l'impact de la photopériode et des horloges circadiennes sur les régulations métaboliques, physiologiques et/ou comportementales. Seuls quelques exemples, loin d'être exhaustifs, sont donnés ci-dessous.

#### 7.4.5.1 Algues unicellulaires, plantes et champignons

Les modèles les plus étudiés sont l'Arabidopsis pour les plantes et Neurospora pour les champignons pour lesquels il a été montré que les horloges contrôlent des processus fondamentaux variés tels que la croissance (chez les deux), l'orientation des feuilles, la prise d'eau, la floraison, la dormance des graines, les activités métaboliques et hormonales, ou encore la défense contre les pathogènes (chez les plantes) ; la liste n'est pas exhaustive (Nakamichi, 2011 ; Brunner et Schafmeier, 2006). La Figure 124 donne un aperçu d'un ensemble de processus à fluctuations nycthémérales et circadiennes chez la micro-algue unicellulaire Euglena gracilis (Euglène) (cf. Figure 124 a) et la plante Arabidopsis thaliana (cf. Figure 124 b).
<figure><img src="image_172.png" /></figure>

a : processus rythmiques chez la micro-algue
Euglena gracilis

En abscisse est donnée l'heure du jour ; le carré
blanc correspond au jour et le noir à la nuit. Le
cercle plein marque l'acrophase du rythme (c.-à-
d. le point de valeur maximale) ± l'écart à la
moyenne.

D'après Edmunds, 1984

<figure><img src="image_173.png" /><figcaption>Figure 124 : processus rythmiques chez les algues et les plantes</figcaption></figure>

b : processus rythmiques chez les plantes

Chez Arabidopsis thaliana, l'expression de gènes (a), le calcium intracellulaire (b), la phosphorylation des proteins (c), les mouvements des chloroplastes (d), l'ouverture des stomates (e), la croissance de la tige (f), celle des feuilles et leurs mouvements (g), l'ouverture des pétales et la floraison (h, i) sont des processus controlés par l'horloge circadienne.

D'après (Barak et al., 2000)

7.4.5.2 Animaux

7.4.5.2.1 Vertébrés

L'un des signaux de sortie du système circadien est la mélatonine sécrétée la nuit par la glande pinéale. L'importance de ce message rythmique est soulignée par sa haute conservation des poissons à l'homme, alors que les mécanismes de sa régulation par la photopériode et les horloges ont été profondément remaniés au cours de l'évolution (Collin et al., 1988; Ekström et al., 2003; Falcón et al., 2007a). La mélatonine a été qualifiée d'hormone de la nuit ou « hormone donneuse de temps ».

Photopériode, horloges circadiennes et mélatonine sont des éléments essentiels du système circadien par où sont synchronisées une myriade de fonctions métaboliques, physiologiques
et comportementales sur les variations journalières et saisonnières de leur environnement (Boissin and Canguilhem, 1998) (cf. Figure 125).

**Métabolisme** : des poissons aux mammifères, les ions, les monoamines et dérivés (sérotonine, mélatonine, dopamine), les carbohydrates et les lipides de certains organes ou du sang montrent des oscillations gouvernées par les horloges circadiennes (Delahunty et al., 1980 ; Olcese et al., 1981 ; Takahashi, 1996 ; Tong et al., 2013 ; Mendoza and Challet, 2014 ; Hernandez-Perez et al., 2015 ; Vancura et al., 2016 ; Song et al., 2017). Il en va de même de l'expression ou de l'activité d'enzymes participant à ces contrôles (Falcón, 1999). À l'échelle cellulaire on note les variations circadiennes du cycle de division cellulaire (et en conséquence celles du développement) chez tous les vertébrés (Boissin and Canguilhem, 1998) y compris dans des organes comme la rétine (Kwan et al., 1996 ; Song et al., 2017). Il en est de même de certains mouvements cellulaires, tels ceux des photorécepteurs de la rétine de poisson et de batracien (mouvements rétinomoteurs) observés aux transitions de phases.

**Physiologie** : le système neuroendocrinien - impliqué dans la croissance, la reproduction, le stress, la prise alimentaire, l'immunité - montre, à tous les étages d'organisation (hypothalamus, hypophyse, organes périphériques) des fluctuations journalières et annuelles (Falcón et al., 2010 ; Tonsfeldt et al., 2012 ; Wood et al., 2014 ; Challet, 2015 ; Kim et al., 2015 ; Leliavski et al., 2015). C'est le cas également du système cardiovasculaire avec ses variations journalières de pression artérielle et du rythme cardiaque (Boissin and Canguilhem, 1998 ; Wood and Loudon, 2014) ou encore celles de l'activité électrique neuronale qui se manifeste par les variations circadiennes de l'électrorétinogramme et de l'électroencéphalogramme (Peters and Cassone, 2005 ; Cameron and Lucas, 2009 ; Talathi et al., 2009 ; Petsakou et al., 2015 ; Cavey et al., 2016 ; Paul et al., 2016).

