<figure><img src="image_178.png" /></figure>

**A, B : clarté du ciel nocturne dans le monde.** Cartographie obtenue par mesures et simulations numériques. **A. Clarté** (étendue visible) donnée par l'éclairage nocturne traditionnel dans le monde ; la gamme de couleur indique la luminance du ciel par fractions au-dessus du seuil nocturne naturel (174 µcd/m²). **B. Détail** sur la zone Europe. **C. Prédiction** de la clarté si les lampes à décharge sont remplacées par des sources éclairage LED (blanche, 4 000 K) de même flux et de même distribution angulaire d'intensité (Falchi et al., 2016).
<figure><img src="image_179.png" /></figure>

**D** : estimation du pourcentage de surfaces non éclairées de manière artificielle en Europe. Les surfaces non éclairées (en km²) vont du rouge pour les plus faibles, aux vertes pour les plus fortes. Il ressort que l'ouest de l'Europe est fortement impacté (avec seulement 12 à 16 % de zones obscures en France, Espagne, et Allemagne et plus de 80 % dans les Pays Baltes et scandinaves) (Votsi et al., 2017)

Figure 128 : clarté du ciel nocturne en A et B, puis prédictions pour un passage en éclairage à LED en C. En D : estimation des surfaces non éclairées artificiellement en Europe

<figure><img src="image_180.png" /><figcaption>Figure 129 : éclairage de rue urbain</figcaption></figure>

(a) éclairement produit par un luminaire public muni d'une lampe à décharge de type halogénure métallique ;

(b) comparaison des éclairements produits par les éclairages naturels et artificiels. L'échelle horizontale est l'éclairement vertical au sol en lux (lx).

Crép. :: crépuscule.

D'après (Bennie et al., 2016)

Les données actuelles indiquent que les réponses de tout type, liées aussi bien à la phototaxie, au phototropisme ou à la chronobiologie, sont affectées par l'ALAN. Ces réponses sont le résultat de millions d'années d'adaptation ayant conduit à la mise en place de stratégies qui permettent aux organismes d'adapter leurs fonctions vitales à la nature et aux variations de l'éclairage naturel. Ceci est particulièrement vrai pour les aspects liés au décodage de l'information temporelle (rythmes journaliers, lunaires, saisonniers). Car à de
très rares exceptions près (voir chapitres 7.4 et 7.5 plus haut), il n'est pas de fonction, métabolique, physiologique ou comportementale qui ne soit sous contrôle d'horloges biologiques circadiennes (± 24 h) et circannuelles dans l'ensemble du règne vivant.. Si l'on considère le rôle prépondérant que la lumière joue dans l'organisation rythmique journalière et saisonnière des êtres vivants, on comprend aisément que toute perturbation des cycles photopériodiques naturels (alternance du jour et de la nuit) par l'ALAN est de nature à entrainer des perturbations d'envergure de la synchronisation des horloges et donc de tous les processus rythmiques qui en dépendent. Les répercutions observées à ce jour résultent d'effets directs et/ou indirects :

* les effets directs résultent de la désorganisation du système circadien et de tous les rythmes endogènes qui en découlent en tête desquels celui de la sécrétion de mélatonine, l'hormone « donneuse de temps » (Dominoni et al., 2013b). La mélatonine synchronise nombre de fonctions dont les rythmes du sommeil, le métabolisme énergétique, la prise de poids, la synchronisation de sécrétions hormonales et davantage ; elle est de plus un antioxydant (Reiter et al., 1997). Chez l'Homme, une corrélation a été établie entre l'ALAN d'une part et l'obésité ou la sensibilité à certains cancers hormonaux dépendants (sein, prostate) d'autre part (Gaston et al., 2013 ; Dominoni et al., 2016). Une première étude chez le poisson rapporte l'induction de tumeurs ovariennes par l'ALAN, liée à une perturbation de l'horloge circadienne et de rythmes hormonaux (dont celui de la mélatonine) (Khan et al., 2018).

* les effets indirects concernent l'immunité et la perturbation des cycles du sommeil et des régulations endocriniennes et cardiovasculaires.

La diversité des réponses reflète la diversité du vivant et ce qui peut être un avantage pour une espèce donnée, animale ou végétale, peut s'avérer un inconvénient pour une autre. Les altérations s'observent directement à plusieurs niveaux d'organisation dont les rythmes biologiques (journaliers et annuels), l'activité, la répartition, l'orientation et la migration. Il y existe également des effets indirects, observables à moyen et à long terme seulement, sur les populations dans leurs écosystèmes. Les approches doivent donc considérer aujourd'hui chaque espèce indépendamment mais aussi la place qu'elle occupe dans l'écosystème, dont l'Homme est partie intégrante. La Fondation pour la recherche sur la biodiversité<fnref n="60" /> souligne la nécessité de « Mieux comprendre les effets des changements [...] sur la biodiversité, les écosystèmes et les services écosystémiques » afin « de mieux anticiper le devenir conjoint des systèmes naturels et des sociétés humaines pour faire face et s'adapter [à ces] changements » afin de mieux aider à la prise de décision et à la gestion. Car qui dit changement dit survie seulement s'il y a adaptation, dans le cas contraire, c'est la disparition programmée. Et, dans tout écosystème - par définition un système d'interdépendances - la disparition, voire simplement l'adaptation partielle d'une ou de plusieurs de ses composantes, est en mesure d'affecter le système dans son ensemble dont le dysfonctionnement peut provoquer l'effondrement.

### 7.6.2 Conséquences de la généralisation des LED dans l'environnement extérieur

La problématique de l'utilisation des LED en milieu naturel ne peut être dissociée de celle de

<footnote n="60">⁶⁰ (http://www.fondationbiodiversite.fr/fr/)</footnote>
l'impact de l'ALAN (Artificial Light at Nigth). S'ajoutent à cela les spécificités liées à la technologie LED. L'utilisation des éclairages LED est croissante et leur omniprésence évidente dans un nombre de plus en plus large de champs d'applications technologiques, socio-économiques et commerciaux. Une variété de sources contribue à l'éclairage extérieur : les bureaux et domiciles dont les lumières diffusent par les parties vitrées, les lampadaires, véhicules de transports, panneaux de circulation, enseignes et affichages dans les zones commerciales (publicité) et touristiques (mise en valeur architecturale et paysagère), les zones industrielles (usines, serres de culture), ou de loisir (installations sportives d'extérieur et d'intérieur). Les milieux aquatiques ne sont pas épargnés, qu'il s'agisse des berges et côtes en milieux urbain et suburbain, des plateformes marines, routes commerciales ou zones de pêche (en particulier la pêche nocturne) hauturière (cf. Figure 130). Outre l'éclairage dirigé vers les surfaces (tel que montré aux Figure 129 et Figure 130), les divers types d'éclairages mentionnés plus haut contribuent également à la formation d'un halo lumineux nocturne résultant de la diffusion, dans l'atmosphère, de la lumière émise après avoir traversé eau et particules en suspension. Ces différents types d'éclairages constituent un ensemble en forte évolution avec l'arrivée de l'éclairage LED et l'extension des zones urbaines. Il est globalement défavorable à la préservation du ciel nocturne, même si pour certaines catégories (lampadaires par exemple) il permet a priori une réduction des zones éclairées et du halo lumineux, et une meilleure gestion temporelle de cet éclairage (cf. chapitre 6).

L'éclairage artificiel en général, et les LED en particulier, viennent allonger la liste des nombreuses pressions anthropiques qui, décennie après décennie, bouleversent des équilibres résultant de millions d'années d'évolution. Elles concernent l'arbre du monde vivant, dont l'Homme n'est qu'une branche parmi des milliers d'autres. Pourtant, dans la très grande majorité des cas, les études portant sur les impacts de tel ou tel facteur ne prennent en considération que les effets sur la santé humaine. Dans une vision très égocentrée, les impacts sur le règne animal et végétal sont considérés essentiellement dans le cadre d'une productivité visant à satisfaire les besoins humains. C'est le cas actuellement de la majorité des recherches portant sur les LED, initialement motivées par le souci de procurer des sources lumineuses plus efficaces et moins consommatrices d'énergie pour l'éclairage public (Nair and Dhoble, 2015). Les études actuelles mettent en avant les impacts et/ou avantages liés à leur utilisation en milieu contrôlé aux fins d'améliorer les productions animales et végétales et produits dérivés. Toutefois, les impacts sur les espèces non domestiquées et leurs interdépendances dans le milieu naturel, c'est à dire dans l'écosystème, sont rarement et insuffisamment pris en compte.
<figure><img src="image_181.png" /></figure>

Berges, espaces côtiers, ponts, zones portuaires, plateformes, navires de pêche ou de transport contribuent à l'éclairage nocturne.

D'après (Hammerschlag et al., 2017)

<caption>Figure 130 : éclairages dans l'environnement aquatique</caption>

Les homologies entre la rétine humaine et celle des vertébrés en général autorisent à penser que certains effets des LED (positifs, négatifs ou neutres) sur l'humain (cf. chapitre 3.3) s'appliqueront à la rétine des autres vertébrés. Mais les comparaisons s'arrêtent là. En effet, les modalités de la capture de l'information lumineuse, les spectres de sensibilités ainsi que les impacts sur les horloges biologiques et donc sur les rythmes, diffèrent notablement d'un embranchement de vertébré à un autre ; et ces différences s'accentuent très significativement entre vertébrés et invertébrés, entre animaux, plantes et champignons, et enfin entre unicellulaires et pluricellulaires (voir plus haut).

En bref :

* les généralisations à partir d'observations réalisées chez l'homme sont réductionnistes et ne peuvent refléter la complexité du vivant ;

* les études ne peuvent se restreindre à la santé humaine ;

* les approches doivent considérer les effets sur les différentes composantes d'un écosystème ainsi que sur leurs interrelations ;

* les investigations portant sur l'impact des LED en milieu naturel, doivent s'intégrer dans celles, plus générales, portant sur l'impact de l'éclairage artificiel ;

* l'adaption de l'Homme aux modifications qu'il engendre soulève par ailleurs des questions d'éthique vis-à-vis des autres composantes de l'environnement vivant.

### 7.6.3 LED et microalgues, plantes, champignons

Les effets de l'éclairage (LED ou autre) sur les champignons et les végétaux dépendent de leur capacité à percevoir la gamme des fréquences lumineuses (cf. Figure 130). Le Tableau 29 résume les effets des différentes fréquences sur le métabolisme et la physiologie des plantes.
### 7.6.3.1 Utilisation en milieu fermé à des fins industrielles

Nombres d'études font ressortir l'intérêt à utiliser des LED en milieu fermé pour la culture des plantes d'intérêt agronomique, ornemental ou médical (Yeh et al., 2014; Nair et al., 2015; Singh et al., 2015; Dueck et al., 2016; Urrestarazu et al., 2016), des champignons (Wu et al., 2013; Kim et al., 2014) et des microalgues unicellulaires (Schulze et al., 2014). Les lumières dans le bleu profond et l'UV s'avèrent utiles afin d'éliminer les infections bactériennes et virales (Yeh et al., 2014; Kumar et al., 2016; Kim et al., 2017). Une combinaison proportionnée de lumière bleue et rouge/infrarouge permet d'obtenir les effets optimaux désirés, en matière de métabolisme (photosynthèse, synthèse de lipides, de production énergétique), germination, division cellulaire, bourgeonnement, croissance, floraison, valeur nutritive et gustative, ou encore production industrielle de composés à haute valeur ajoutée (ergostérol, carotène...). L'impact des lumières vertes a été peu étudié. Toutefois, les effets de la longueur d'onde ou du cocktail de longueurs d'ondes utilisé dépendent de l'espèce et, au sein d'une même espèce, de la variété et du stade de développement. De plus, ces effets varient avec l'intensité, le positionnement, la périodicité ou les fréquences d'exposition (Dueck et al., 2016; Hernandez et al., 2016). Par exemple, les cyanobactéries croissent de façon préférentielle sous des lumières vertes jaunes et rouges, alors que les microalgues croissent préférentiellement en lumière bleue (420 < λ < 470 nm) ou rouge (autour de 660 nm).

<table><caption>Tableau 29 : effets de la longueur d'onde sur les plantes</caption><thead><tr><td>Longueur d'onde (nm)</td><td>Impact</td></tr></thead><tbody><tr><td>280 - 315</td><td>Impact minimal sur la morphologie et la physiologie</td></tr><tr><td>315 - 400</td><td>Absorption par la chlorophylle faible, effets sur l'activité cyclique & la croissance (tissus & tige)</td></tr><tr><td>400 - 520</td><td>Absorption par la chlorophylle & les caroténoïdes maximale; photosynthèse maximale</td></tr><tr><td>520 - 610</td><td>Absorption par les pigments diminuée</td></tr><tr><td>610 - 720</td><td>Absorption par les pigments faible : impact sur la photosynthèse et l'activité cyclique</td></tr><tr><td>720 - 1 000</td><td>Absorption minimale, effets sur la photosynthèse, la floraison et la germination</td></tr><tr><td>> 1 000</td><td>Conversion en chaleur</td></tr></tbody></table>

Source : (Xu et al., 2016)

Si l'utilisation des LED dans l'industrie agroalimentaire présente des avantages prometteurs, elle n'en est encore qu'au stade expérimental. Et, toute étude doit se faire au cas par cas car une meilleure connaissance des processus physiologiques (incomplètement élucidés) participant aux réponses de l'organisme concerné est nécessaire (une recommandation qui s'applique aussi au règne animal (Delabbio, 2015)). En effet, des dangers pourraient exister comme suggéré par deux études sur la mâche (Valerianella locusta) indiquant que les plantes peuvent accumuler des composés bénéfiques tels des polyphénols (Dlugosz-Grochowska et al., 2016; Wojciechowska et al., 2016) et aussi non désirés comme les
nitrates (Wojciechowska et al., 2016) selon les proportions de lumière rouge et bleue utilisées.

<figure><img src="image_182.png" /><figcaption>**Figure 131 :** photopigments et longueur d'onde photosensible des unicellulaires et plantes terrestres</figcaption></figure>

Photopigments et longueur d'onde photosensible des unicellulaires et plantes terrestres.

Chl, chlorophylle; H, pigment abondant; L, pigment peu abondant; H L, Pour plus de détails voir aussi le tableau 1 dans (Schulze et al., 2014).

En résumé, il apparaît que des études supplémentaires au cas par cas sont nécessaires : « For practice, more research is needed to optimize plant distances, light strategies and light intensities to make the technology more profitable and durable » (Nair et al., 2015 ; Moerkens et al., 2016).<fnref n="61" />

### 7.6.3.2 Utilisation en milieu naturel

#### 7.6.3.2.1 Les unicellulaires

En dehors de l'utilisation de LED à UV pour la désinfection, les études de populations en milieu naturel restent rares même si le milieu aquatique n'est pas épargné par l'ALAN. Il a été montré que des LED blanches (6 300 K, Barthelme GmbH, Nüremberg, Allemagne) affectent de façon variable les populations de microorganismes, en particulier les photoautotrophes (ceux qui utilisent la lumière comme source d'énergie et le CO₂ comme source de carbone) (Holker et al., 2010). Ainsi, dans les populations de diatomées et de cyanobactéries sédimentaires affectées par l'ALAN, on observe (1) des modifications

<footnote n="61">⁶¹ « Pour l'application pratique, plus de recherche est nécessaire pour optimiser les distances des plantes, les modalités d'application et les intensités de la lumière afin de rendre la technologie plus rentable et plus durable ».</footnote>
quantitatives de différents représentants, (2) une perte des variations annuelles de ces populations, (3) une diminution de leur activité respiratoire et (4) une redistribution des populations microbiennes sédimentaires (cf. Figure 132). Les auteurs concluent que ces variations sont de nature à modifier le cycle du CO2 et à induire une accumulation de carbone dans les sédiments (Holker et al., 2010). Ces données confortent celles observées en milieu fermé.

<figure><img src="image_183.png" /><figcaption>Figure 132 : modification de représentants des populations microbiennes dans les sédiments induites par l'ALAN en milieu aquatique naturel (a) ou en laboratoire (b)</figcaption></figure>

L'expérimentation a été menée entre juillet et décembre 2012, les données ont été acquises en décembre. Les positives indiquent un accroissement et les négatives une diminution des populations. ALAN (LED) = 71 lux, ~1,3 mmol/m2/s. field, terrain ; treatment, éclairés ; night, nuit.

### 7.6.3.2.2 Les plantes

Comme indiqué plus haut, la lumière joue un rôle central dans la physiologie et l'écologie des plantes. Ces dernières utilisent la lumière à la fois comme source d'énergie, via la photosynthèse, et comme source d'information. Ainsi, les cycles naturels de lumière - qui varient selon le moment de l'année, en durée, intensité et composition spectrale - permettent la synchronisation des horloges circadiennes et fonctions sous-jacentes ; ils contrôlent le phénotype, la croissance et le métabolisme énergétique. Il a été montré que l'intensité de l'éclairage utilisé en milieu urbain, suburbain aussi bien que sur les axes routiers, est suffisante pour affecter la physiologie des plantes (Bennie et al., 2016). Les effets décrits de l'éclairage nocturne (LED y compris) portent sur la coloration des feuilles des arbres, leur rétention/abscission (sur les arbres à feuilles caduques), le bourgeonnement, la floraison, la croissance ou encore la défense par rapport aux pathogènes.
### 7.6.4 LED et Animaux

#### 7.6.4.1 Utilisation à des fins industrielles

Dans le règne animal, la qualité (λ), la quantité (intensité) et la durée (photopériode) de l'exposition à la lumière jouent un rôle majeur dans la régulation du métabolisme, de la physiologie et du comportement (Maisse et al., 1996 ; Malpaux et al., 1996 ; Falcón et al., 2007b ; Falcón et al., 2010 ; Rocha et al., 2013 ; Espigares et al., 2017). Depuis plusieurs décennies, les manipulations de la lumière environnante font partie des techniques utilisées dans les élevages afin de contrôler la prise alimentaire, le développement précoce, la croissance et la reproduction (Delabbio, 2015). Les résultats font ressortir l'existence de particularités selon l'espèce et même au sein d'une même espèce, selon l'âge, le sexe ou la localisation géographique et selon les caractéristiques de l'éclairage utilisé (Pan et al., 2015).

L'utilisation des LED en remplacement des éclairages conventionnels dans les élevages aquacoles, avicoles et mammaliens fait l'objet d'une campagne intensive de promotion particulièrement visible sur le web (Delabbio, 2015). On y souligne l'avantage apporté par les LED qui permettent de mieux cibler le stimulus lumineux pour un coût moindre. Les applications sur le terrain visent à comparer les effets des éclairages LED et conventionnels sur la croissance, la prise alimentaire et le coefficient de conversion, la prise de poids, la production d'œufs ou encore le comportement (agressivité, exploration) (Huber-Eicher et al., 2013 ; Pan et al., 2015 ; Yang et al., 2016).

Ces dernières années ont vu une augmentation notable du nombre de travaux rapportant l'impact des LED sur la biologie d'espèces aquatiques et terrestres. Les données restent cependant encore éparses et insuffisantes et ne permettent pas de tirer de concluisions définitives. Quelques exemples sont rapportés ci-dessous :

*Chez les insectes*, les LED ont été mises à profit pour sélectionner les longueurs d'ondes favorisant la capture ou la reproduction (Miyatake et al., 2016 ; Oonincx et al., 2016).

*Chez les coraux*, un impact positif des LED comparativement à d'autre sources lumineuses est rapporté sur la croissance de *Stylophora pistillata*, mais pas sur celle d'*Acropora formosa*, des espèces ornementales (Rocha et al., 2013). *Chez Galaxea fascicularis*, les effets dépendent de l'irradiance (Wijgerde et al., 2012).