<figure><img src="image_174.png" /><figcaption>**Figure 125 : contrôle circadien des grandes fonctions chez les mammifères**</figcaption></figure>

La photopériode (grosse flèche) synchronise l'activité de l'horloge circadienne du noyau suprachiasmatique (NSC) lequel en retour affecte directement ou indirectement (flèches grises ; neurones intermédiaires, endocrines, autonomes [PVN]), l'axe hypothalamo-hypophysaire (VP, vasopressine ; OT, ocytocine ; HPG, axe gonadique ; HPT, axe thyroïdien ; HPA, axe corticotrope).
Via les noyaux paraventriculaires (PVN) il contrôle également la production rythmique de mélatonine par la glande pinéale. En retour le rythme de sécrétion de la mélatonine renforce l'activité du NSC et agit sur des cibles centrales et périphériques (flèches rouges en pointillé).

**Comportement** : l'activité locomotrice et le sommeil, la formation des bancs (poissons), du renouvellement et de la coloration du tégument (ectothermes essentiellement), de la migration verticale (poissons) ou horizontale (ensemble des insectes et vertébrés), du son (poissons, oiseaux), de la prise alimentaire, de la croissance et de la reproduction (cour, naissances) constituent des exemples notables et non exhaustifs (Zachmann et al., 1992 ; Kulczykowska et al., 2010 ; Cassone, 2014 ; Ruf and Geiser, 2015).

Dans les régions tempérées et polaires, la photopériode change avec la saison. Il s'en suit des variations annuelles des fonctions régulées de façon circadienne (cf. Figure 126). Les plus notables sont la fonction de reproduction, la prise alimentaire et de masse corporelle, la croissance et parfois la migration verticale (poissons) et horizontale (ensemble des vertébrés), et les variations du plumage ou de la fourrure pour certains endothermes. Il a été montré que ces rythmes sont contrôlés par une horloge circannuelle (Lincoln et al., 2006).

Bien que leur nature circannuelle ne soit pas démontrée, des rythmes annuels du sommeil (Kantermann et al., 2007) et de la reproduction (Cancho-Candela et al., 2007 ; Foster et al., 2008), calqués sur les variations de photopériode, existent également chez l'Homme. Cependant, les modifications apportées à son environnement, dont celle de l'éclairage nocturne, ont altéré notablement cette propriété comme illustré entre autres dans la Figure 127.

a

<figure><img src="image_175.png" /></figure>

b

<figure><img src="image_176.png" /><figcaption>Figure 126 : variations annuelles de certains paramètres physiologiques</figcaption></figure>
a, chez le moineau de la taille des testicules et des follicules, et du nombre de plumes (Trivedi et al., 2006). b, chez l'ovin de la testostérone et de la prolactine plasmatique (Santiago-Moreno et al., 2005)

<figure><img src="image_177.png" /><figcaption>Figure 127 : variations annuelles des naissances dans la population espagnole</figcaption></figure>

Les naissances varient de façon significative de 1900 à 1940. Seuls des épisodes sociétaux (1ère guerre mondiale ; fin de la monarchie) ont altéré temporairement ce rythme. Une atténuation notable et permanente apparait après la guerre civile et la 2ème guerre mondiale, mais c'est à partir des années 60 avec l'industrialisation massive et ses corollaires (dont l'augmentation de l'éclairage urbain) que ce rythme disparait totalement (Foster and Roenneberg, 2008)

### 7.4.5.2.2 Invertébrés

Les données concernant les invertébrés restent éparses et ne concernent qu'une infime proportion des espèces (insectes en particulier). Elles suggèrent cependant que le système circadien contrôle nombre de fonctions telles que l'activité locomotrice, le comportement de cour, l'accouplement, la ponte, le développement larvaire et adulte, la diapause, la longévité, autant d'évènement où photopériode et température interagissent et où les horloges jouent un rôle essentiel (Bloch et al., 2013 ; Rougvie et al., 2013). Comme pour les vertébrés, ces régulations passent par un contrôle circadien de l'axe endocrinien (Bloch et al., 2013) :

* l'hormone juvénile et les ecdystéroides (dont l'ecdycone) montrent des fluctuations circadiennes dans l'hémolymphé. Les deux sont impliquées dans les régulations physiologiques et comportementales de la reproduction. L'hormone juvénile participe à la répartition des tâches selon l'âge dans les sociétés organisées d'hyménoptères ; les ecdystéroïdes interviennent dans la régulation de la mue ;

* les monoamines - octopamine, sérotonine et dopamine - influencent ou sont influencées par le système circadien. Ces hormones et neurotransmetteurs jouent un rôle important dans la synthèse des phéromones (attraction sexuelle) et peut-être dans le contrôle de l'activité locomotrice ;
* des peptides aux fonctions neuromodulatrices ou hormonales sont aussi impliqués dans les régulations circadiennes tels le « facteur de dispersion des pigments », l'hormone de l'éclosion, l'adiponectine produite par le tissu adipeux et impliquée dans la régulation du métabolisme des lipides et du glucose ou encore la PBAN (Pheromone biosynthesis activating neuropeptide) impliquée dans la synthèse de phérormones.