*Chez le mollusque* (*Haliotis discuss H.*) une étude exhaustive souligne les effets différentiels (positifs et négatifs) de LED monochromatiques (rouge, orange, vert, bleu, violet) sur les réponses liées au métabolisme de base (protéique et glucidique), la consommation d'oxygène et la production d'ammoniaque (Xiaolong et al., 2016).

*Chez les poissons*, plusieurs études (la majorité émane cependant du même groupe) rapportent l'impact de différentes longueurs d'ondes sur la croissance, le contrôle hormonal de la reproduction, le stress et la pigmentation, les rythmes biologiques (expression de gènes horloge, sécrétion de mélatonine), l'activité thyroïdienne (T3, T4) et l'expression de gènes de la perception lumineuse (rhodopsine, mélanopsine) (Jung et al., 2016b ; Takahashi et al., 2016). D'une façon générale, toutes ces études soulignent l'intérêt et l'application potentielle des LED de lumière blanche, mono- ou dichromatiques, en élevage ouvert ou fermé, mais soulignent la nécessité d'expérimentations supplémentaires et approfondies. Dans le domaine de la pêche, quelques données indiquent que les LED sont déjà utilisées par les pêcheurs afin d'attirer les espèces d'intérêt (Park et al., 2015a ; Kehayias et al., 2016).

*Chez les oiseaux*, les LED sont de plus en plus utilisées dans les élevages aviaires, en
particulier ceux de poulet (Gallus domesticus), en remplacement des éclairages conventionnels (Huber-Eicher et al., 2013 ; Parvin et al., 2014b,a). Les objectifs visent à réduire le stress tout en améliorant la croissance et la ponte. Les études disponibles utilisent des protocoles variés (qualité, intensité, périodicité et durée des expositions, âge des animaux) de sorte qu'une vision homogène n'est pas encore disponible. Ainsi, l'éclairage LED rouge avance la maturation sexuelle tout en diminuant l'agressivité comparativement à l'éclairage LED vert ou blanc (Gongruttananun, 2011 ; Huber-Eicher et al., 2013). Ces effets sont dus à la qualité et non à la quantité de lumière fournie. Les LED vertes favorisent quant à elles la croissance et la taille des œufs (Parvin et al., 2014a). De même, les LED bleues, vertes ou jaunes, utilisées seules ou en combinaison, favorisent les défenses immunitaires et la qualité de la chair (Parvin et al., 2014b). Les dernières revues dans le domaine soulignent la nécessité de poursuivre les recherches sur ces aspects aux fins de normalisation des intensités, durées et longueur d'onde d'exposition (Parvin et al., 2014a).

### 7.6.4.2 Utilisation en milieu naturel

#### 7.6.4.2.1 Insectes

Un des problèmes majeurs posé par les éclairages nocturnes est l'attraction qu'ils exercent sur les communautés d'insectes. Les lampes LED (froides ou chaudes) attirent un nombre important d'insectes, toutes espèces confondues comme le montre une étude réalisée dans l'Ohio (États-Unis) (Knop et al., 2017) ; cependant l'effet est deux fois moindre que les lampes à incandescence à énergie équivalente (Justice and Justice, 2016). D'une façon générale, les quelques études se rapportant au pouvoir d'attraction des LED sur les insectes montrent que l'effet observé dépend de la qualité de la lumière et de l'espèce (Longcore et al., 2015 ; Park et al., 2015b ; Silva et al., 2015 ; Wakefield et al., 2015 ; Acharya et al., 2016). Par exemple, aux Pays-Bas le nombre de phalènes brumeuses (Operophtera brumata, papillons) capturées en extérieur est plus important dans les zones directement éclairées par les LED que dans les zones d'ombre et l'effet est plus important dans le vert, puis dans le blanc et enfin dans le rouge (Geffen et al., 2015).

La prise alimentaire est également inhibée, et ce quelle que soit la qualité de la lumière (en mWatt/m²: 36,5 [vert], 42,3 [blanc] et 76,3 [rouge]). Là encore, les effets varient selon l'espèce (Van Langevelde et al., 2017).

Enfin, l'activité sexuelle est perturbée par l'éclairage nocturne. Différentes longueurs d'onde inhibent l'activité sexuelle des femelles et l'attraction des mâles pour ces femelles (qui produisent moins de phéromone spécifique) (Geffen et al., 2015). Ici, l'effet des différentes longueurs d'ondes est inverse de celui observé sur l'attraction (c'est à dire rouge > blanc > vert). Enfin, la prise alimentaire est considérablement réduite chez les papillons nocturnes

#### 7.6.4.2.2 Vertébrés

Il existe peu de données rapportant l'impact des LED en milieu naturel chez les vertébrés. Il convient dans l'état de s'appuyer sur les données relatives à l'ALAN et, quand cela est possible, les comparer à celles où les LED ont été expérimentées en laboratoire ou en extérieur. Dans l'état, il n'y a plus de doute sur le fait que l'ALAN affecte la phototaxie ; la migration et le système circadien (et donc les fonctions et comportements qui en découlent) et l'idée selon laquelle il en est de même avec les LED émerge, appuyée par les toutes premières données obtenues ces 5 dernières années.

### Poissons
L'éclairage nocturne faible (0,1, 1, 10 ou 100 lux) induit une inhibition de la production de mélatonine chez la perche, *Perca fluviatilis*, quelle que soit la longueur d'onde LED utilisée (Brüning *et al.*, 2016).

L'éclairage LED de nuit affecte la fonction de reproduction des poissons à plusieurs niveaux. Les LED blanches (1 lux) induisent une inhibition de l'expression des gonadotropines (FSH et LH) chez la femelle, alors que les longueurs d'ondes monochromatiques (bleue, verte ou rouge) n'ont pas d'effet (Brüning *et al.*, 2016). Chez les poissons demoiselle, *Chrysiptera parasema* et *Chrysiptera cyanea*, l'exposition nocturne à la lumière LED monochromatique favorise la maturation des gonades contrairement à la LED blanche (Shin *et al.*, 2013 ; Yeh *et al.*, 2014). Toutefois, chez le premier, ce sont les longueurs d'onde verte et bleu de faible intensité qui sont les plus efficaces, alors que chez le second c'est le rouge. La production d'estradiol est également stimulée chez *C. parasema* (Shin *et al.*, 2013). Ces données s'accordent avec celles obtenues chez le carassin (*Carassius auratus*) éclairé de jour par des LED monochromatiques (Song *et al.*, 2015). La lumière verte induit des taux plus élevés de gonadotrophines lesquelles en sus augmentent l'expression de la VAL-opsine.

Certains comportements sont également affectés chez les poissons côtiers. Ainsi, le *Black Bass*, *Micropterus dolomieu* qui nidifie et protège sa progéniture, voit son activité locomotrice - et donc sa dépense énergétique -, anormalement élevée en présence d'un éclairage nocturne continu ou intermittent (mimant la circulation automobile) (Foster *et al.*, 2008). L'éclairage intermittent est le plus « agressif ». De plus, la protection de la progéniture est également désynchronisée, rendant plus aléatoire la survie des alevins. Les poissons de rivière sont également affectés.

Chez la perche truitée, *Micropterus salmoides*, les lumières LED de toute longueur d'onde induisent un comportement de fuite lorsqu'elles sont appliquées de jour en remplacement de la lumière naturelle (Sullivan *et al.*, 2016).

Chez le saumon atlantique, un poisson migrateur qui nait en rivière, se nourrit en mer et revient se reproduire dans sa rivière de naissance, l'heure de l'émergence des alevins, leur dispersion et appropriation du territoire sont retardées et désynchronisées dès 1 lux et au-delà d'une illumination nocturne (Riley *et al.*, 2015). Dans ces conditions, des répercussions sur la survie sont attendues (concurrence pour les ressources du milieu, exposition aux prédateurs).

## Batraciens

Il a été montré en laboratoire (en utilisant une lumière équivalente à celle produite par un éclairage de rue, soit 14 700 fois l'éclairage de la pleine lune) que l'éclairage par des LED blanches affecte la distribution nocturne des individus ainsi que le choix du substrat naturel préféré (plus ou moins opaque et plus ou moins nutritif) des salamandres (*Ambystoma laterale* et *A. jeffersonianum*); ce n'est pas le cas des grenouilles (*Rana sylvaticus*) (Feuka *et al.*, 2017). Les auteurs concluent que ces choix sont de nature à affecter la survie des deux espèces ; les salamandres doivent choisir un substrat de moindre qualité nutritive et les grenouilles, qui ne migrent pas, sont davantage exposées aux prédateurs nocturnes.

## Reptiles

Il est bien établi que la lumière côtière représente un danger majeur pouvant conduire à l'extinction, pour les différentes espèces de tortues marines de par le monde (Pendoley *et al.*, 2015 ; Brei *et al.*, 2016 ; Truscott *et al.*, 2017). La lumière côtière de nuit altère le choix du lieu de nidification ou l'abandon du nid en cours de nidification, ou encore provoque la ponte en mer. L'émergence des jeunes, qui s'effectue essentiellement de nuit, est également altérée (Brei *et al.*, 2016) et celles ayant atteint la mer rebroussent chemin s'il y a éclairage
(Truscott et al., 2017). Ces phénomènes sont aggravés par le fait que les tortues reviennent souvent sur le même lieu de ponte.

L'impact des LED sur le comportement des tortues marines a été peu investigué. Robertson et al. (Robertson et al., 2016) ont étudié l'impact de LED émettant dans le rouge (bande étroite, 600-670 nm, $λ_{max}$ = 640 nm) ou le jaune (bande large, 600-750 nm, $λ_{max}$ = 620 nm) chez la caouanne (Caretta caretta) sur plusieurs sites de la côte est australienne. À intensité égale, les 2 longueurs d'ondes induisent une désorientation totale des jeunes juste éclos dans leur course vers la mer. L'effet maximal est obtenu avec la couleur ambre, et en absence de lune. Ils dépendent du nombre de spots d'éclairage. Selon les auteurs, l'éclairage côtier est de nature à mettre en jeu la survie de cette tortue que l'on retrouve dans les océans du monde entier.

## Oiseaux

Les données relatives à l'impact de l'ALAN sur les oiseaux sont abondantes. Ils sont particulièrement touchés par la lumière de nuit, laquelle affecte la phototaxie, l'orientation et la migration et altère les rythmes endogènes journaliers et annuels (Dominoni et al., 2013b; Zhao et al., 2014; Ronconi et al., 2015; de Jong et al., 2016b; Dominoni et al., 2016; Krüger et al., 2017; Foster et al., 2018). On note plus d'une soixantaine de publications sur les trois dernières années. De l'ensemble, il ressort que l'ALAN exerce un pouvoir d'attraction et une désorganisation du système circadien chez les oiseaux sédentaires et migrateurs. Ces effets sont observés autant sur terre que sur mer où la lumière émise par les plateformes de forage et d'extraction, et navires associés, ont des effets notables. Les oiseaux sont attirés par la lumière et désorientés. La collision sur les structures solides (ou le contact avec les flammes des cheminées de rejet) ont des effets dramatiques, entrainant la mort de centaines, voire de milliers d'individus (Ronconi et al., 2015; Krüger et al., 2017; Rodriguez et al., 2017). Ces effets peuvent varier en fonction de la qualité et de l'intensité de l'éclairage utilisé: les plus toxiques étant les lampes aux halogènures métalliqueset les moins toxiques celles à Sodium, les LED occupant une position intermédiaire (Ronconi et al., 2015). De plus, lorsque la collision est évitée, les oiseaux migrateurs tournent en cercles autour des plateformes, peut être en relation avec le fait que certains nécessitent un ciel étoilé pour s'orienter (Foster et al., 2018). Ceci a des conséquences sur la trajectoire et le temps de migration, la dépense énergétique et finalement, là encore, sur la survie.

En dehors de ces effets directs létaux, l'ALAN induit des effets indirects à travers la désorganisation du système circadien (cf. ci-dessous).

Chez plusieurs espèces d'oiseaux, dont la mésange charbonnière *Parus major* (Ouyang et al., 2015; Raap et al., 2015; de Jong et al., 2016a; Raap et al., 2016a; Raap et al., 2016c; de Jong et al., 2017), le merle *Turdus merula* (Dominoni et al., 2013a) et le tisserin *Ploceus philippinus* (Singh et al., 2012), les lumières LED couvrant un spectre large (450 à 700 nm) affectent le rythme journalier d'activité (locomotrice et chant), la qualité du sommeil et son rythme, ainsi que la production nocturne de mélatonine. En laboratoire, les effets sont dépendants de la dose (0,05 à 5 lux) et de la composition spectrale (de Jong et al., 2016a; de Jong et al., 2017). En milieu urbain (éclairage conventionnel), la mésange évite, quand cela est possible, l'illumination nocturne (de Jong et al., 2016b). Si l'ALAN n'affecte pas les marqueurs de stress oxydatif (Casasole et al., 2017), on note qu'en milieu urbain les taux de corticostérone sont plus élevés chez les mésanges éclairées par des LED blanches, rouges, bleues ou vertes (8,2 ± 0,3 lux) (Ouyang et al., 2015). Les effets dépendent de la longueur d'onde et de la distance du nid à la source de lumière. Le nombre d'oisillons est également diminué dans les nids éclairés et une corrélation négative ressort entre le nombre d'oisillons et les taux de corticostérone d'une part (Ouyang et al., 2015), et la distance à la source de
lumière d'autre part (de Jong et al., 2015). Dans des conditions similaires, aucun n'effet ne fut observé sur le gobemouche noir (*Ficedula hypoleuca*). En laboratoire, un éclairage nocturne de 3 lux à l'aide de LED à spectre large diminue les niveaux de mélatonine tout en augmentant des marqueurs du stress oxydatif à court terme chez l'oisillon de mésange de 13 jours (Raap et al., 2016b).

L'ALAN a un effet sur le rythme annuel de reproduction des oiseaux (Le Tallec, 2014 ; Longcore et al., 2015). Ainsi, chez le merle (*T. merula*), une lumière blanche de 0,3 lux induit une avance de phase d'un mois sur le système reproducteur (taille et fonctionnalité des testicules ; taux de stéroïdes) et sur la mue (Dominoni et al., 2013a). De façon intéressante, ces paramètres varient différemment selon que les merles étaient capturés en ville ou en forêt, ce qui suggère que l'habitat induit des modifications adaptatives chez l'espèce. Des données similaires ont été obtenues chez le geai de Californie, *Aphelocoma californica*, où les taux de mélatonine, de testostérone et d'œstradiol ainsi que ceux de l'hormone lutéinisante (LH), sont altérés par l'éclairage nocturne faible (3,2 ± 0,2 lux), correspondant à celui mesuré dans les zones suburbaines de la ville de Davis (Californie, États-Unis (Schoech et al., 2013)). L'effet induit une inhibition de la fonction de reproduction de façon différentielle selon le sexe. Chez l'oiseau moqueur (*Mimus polyglottos*) et le merle américain (*Turdus migratorius*), l'ALAN induit des modifications de l'heure de chant et du comportement de cour (effet dépendant de l'intensité de l'éclairage de nuit) ainsi qu'un démarrage avancé de la saison de reproduction (Longcore, 2010).

Enfin, l'impact de l'illumination nocturne continue ou ponctuelle sur les horloges est probablement à l'origine de retards de développement observés au niveau de l'œil chez les jeunes oiseaux (de même que chez les primates) et à l'origine d'amétropie (Nickla and Totonelly, 2016).

On soulignera ici que, d'une façon générale, ces données s'accordent avec celles obtenues sur sites avec les éclairages conventionnels urbains (Raap et al., 2016b) et que, là encore, les effets diffèrent selon l'espèce (par exemple entre les migrateurs terrestres et marins), le sexe et la zone géographique et l'éclairage considéré.

## Mammifères

Les données chez les mammifères sont encore rares et concernent un nombre limité d'espèces. Pour les espèces de laboratoire telles que le rat, elles concernent essentiellement l'impact de la lumière sur la structure et la fonction de la rétine (Dauchy et al., 2016). L'influence potentielle des LED sur la santé et le bien-être animal n'a été que très peu explorée. Dauchy et ses collègues ont comparé l'impact de l'éclairage diurne à base de lampes fluorescentes à celui de LED blanches à intensité égale, mais avec une plus forte composante bleue, sur les rats *Rattus norvegicus* (Dauchy et al., 2016). Il ressort que les taux de mélatonine nocturne sont 7 fois plus élevés chez les rats éclairés en LED comparativement aux autres. De plus, la prise alimentaire, la boisson, la croissance et les taux lipidiques de différents tissus sont significativement réduits chez les premiers comparativement aux seconds, alors que c'est l'inverse pour les taux de protéines. Dans le sang, le rythme de la concentration d'O₂ artériel n'est pas altéré, celui de la concentration en CO₂ reste en phase, mais montre des taux plus élevés chez les éclairés LED. Les niveaux de glucose, leptine, lactate, corticostérone sont diminués. Cependant, le rythme de leptine plasmatique montre un retard de phase, alors que ceux de glucose et lactate montrent plutôt une avance de phase chez les animaux éclairés avec des LED, comparativement aux témoins. Chez les chevaux, 1 h d'éclairage LED à une longueur d'onde de 458 nm induit une inhibition de la sécrétion nocturne de mélatonine à partir de 3 à 10 lux d'éclairement (Walsh et al., 2013).
Chez le hamster (Phodopus sungorus), les gonades, la masse corporelle, le nombre de spermatogonies sont réduits en hiver, le pelage blanchit et s'épaissit. L'éclairage nocturne (lumière blanche de qualité non définie) de 5 lux abolit toutes ces manifestations et l'animal présente une activité de type estival (Ikeno et al., 2014). De plus, l'expression d'un certain nombre de gènes est altérée, dont le gène horloge Per1, celui du récepteur à la mélatonine Mel1a, ou les gènes impliqués dans le développement (eye3) ou la reproduction (TSH, GnIH, GnRH). Enfin, l'activité locomotrice et la réponse immunitaire sont altérées. De la même façon, chez la souris (Mus musculus) exposée aux mêmes conditions, l'activité locomotrice, la température corporelle et la réponse immunitaire sont altérées (Fonken et al., 2014).

Chez le microcèbe (Microcebus murinus), les effets de l'exposition à un éclairage nocturne par des LED blanches (0,3 lux) mimant l'éclairage lunaire ont été comparés à ceux de l'exposition à la lumière de la pleine lune (Le Tallec et al., 2016). Après 5 semaines, on note des modifications des rythmes (phase et amplitude) de température corporelle et d'activité locomotrice chez les deux sexes, été comme hiver (cf. Figure 133). Dans le groupe exposés aux LED, la fréquence et la durée des phases de torpeur sont diminuées, l'œstradiol urinaire est plus élevé chez les femelles en œstrus et en pré ou post-œstrus, l'activité locomotrice est réduite, et les taux de testostérone et la taille des testicules augmentent avec le temps d'exposition chez les males (cf. Figure 133).

<figure><img src="image_184.png" /><figcaption>Figure 133 : évaluation de l'impact de l'exposition aux LED sur la température corporelle, la taille des testicules et les taux sanguins chez le microcèbe</figcaption></figure>

a : chez le microcèbe mâle ou femelle, la température corporelle (Tc) et l'activité locomotrice (LA) sont altérées chez les animaux éclairés de nuit par une lumière LED blanche de 0,3 lux (POLL), comparativement à ceux soumis à la lumière lunaire (MOON). b : la taille des testicules (testis) et les taux sanguins de testostérone sont accrus (Le Tallec et al., 2016).