En bref :

* les mécanismes de l'horloge ont été élucidés chez quelques représentants de vertébrés. Chez les invertébrés, il concerne un nombre assez limité d'espèces ;

* les horloges sont impliquées dans le contrôle d'une myriade de réactions métaboliques et de régulations physiologiques et comportementales, liées à des fonctions essentielles à la survie et à la reproduction des espèces.

## 7.5 Phototropisme, phototaxie

La phototaxie est, chez les animaux, le mouvement locomoteur d'un organisme à une stimulation lumineuse ; elle est positive (vers la lumière) ou négative (vers l'obscurité). Pour les plantes et les champignons on parlera de phototropisme (e.g., l'orientation de la croissance est déterminée par l'orientation de la lumière). Chez les plantes et les champignons, c'est la lumière bleue qui guide le phototropisme. Chez des procaryotes, la capture de la lumière vía la rhodopsine oriente les déplacements sur le plan horizontal. Chez les eucaryotes, les déplacements s'effectuent en 3D grâce à une structure rudimentaire (« spot ») ou un œil prototypique qui préfigure et précède, sur le plan évolutif, les yeux plus élaborés (Gehring, 2012). Les mécanismes, et en particulier la nature des longueurs d'ondes impliquées dans le contrôle de la phototaxie sont complexes et variés. Les spectres d'adsorption couvrent parfois tout le visible (Cyanobactéries et archéobactéries).

Les sensibilités dans les UV et le bleu sont majoritairement impliquées dans la phototaxie et le phototropisme (cyanobactéries et archéobactéries, plantes, champignons, éponges).
## 7.6 Impact des LED sur le vivant

### 7.6.1 Avant-propos - L'éclairage artificiel nocturne ou ALAN

Les activités humaines sont presque exclusivement associées à des environnements fortement éclairés et le siècle dernier a vu une augmentation sans précédent de l'éclairage artificiel nocturne (ou ALAN pour Artificial Light At Night) de l'environnement comme des espaces naturels. Avec l'extension des zones urbaines et industrielles, terrestres et maritimes<sup>59</sup>, l'augmentation des zones éclairées est de l'ordre de 6 % par an (Holker et al., 2010) (cf. Figure 128). Les régions méditerranéennes et tempérées, les mangroves, les zones forestières près des zones agricoles sont particulièrement impactées (Bennie et al., 2015b; Votsi et al., 2017). Aujourd'hui, plus de 80 % de la population mondiale - et jusqu'à 99 % en Europe et Amérique du Nord - vit sous un « ciel éclairé » de nuit (Falchi et al., 2016) et le phénomène est en expansion dans les pays du Moyen Orient (Tamir et al., 2017) et asiatiques (Jiang et al., 2017).

Les zones éclairées de nuit le sont directement et indirectement par diffusion (il s'agit du halo nocturne produit par des flux lumineux orientés directement vers le ciel ou par réflexion sur les surfaces éclairées, puis diffusés par différentes couches de l'atmosphère ; voir aussi chapitre 6). Au niveau du sol, l'éclairement produit peut atteindre celui de la pleine lune, compris entre 0,01 et 1 lux (Bennie et al., 2015a; Bennie et al., 2016) et peut même être amplifié selon le plafond nuageux (cf. Figure 129). Le premier objectif visé par l'ALAN était la détection des obstacles au cours des déplacements urbains et péri-urbains et la sécurisation des zones « dangereuses ». Par la suite, il s'est agi d'étendre les phases d'activité - à toute heure du jour et de la nuit - pour les besoins industriels autant que touristiques ou commerciaux. Si l'éclairage fonctionnel est généralement dimensionné sur la base des exigences minimales pour d'évidentes raisons économiques, les niveaux d'éclairement vont parfois très au-delà des simples exigences fonctionnelles. Certains domaines accordent plus d'importance aux aspects esthétiques (mises en lumière de monuments) ou publicitaires (éclairage des zones commerciales, vitrines, enseignes et affiches lumineuses). Il s'en suit que les surfaces non artificiellement éclairées et dédiées aux espaces naturels - essentiels au développement de la vie sauvage - ne cessent de diminuer. Les conséquences sur le biotope et ses occupants (dont l'Homme) sont multiples. Les effets sur les individus et les populations sont maintenant directement mesurables. Car pendant des millénaires, l'Homme, à l'instar des autres êtres vivants de la planète, a vécu en harmonie avec son milieu naturel, tout particulièrement avec les alternances journalières et saisonnières de l'éclairage aujourd'hui remises en question par l'ALAN.

<footnote n="59">59 (https://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=55167)</footnote>