La documentation la plus abondante concernant les mammifères se rapporte à la famille des chauves-souris (Azam, 2016). Les études de terrain indiquent que la lumière nocturne a un impact plus important sur la distribution de différentes espèces de chauves-souris (Pipistrellus pipistrellus ; Eptesicus serotinus ; Pipistrellus kuhlii ; P. nathusius ; Nyctalus leisleri) que la colonisation des terres par les espaces urbains et agricoles (Azam, 2016). Une étude portant sur une quinzaine d'espèces indique deux grands types de comportements selon que les chauves-souris sont tolérantes ou intolérantes (et donc désavantagées) à l'éclairage nocturne (Lacoeuilhe et al., 2014).

En résumé :
* les études d'impact des LED et de l'ALAN sur le vivant ne peuvent être dissociées. Les recherches sur les premières s'appuient encore beaucoup sur celles menées sur l'ALAN.

* elles concernent un nombre très limité d'espèces. Les généralisations restent difficiles.

* tous les organismes vivants sont concernés. Les effets varient considérablement selon l'espèce et, au sein d'une même espèce, selon le sexe, l'âge ou la répartition géographique et les caractéristiques de l'éclairage (dose, spectre, etc.).

* les études en milieu contrôlé visent essentiellement à améliorer les productions agro-alimentaires. Celles en milieu ouvert, moins abondantes, concernent l'adaptation des espèces aux conditions imposées.

* phototaxie, phototropisme et horloges biologiques sont à la base des réponses des organismes aux stimuli LED et ALAN. L'impact sur les horloges laisse supposer des effets multiples en cascade dont tous sont loin encore d'être élucidés.

S'il est de plus en plus évident que LED et ALAN sont de nature à impacter les êtres vivants, deux aspects sont encore insuffisamment explorés. Le premier concerne les répercussions sur l'écosystème : si un facteur anthropique - tel que LED ou ALAN - a des effets sur les espèces, il est logique de supposer qu'il affectera également, de manière indirecte, les communautés liées par une chaine trophique ou symbiotique (Bennie et al., 2015a ; Bennie et al., 2015b ; Sanders et al., 2015 ; Bennie et al., 2016). Le second concerne la multiplicité des facteurs anthropiques : ALAN, pollution chimique, échauffement climatique, réduction des espaces naturels et obstacles physiques, etc. forment un ensemble dont la somme peut résulter en des effets plus qu'additifs ; sans exclure les effets masquant que peuvent avoir certains facteurs sur d'autres. Ce dernier aspect, d'importance capitale, est toutefois le plus mal connu car le plus difficile à étudier. Ces questions sont abordées ci-dessous.

### 7.6.5 LED et écosystèmes

Un écosystème englobe une association d'organismes vivants et leurs interactions entre eux et avec leur environnement abiotique (physique et chimique). Les écosystèmes terrestres incluent les forêts, prairies, déserts, zones humides et grottes. Les écosystèmes aquatiques incluent les cours d'eau, lacs, estuaires, mers et océans. Ils permettent différents processus d'importance vitale telles que le maintien à l'équilibre des populations, la pollinisation, la dispersion des graines, la purification de l'eau et de l'air, la stabilisation des sols, la décomposition et le recyclage des déchets, etc. La Figure 134 souligne l'interdépendance des composantes d'un écosystème donné quelle que soit sa nature.

Les écosystèmes sont mis à mal par les activités humaines (anthropisation) comme l'urbanisation, les exploitations minières, la déforestation, les pollutions physiques (telles que la lumière et la température) et chimiques (insecticides, pesticides, métaux lourds, nanoparticules, plastiques, etc.) et induisent des déséquilibres, (Kunz et al., 2011). Le dérèglement climatique, avec en particulier la hausse des températures et l'acidification des mers et océans, est également un facteur perturbateur qui ne peut être négligé.

Il est important de souligner que toute perturbation d'une ou de plusieurs composantes d'un écosystème entraine nécessairement des répercussions sur l'ensemble, pouvant aller jusqu'à sa destruction, comme détaillé ci-dessous.
### 7.6.5.1 Forces descendantes, ascendantes et non-trophiques

Les effets directs d'une pression anthropique telle que l'ALAN sur une seule espèce peuvent entraîner des effets indirects en cascade et de grande envergure sur l'ensemble de l'écosystème dans lequel elle vit, qu'il soit marin, d'eau douce ou terrestre (Bennie *et al.*, 2015a; Bennie *et al.*, 2016). Ces effets en cascade peuvent être descendants, ascendants ou de nature non-trophiques.

Dans l'effet descendant, l'impact initial porte sur un prédateur ou un parasite ou un herbivore dont la distribution et/ou l'abondance changent suite à l'attraction ou à la répulsion exercée par l'ALAN. Ces modifications sont de nature à provoquer des changements dans les populations sur lesquelles ils vivent (hôtes, proies ou plantes (Bennie et al., 2015a)).

Dans l'effet ascendant, l'impact porte en premier sur une ressource alimentaire. Les prédateurs, les parasites ou ceux qui vivent des détritus seront alors impactés, à différents niveaux de la chaine alimentaire.

Les interactions dites non-trophiques, se réfèrent à l'impact provoqué par l'ALAN sur les espèces pollinisatrices ou celles responsables de la dispersion des semences (plus de 75 % des cultures mondiales dépendent, à des degrés divers, de la pollinisation animale)62. Il pourra s'agir aussi de la compétition pour une ressource entre espèces à activité diurne, nocturne ou crépusculaire dont les rythmes d'activité sont décalés dans la nature, mais altérés par les modifications de photopériode. Ces différents effets (1) peuvent être déclenchés par des changements au niveau du comportement, de la physiologie, de la densité d'une population ; (2) ont le potentiel de restructurer les communautés d'un écosystème, voire d'en affecter la biodiversité ; (3) se produisent dans une multitude de systèmes ; (4) dépendent de la saison, de la zone géographique ou encore de la nature de l'écosystème considéré (Bennie *et al.*, 2015a).

<footnote n="62">⁶²https://www.iucn.org/fr/news/secretariat/201612/publication-des-rapports-d%E2%80%99%C3%A9valuation-de-la-biodiversit%C3%A9-sur-la-pollinisation-et-sur-les-sc%C3%A9narios-et-la-mod%C3%A9lisation</footnote>
<figure><img src="image_185.png" /><figcaption>Figure 134 : écosystèmes et exemples d'interdépendances dans un écosystème aquatique (étang) en haut et terrestre en bas. L'Homme se situe au sommet des chaines alimentaires dans tous les cas</figcaption></figure>

Source : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/IMG/eco_etang.gif (image du haut), https://www.sfecologie.org/regard/regards-3-mouquet/ (image du bas)

Les études portant sur cet aspect de l'impact de l'ALAN, et a fortiori des LED, restent rares, quelques exemples sont rapportés ci-dessous.

### 7.6.5.2 Écosystème côtier : poissons brouteurs et invertébrés sessiles

Soixante pourcent des villes les plus grandes sont situées à moins de 100 km des côtes et plus de 20 % des zones côtières subissent l'ALAN (Bolton et al., 2017). Une étude menée dans le port de Sydney (Australie) a montré que l'abondance des poissons, toutes espèces confondues, varie au cours du cycle de 24 h (cf. Figure 135). Certains de ces poissons se nourrissent d'invertébrés sessiles (coraux, éponges, oursins) lesquels adaptent leur activité (alimentation, reproduction *via* la libération des gamètes) au rythme imprimé par les prédateurs/brouteurs. L'éclairage LED nocturne (mimant l'éclairage urbain) modifie la distribution et l'alimentation des poissons dans le bassin ; en conséquence, la quantité d'invertébrés sessiles consommés au cours du cycle de 24 h est également modifiée. Celle-
ci devient anormalement élevée de nuit. L'effet sur les poissons prédateurs s'est répercuté sur les assemblages d'invertébrés sessiles à court terme (Bolton et al., 2017). Sur le long terme, on peut raisonnablement supposer que la population d'invertébrés sessiles diminuera non seulement à la suite d'une consommation accrue, mais également en conséquence d'une altération de la fonction de reproduction, laquelle a lieu essentiellement de nuit. De plus, les éclairages LED (blancs froids) modifient les assemblages d'invertébrés sessiles et mobiles en diminuant certaines populations et en augmentant d'autres (Davies et al., 2012).

Ainsi, les LED modifient les assemblages à plusieurs niveaux d'un écosystème, individuellement et de façon indépendante.

<figure><img src="image_186.png" /><figcaption>**Figure 135 :** impact des LED sur l'abondance des poissons et invertébrés sessiles dans le port de Sydney au cours du cycle de 24 h</figcaption></figure>

À gauche : le nombre de poissons et leur activité varie entre le jour (Day ; tracé gris) et la nuit (Night ; tracé bleu). Un éclairage LED nocturne (ALAN ; tracé jaune) à des niveaux correspondant à ceux de l'éclairage urbain (4 050 lm, lumière chaude), induit une modification du pattern nocturne. À droite : Comparativement à la nuit, la perte d'invertébrés sessiles par broutage est plus élevée de jour ; en augmentant l'activité des poissons prédateurs l'ALAN accentue la perte nocturne. L'effet est observé sur les assemblages non protégés (uncaged), pas sur ceux sous abris (caged) (Bolton et al., 2017).

### 7.6.5.3 Écosystème terrestre : redistribution des populations d'insectes

L'ALAN utilisant (ou non) des LED induit des redistributions dans les populations d'insectes (Meyer et al., 2013 ; Davies et al., 2017). On observe que lorsque certaines espèces augmentent, d'autres diminuent ; globalement le nombre d'espèces représentées (ou richesse spécifique) est significativement altéré. La taille et le poids des individus peuvent également être affectés. Ainsi, dans les rivières de l'Ohio (États-Unis), l'éclairage des berges à des niveaux de 10-12 lux induit une diminution de 44 % du nombre d'araignées *tetragnathidae*, de 16 % de la biodiversité et de 76 % de la taille corporelle moyenne des espèces. À l'inverse, la taille des arthropodes terrestres voisines est multipliée par 3 (Meyer et al., 2013). Les auteurs concluent que l'ALAN altère la structure des communautés dans les systèmes humides ou qu'un échange a lieu entre milieux aquatique et terrestre.

L'éclairage de rue induit une redistribution des communautés d'insectes terrestres de surface près des sources de lumière, quelle que soit l'heure du jour ou de la nuit (Davies et al., 2012 ; Bennie et al., 2015a ; Davies et al., 2017). Dans une expérimentation s'étalant sur 3 ans, l'équipe de Davies (Davies et al., 2017) a montré que les éclairages nocturnes par des LED de différente nature et intensité modifient la distribution des espèces d'arachnides et de coléoptères au sol (cf. Figure 136). Les effets sont atténués sans être abolis, avec des éclairements d'intensité ou de durée réduites. Les espèces de prédateurs et de charognards sont les plus représentées près des zones éclairées, suggérant une altération de l'écosystème local.
<figure><img src="image_187.png" /><figcaption>Figure 136 : impact de l'éclairage nocturne par des LED sur la distribution de populations d'araignées et de coléoptères</figcaption></figure>

Tous les éclairages sont appliqués en continu sauf un, où la lumière est éteinte de 0 à 4 h du matin comme indiqué. L'éclairement de 24 lux correspond à celui obtenu au sol par les éclairages conventionnels (Bennie et al., 2016 ; Davies et al., 2017).

Les insectes volants sont également attirés par la lumière de nuit. Pawson & Bader (Pawson et al., 2014) ont montré que le nombre d'insectes volants capturés était plus important de 48 % avec les lampes LED (4 000 K, Luxeon M, LXR7-SW40 ; Koninklijke Philips) qu'avec les lampes au sodium (Sunlux ACE, NH-360 FLX ; EYE Lighting). De plus, les effets LED sont optimaux quelle que soit la température de couleur de la lampe (de 2 700 à 6 500 K). Les auteurs suggèrent que le remplacement des lampes au sodium par les LED est de nature à aggraver les effets de l'ALAN. Ils suggèrent des conséquences aggravantes non prédictibles, relatives au fait que les LED attirent des espèces ravageuses au dépend d'espèces endémiques, telles le Bombyx disparate (Lymantria dispar) auxquels les chenilles s'attaquent. D'autres études (Macgregor et al., 2015b ; Macgregor et al., 2017) montrent que les papillons de nuit sont, dans leur grande majorité, attirés par les lampes de rue, délaissant les champs et les zones près du sol où leur population se réduit de près de 50 %. Près des lampes, la biodiversité est également réduite de 25 %. Si leur activité est augmentée, ils transportent moins de pollen que ceux des régions non éclairées. Ceci suggère un impact possible sur les plantes dont la pollinisation dépend de ces espèces.

Une étude sur divers sites a été réalisée en milieu naturel comportant une variété de plantes (Cirsium oleraceum ; Eupatorium cannabinum, Valeriana officinalis, Epilobium angustifolium et Silene vulgaris) qui n'avaient jamais subi l'ALAN au préalable (Knop et al., 2017). La moitié des sites (7) furent éclairés de nuit en utilisant des lampadaires équipés de LED (Schréder GmbH, type: Ampera Midi 48 LED, blanches [4 000 K ; 6 800 lm]) ; l'autre moitié est restée dans l'obscurité (Knop et al., 2017). Il ressort que l'ALAN réduit de 62 % les visites d'insectes nocturnes pollinisateurs avec des effets négatifs sur la production des plantes concernées. De plus, un impact indirect affecte également les espèces pollinisatrices diurnes, avec au final une réduction générale des plantes ainsi que des insectes qui en dépendent (cf. Figure 137).
<figure><img src="image_188.png" /><figcaption>Figure 137 : effet de l'éclairage LED sur les populations d'insectes pollinisateurs et les plantes concernées</figcaption></figure>

Les 7 sites sombres sont en (a) et les 7 sites éclairés en (b). Les rectangles en haut représentent les espèces d'insectes, ceux en bas les espèces de plantes. L'épaisseur est proportionnelle à la quantité. Les lignes de liaison représentent les interactions entre les espèces. On note une réduction importante de l'ensemble des composantes de l'écosystème ; pour les espèces animales cette diminution est indépendante de leur mode diurne (exemple : abeilles) ou nocturnes (exemple : certains papillons) (Knopp et al., 2017).

Une augmentation de l'activité nocturne due à l'ALAN affecte également les mammifères terrestres. La majorité d'entre eux (69 %) sont des espèces nocturnes. Une corrélation inverse très nette existe entre les surfaces du globe soumises à l'ALAN et la richesse en espèces de mammifères (Duffy et al., 2015). Les souris (Rotics et al., 2011a ; Rotics et al., 2011b) et les petits mammifères des forêts tropicales (Bengsen et al., 2010) sont moins actifs dans leur recherche de nourriture, afin de minimiser les risques de prédation. À l'inverse, les espèces diurnes et crépusculaires étendent sous ALAN le temps d'activité et de prédation, en particulier les insectivores qui se nourrissent d'insectes attirés par la lumière des lampadaires (Lacoeuilhe et al., 2014 ; Minnaar et al., 2015 ; Russ et al., 2015). À cet égard, les chauves-souris offrent un cas d'étude exemplaire (cf. ci-dessous).

### 7.6.5.4 Écosystème terrestre : chauves-souris insectivores et végétariennes

Les chauves-souris représentent 30 % des mammifères. Dix sept pourcent des 1232 espèces répertoriées sont en danger d'extinction. Ce sont les seuls mammifères volants. Leur activité nocturne est de loin la plus importante de tous les mammifères nocturnes connus. Elles effectuent des déplacements à courte et à longue distance. À courte distance, il s'agit de recherche de nourriture et, lors de naissances, de nombreux allers/retours pour nourrir la progéniture. Les déplacements à longues distances sont observés en particulier aux intersaisons (recherche de sites d'hibernations) ou aux transitions entre les phases d'activité ou de repos sexuel. Les chauves-souris montrent une grande richesse et diversité d'habitats (grottes, caves, arbres, etc.) et d'habitudes alimentaires, avec des espèces carnivores (insectivores pour la majorité, mais pas seulement) et végétivores (fruits, fleurs ou nectar). Elles occupent tous les étages de la chaîne alimentaire, primaire, secondaire et tertiaire et jouent un rôle particulièrement important dans la régulation des populations
d'insectes (dont les nuisibles), la pollinisation ou la dispersion des graines (Boyles *et al.*, 2011 ; Kunz *et al.*, 2011). La durée, le commencement et la fin de l'activité nocturne sont spécifiques à chaque espèce, adaptés à leur différents modes de vie. Ainsi, les femelles allaitantes démarrent précocement au crépuscule par rapport aux autres individus. À l'inverse, les femelles gestantes et les espèces à vol lent commencent plus tard dans la nuit. Les insectivores (*Pipistrellus* spp. et *Nyctalus* spp.) ont des pics d'activité crépusculaires, c'est la présence des proies plutôt que les niveaux lumineux qui règle le mode d'activité, bien qu'en laboratoire les *Pipistrellus* montrent une certaine réticence à voler en environnement lumineux (Mathews *et al.*, 2015). En revanche, les chauves-souris glaneuses ou mangeuses de papillons nocturnes (e.g., *Barbastella barbastellus*, *Myotis nattereri*, *M. bechsteinii*) sont davantage sensibles à l'éclairage et préfèrent l'obscurité complète.

Les observations réalisées en milieux naturel et urbain (utilisant des lampes à vapeur de sodium sous basse pression (LPS) ou des LED blanches) indiquent que l'ALAN affecte le comportement des chauves-souris (Polak *et al.*, 2011 ; Stone *et al.*, 2012 ; Lewanzik *et al.*, 2014 ; Leliavski *et al.*, 2015 ; Mathews *et al.*, 2015 ; Minnaar *et al.*, 2015 ; Azam, 2016 ; Rowse *et al.*, 2016 ; Lewanzik *et al.*, 2017b). Parmi les effets les plus notables, on observe un retard de la sortie des nichoirs et une diminution des capacités à se reproduire, une modification des vitesses et des itinéraires de vol (trajectoire, hauteur) ainsi que des collisions importantes (~25 %) avec l'obstacle éclairé (indiquant que l'écholocalisation n'est pas le seul moyen de repérage pour certaines espèces).

Les effets dépendent de l'espèce. Les chauves-souris glaneuses (à vol généralement lent), ou se repérant uniquement aux ultra-sons (*Rhinolophus* spp., *Plecotus* spp., *Myotis* spp.), sortent plus rarement et modifient leurs itinéraires en milieu éclairé de nuit. À l'inverse, certaines espèces insectivores à grande envergure et à vol rapide (*Lasiurus* spp., *Eptesicus* spp., *Nyctalus* spp., *Pipistrellus* spp.) sont attirées par l'ALAN (Lewanzik *et al.*, 2014 ; Mathews *et al.*, 2015 ; Azam, 2016 ; Lewanzik *et al.*, 2017a). Toutefois, ce comportement n'est pas une généralité : *Eptesicus bottae* accélère sa vitesse de vol et ne chasse plus les insectes (Polak *et al.*, 2011).

Selon Rowse, le remplacement des LPS par des LED (blanches) ne modifie pas la réponse des chauves-souris (Rowse *et al.*, 2016). Cependant, les expériences de terrain réalisées en Grande Bretagne à l'aide de LED blanches de différentes intensités confortent partiellement ces conclusions : les activités des espèces *Rhinolophus hipposideros* et de *Myotis* spp., à vol lent, étaient réduites y compris à des éclairements faibles de 3,6 lux, mais celles des espèces à vol rapide (*Pipistrellus pipistrellus*, *P. pygmaeus*, *Nyctalus* SPP., *Eptesicus* spp.) n'étaient pas affectées y compris à l'éclairement le plus fort (49,8 lux) (Stone *et al.*, 2012). Les auteurs concluent que les éclairages LED produisent des réponses complexes et spécifiques à l'espèce chez les chauves-souris ; ils insistent sur la nécessité d'étendre les recherches à d'autres groupes taxonomiques.
a. Les papillons de nuit (Geometridae, Noctuidae ou Notodontidae) possèdent un système de détection des ultrasons émis par les chauves-souris (Nyctalus noctula) qui active la fuite par descente vers le sol. Ce comportement de fuite est mesuré de nuit ou sous éclairage de rue LED et en présence ou en absence de *N. noctula*.

pas de modification ; déplacement en zigzag ; descente vers le sol. Le mouvement de descente est réduit en présence de lumière LED. Il est activé de nuit en présence du prédateur, mais de façon moins importante sous LED. La largeur des colonnes est proportionnelle à l'échantillonnage.

Modifié d'après [Wakefied et al., 2015]

<figure><img src="image_189.png" /></figure>

<figure><img src="image_190.png" /></figure>

b. Les environnements éclairés de nuit attirent la chauve-souris du cap Neoromicia capensis. Les populations de papillons sont significativement réduites ; celles des coléoptères et des diptères est également affectée, mais de façon non significative.

non éclairé (unlit) ; éclairé (lit)

Modifié d'après [Minnaar et al., 2015]

<caption>Figure 138 : interaction proie / prédateur</caption>
Quoiqu'il en soit, ces remaniements de populations ont un impact sur les populations d'insectes dont se nourrissent les chauves-souris, et plus particulièrement les papillons nocturnes (cf. Figure 138) (Minnaar et al., 2015; Wakefield et al., 2015). Ces derniers sont puissamment attirés par la lumière de nuit et c'est l'une des raisons pour lesquelles la population mondiale de papillons nocturnes est en constante diminution (Macgregor et al., 2015a). Cette attraction entraine chez ces insectes nocturnes une perturbation du comportement (vol, recherche de nourriture ou de partenaire sexuel) et de la fonction de reproduction. De plus, la lumière de nuit altère également le système de détection des ultrasons dont certains de ces papillons sont pourvus, une stratégie adaptative qui permet de repérer le prédateur (cf. Figure 138). L'attraction vers la lumière attire la présence du prédateur et une consommation accrue du papillon devenu plus vulnérable. Une conséquence majeure est la réduction généralisée de la population de papillons de nuit et une redistribution des populations d'insectes du milieu (cf. Figure 138). Ce remodelage est susceptible d'avoir des conséquences sur l'ensemble de l'écosystème (Macgregor et al., 2015a):

* sur les plante, car les lépidoptères nocturnes sont parmi les plus grands pollinisateurs. La conservation de certaines plantes est donc susceptible d'être mise en question ;

* sur les autres prédateurs (araignées et petits vertébrés) qui se nourrissent de ces papillons.

En conséquence, si sur le court terme l'ALAN est un avantage pour les prédateurs volants, sur le moyen et le long terme apparaissent des désavantages, avec des risques de mortalité accrue par collision pour les chauves-souris et la raréfaction des proies conduisant à une dynamique populationnelle négative (Altringham and Kerth, 2015; Azam, 2016).

La survie de certaines plantes est susceptible d'être questionnée également par la diminution des populations de chauves-souris mangeuses de fruit et de nectar (Lewanzik and Voigt, 2014). *Carollia sowelli*, une espèce tropicale américaine, est repoussée par la lumière. En présence d'un éclairage de 4,5 lux (Lampe Sodium à Haute Pression, HPS) son activité est réduite de 50%, sa consommation de fruits de 20% et l'heure de cette consommation est repoussée de plus de 100%. Compte tenu du rôle important joué par cette espèce dans la dispersion des graines de plantes de *Piperaceae* (poivrier) et *Solanaceae* (pomme de terre, tomate, aubergine, piment), les auteurs soulignent les potentielles conséquences néfastes que l'ALAN peut avoir sur la dispersion des graines et donc leur production (Macgregor et al., 2015a). Ils concluent que les études d'impact de l'ALAN sur les chauves-souris et les plantes qui en dépendent (dont certaines d'importance économique et agroalimentaire (karité)) pour la dispersion de leurs graines et la pollinisation, nécessitent d'être étendues.

### 7.6.6 LED et autres facteurs biotiques et abiotiques

L'éclairage diurne ou nocturne (quelle que soit sa nature) n'est pas la seule pression anthropique exercée sur la nature. L'extension continue des activités humaines, industrielles et de loisir, conduit à une réorganisation permanente des espaces. L'extension des zones urbaines et périurbaines ainsi que des axes routiers, ferroviaires et maritimes, ou encore de certaines zones agricoles ou de loisir, entraine une diminution et une fragmentation des habitats naturels. À cela viennent s'ajouter les nuisances associées : obstacles, polluants physiques (lumière, bruit) et chimiques (perturbateurs endocrines, (polychloro-biphényles (PCB), stéroïdes de synthèses, pesticides organochlorés, détergents, etc.), métaux lourds,
etc.) auxquels viennent s'ajouter les effets du changement climatique (hausse des températures, acidification des océans). Dans l'organisme, nombre de ces facteurs ciblent les mêmes organes ou des organes associés et connectés, et la question a été posée de savoir quel effets peuvent avoir ces différents facteurs agissant simultanément et/ou successivement sur les individus et les écosystèmes (Mora et al., 2007 ; Darling et al., 2008 ; Côté et al., 2016). Il apparaît que l'action simultanée de plusieurs facteurs perturbants a des effets synergiques<fnref n="63" /> ou coopératifs<fnref n="64" /> dans plus de la moitié des cas. Par exemple, la population des rotifères décline lorsqu'il y a surexploitation, ou élévation de la température ou encore fragmentation de l'habitat et la vitesse de ce déclin est multipliée par cinquante lorsque ces facteurs agissent simultanément (Mora et al., 2007). Dans d'autres cas, les effets sont additifs ou antagonistes (Mora et al., 2007 ; Darling et al., 2008 ; Côté et al., 2016).

Il s'en suit que certaines populations animales seront vraisemblablement incapables de faire face à de multiples facteurs de stress, ce qui entrainera une accélération de la perte de la biodiversité (Novacek et al., 2001 ; Folke et al., 2004 ; Mora et al., 2007).

Les données impliquant l'action combinée de multiples facteurs perturbants dont l'ALAN sont encore rarissimes.

### 7.6.6.1 Quelques exemples impliquant l'ALAN

En zones urbaines, le bruit, la température et l'éclairage affectent le comportement de chant de la grenouille *Engystomops pustulosus*. Un parasite du batracien, la mouche Corethrella spp., est attirée par l'hôte lorsqu'il chante. L'action combinée de la lumière et du bruit diminue le chant de la grenouille, destiné à attirer les femelles (McMahon et al., 2017). Il s'en suit aussi une diminution de l'attraction du parasite. Ainsi, l'action conjuguée de deux facteurs affecte le comportement de cour d'une espèce et son parasitage par une autre. La nécessité de considérer la multiplicité des facteurs anthropiques urbains dans les études d'impact sur les communautés s'impose.

La fragmentation de l'habitat, suite à la construction de voies de circulation, provoque une réduction substantielle des populations de chauves-souris mettant les espèces en danger. La décroissance de la population est due à une chaine de réactions en cascade (cf. Figure 139) : (1) la perte de l'habitat, (2) la perte en qualité de l'habitat, incluant, le bruit, l'ALAN et la pollution chimique (échappements), (3) les collisions avec les véhicules et structures solides, (4) la fragmentation de l'habitat (Altringham et al., 2015). Aujourd'hui, les politiques publiques anglaises prennent en compte ces phénomènes dans des études préparatoires (Altringham et al., 2015).

<footnote n="63">⁶³ L'effet final est distinct de tout ce qui aurait pu se produire si les facteurs responsables avaient opéré isolément.</footnote>

<footnote n="64">⁶⁴ Les effets sont plus qu'additifs ; ils sont multipliés.</footnote>
<figure><img src="image_191.png" /><figcaption>Figure 139 : effets cumulatifs des facteurs de stress sur les populations de chauves-souris</figcaption></figure>

La construction d'une route (flèche verticale) a entrainé une fragmentation (effet barrière) et une diminution de l'habitat, une perte de qualité (lumière nocturne, bruit et pollution dues aux échappements des automobiles) et des collisions. Les effets cumulés, étalés dans le temps, entrainent une réduction de la population, mettant les espèces concernées en danger. L'ampleur des effets dépend des espèces.

(Altringham and Kerth, 2015)

Compte tenu de la rareté des exemples disponibles, il convient dans l'état de s'appuyer sur les connaissances acquises, lesquelles doivent permettre de modéliser l'action simultanée ou successive de multiples facteurs dont l'ALAN.

### 7.6.6.2 Exemple d'une cible probable d'impacts multiples : le système neuroendocrinien des vertébrés

Le système neuroendocrinien des vertébrés assure le contrôle de fonctions vitales telles que la croissance, la reproduction, le stress, l'immunité, la pigmentation ou le renouvellement du pelage, la prise alimentaire ou encore l'équilibre hydrominéral (cf. Figure 140). Ces fonctions sont dans leur grande majorité rythmiques. L'harmonisation des cycles journaliers et annuels passe par la capture des informations du milieu environnant via les organes sensoriels. Chez tous les vertébrés, la capture de la lumière par les yeux permet la vision et la synchronisation des horloges circadiennes (cf. flèches violettes à la Figure 140) (voir également les sections 3.3 et 7.5). Chez les vertébrés ectothermes (poissons, batraciens, reptiles) la glande pinéale permet en outre le phototactisme (voir précédemment la section 7.2). Dans tous les cas, la synchronisation des horloges fait intervenir la mélatonine d'origine pinéale (Falcón et al., 2007a; Falcón et al., 2010). Les ectothermes doivent également intégrer l'information thermique captée au niveau de la glande pinéale et du cerveau : la température extérieure agit de façon indépendante et différentielle sur le métabolisme de base (selon des modalités dépendantes de l'espèce) et sur l'amplitude du pic nocturne de mélatonine (en rouge à la Figure 140). Ainsi, photopériode et température contrôlent, respectivement, la durée et l'amplitude du pic hormonal. Ce profil variable selon la saison permet à l'organisme de se repérer dans le temps. Les cibles de la mélatonine sont situées dans le cerveau et les organes périphériques, dont l'axe hypothalamo-hypophysaire et les glandes endocrines (flèches rouges à la Figure 140). L'interaction de deux facteurs de l'environnement assure donc le contrôle des rythmes journaliers et saisonniers des régulations neuroendocrines qui contribuent au maintien harmonieux des fonctions vitales. En réponse, les organes cibles (foie, gonades, surrénales, thyroïde, ...) produisent des hormones qui, en retour, exercent un rétrocontrôle positif ou négatif en amont (flèches vertes à la Figure 140).

Il ressort que dans ce système en boucle de contrôles et de rétrocontrôles, toute entrée
extérieure non naturelle est une source potentielle de déséquilibre. Dans le cas pris ici en
exemple, l'ALAN, le changement climatique (via l'élévation de température pour les
ectothermes), les perturbateurs endocriniens et métaboliques (cf. étoiles à la Figure 140),
sont des sources multiples de déséquilibres affectant les métabolismes, la physiologie (dont
le développement et le déterminisme sexuel, la croissance et la reproduction) et les
comportements (voir précédemment (Scholz et al., 2008; Casals-Casas et al. 2011;
Lambert et al., 2015; Bedrosian et al., 2016)). À cela viennent s'ajouter les pressions
résultant de la fragmentation et de la réduction des surfaces habitables, d'autres aléas du
changement climatique (sécheresse ou montées des eaux, acidification des océans), les
obstructions physiques et la prédation (y compris la chasse et la pêche de loisir ou
industrielle et le braconnage). Il est donc raisonnable de supposer qu'une addition de
perturbations est de nature à affecter les espèces et les écosystèmes, à l'image de l'exemple
donné plus haut concernant les chauves-souris, celui du saumon atlantique, Salmo salar,
offre un cas d'école.

<figure><img src="image_192.png" /><figcaption>Figure 140 : contrôle multifactoriel des régulations neuroendocriniennes chez les vertébrés</figcaption></figure>

Le scénario présenté ci-dessous concernant le saumon du bassin Loire/Allier (cf. Figure 141) est en en passe de se vérifier (expériences en cours). Le jeune poisson parcourt 800 km depuis son lieu de naissance pour gagner la mer où il part se nourrir (dévalaison) et où il reviendra se reproduire. Tout au long du parcours il est confronté à une série d'obstacles et de pressions d'origine anthropique : (1) une succession de barrages ; (2) l'ALAN en traversant villes et agglomérations, zones industrielles et portuaires ; la traversée sous les ponts est particulièrement agressive ; (3) la température trop élevée, en particulier près des centrales nucléaires (cylindres) qui rejettent de l'eau chaude (une température au-delà de 18/20 °C devient délétère pour le saumon) ; (4) les rejets polluants des villes et des campagnes ; (5) la pêche et le braconnage. À cela s'ajoutent les perturbations liées au changement climatique dont une élévation générale de la température et une acidification des océans. De plus, tous ces obstacles ralentissent le saumon dans son périple vers la
mer. S'il arrive hors délai, il ne survivra pas. En un siècle, la population de saumons du bassin est passée de dizaines de milliers d'individus à quelques centaines. Si les barrages physiques sont à l'origine des premières réductions de populations, les obstacles additionnels de toute sorte suite à l'urbanisation (ALAN, bruit, réchauffement, de l'eau, modification des débits, pollutions chimiques des villes et des campagnes) constituent une somme de facteurs aggravants. Des interactions de ce type ont été montrées en laboratoire en particulier pour les associations LED/perturbateurs endocriniens ou LED/température. Chez le perciforme *Oplegnathus fasciatus*, le bisphénol A (BPA) active, à différentes doses, les marqueurs hépatiques et plasmatiques du stress oxydatif et lipidique, la dégradation de l'ADN et l'apoptose cellulaire et diminuent la mélatonine et des immunoglobulines circulantes. Ces effets sont renversés si les poissons sont éclairés de nuit par une lumière LED verte (530 nm) mais pas rouge (620 nm) de 0,3 et 0,5 W/m² (Choi et al., 2016). Des résultats similaires ont été obtenus chez le poisson rouge *C. auratus* (Jung et al., 2016a). De plus, chez ce dernier, une élévation de température de 22 à 30 °C induit (1) une élévation du glucose, du cortisol et des hormones thyroïdienne (T3, T4) dans le sang et (2) des récepteurs T3 et T4 dans le cerveau, mais (3) une diminution des immunoglobulines hépatiques et plasmatiques (Jung et al., 2016b). Là encore, un éclairage LED vert comme ci-dessus, ou l'administration de mélatonine, renversent ces effets.

<figure><img src="image_193.png" /><figcaption>Figure 141 : la situation du saumon Atlantique *Salmo salar* - un cas d'école</figcaption></figure>

Les cylindres en rouge marques la position des centrales nucléaires, les carrés et ronds celle des barrages. Les photos autour illustrent l'ensemble des types de dangers auxquels le saumon doit faire face
## 7.7 Résumé - conclusions - recommandations

### 7.7.1 Description du contexte

Les informations du milieu extérieur sont intégrées par les organismes vivant. Une bonne intégration des informations perçues est capitale car elle permet, d'une part de s'orienter dans l'espace et dans le temps et donc de favoriser la recherche des sources d'énergie (soleil, nourriture) et/ou du partenaire sexuel et, d'autre part, d'anticiper les variations prédictibles de l'environnement et donc de mieux s'y préparer. Il en résulte une nécessaire synchronisation de la myriade de fonctions rythmiques qui gouvernent les processus biologiques des individus, de la molécule à la cellule, de l'organe à l'organisme et jusqu'aux populations et écosystèmes.

Cette harmonisation est rendue possible par les horloges biologiques et le système circadien de mesure interne du temps.

La lumière et la photopériode sont des facteurs essentiels de la synchronisation des horloges biologiques.

À tous les niveaux d'organisation, les stratégies adaptatives mises en place par les organismes pour vivre en harmonie avec et leur environnement présentent une immense variété et complexité non seulement entre règnes (bactéries/archées, plantes, champignons, animaux), mais aussi entre familles, genres ou espèces et, au sein d'une même espèce, en fonction du sexe parfois, et de l'âge souvent. Variété et complexité se retrouvent également au niveau de nombreux facteurs (Bennie et al., 2016) :

* les modes de capture de l'information visuelle et lumineuse dont la qualité, l'intensité et la fréquence d'application auront des effets aussi diversifiés qu'il y aura de modes de perception et d'intégration de l'information ;

* la très large variété des capacités spectrales (de l'UV à l'infrarouge) et des modes de conversion des informations captées en messages nerveux et/ou hormonaux ;

* les mécanismes des horloges biologiques ;

* la diversité et la complexité des réponses individuelles et populationnelles (écosystèmes) ;

* l'interaction avec d'autres facteurs anthropiques, physiques ou chimiques.

La multiplicité de facteurs à prendre en compte, lorsqu'il s'agit d'étudier les organismes et leurs interrelations, complique substantiellement la compréhension de la nature et de l'étendue des impacts de l'ALAN en général et des LED en particulier (Bennie et al., 2015a ; Bennie et al., 2015b ; Sanders et al., 2015).

Les stratégies mises en place chez l'Homme ne sont qu'une infime composante de cette variabilité ; la généralisation est donc quasi impossible et la comparaison s'applique aux seules espèces les plus proches (structure de la rétine, mécanismes de l'horloge biologique ou certaines régulations hormonales chez les vertébrés) sans qu'il soit pour autant possible d'effectuer des comparaisons poussées, l'évolution ayant entrainé de profondes divergences à partir du point de départ commun.

Depuis quelques décennies, le résultat de millions d'années d'évolution est mis à mal par les pressions anthropiques croissantes : démographie, surexploitation des ressources, extension de l'urbanisation, obstacles physiques, pollutions chimiques, changement climatique, etc. La grande majorité des organismes ne pouvant mettre en place de nouvelles stratégies adaptatives en si peu de temps, les espèces et écosystèmes sont en danger.
« Ce que nous conservons définit ce que nous sommes ou ce que nous prétendons être. Nous devons établir et promouvoir des dialogues approfondis entre les acteurs sociaux, écologistes et biologistes évolutionnistes pour explorer les racines biologiques et culturelles de nos interactions avec les non-humains et comprendre les origines de notre inertie face à l'urgence de l'érosion de la biodiversité. S'attaquer à ce défi majeur pour l'humanité peut également améliorer notre capacité à nous respecter les uns les autres dans nos sociétés » (Sarrazin and Lecomte, 2016).

### 7.7.2 Description de l'effet

L'éclairage artificiel est l'une des multiples pressions anthropiques exercées sur le vivant, longtemps sous-estimée et toujours insuffisamment explorée. Elle doit être réévaluée aujourd'hui suite à l'émergence de la technologie LED.

Les études d'impact des LED ne peuvent être dissociées de celles des effets de l'éclairage artificiel, nocturne (ALAN) en particulier. Si le nombre d'études est croissant, celles-ci concernent toutefois un nombre très limité d'espèces et d'écosystèmes ; de plus, elles ciblent souvent des paramètres disparates<fnref n="65" />, un handicap lorsqu'il s'agit de faire émerger une vision d'ensemble cohérente. On distinguera cependant les effets observés en milieux clos de ceux en milieux ouverts.

En milieu clos et contrôlé, les propriétés spécifiques des LED offrent des avantages dans les domaines de la recherche fondamentale et appliquée. Elles sont déjà mises en application afin d'améliorer certaines productions animales et végétales à des fins alimentaires, thérapeutiques ou industrielles, en favorisant la croissance ou l'élimination d'agents pathogènes, ou encore la production de substances ciblées. Cependant, cette démarche nécessite une analyse poussée, car la production de substances non désirées susceptibles d'impacter le consommateur a pu être observée (telle la concentration de nitrates dans les salades, laquelle varie de très faible à trop élevée, selon le type d'éclairage LED utilisé (Chang and Chang, 2014 ; Bian et al., 2016 ; Liu et al., 2016 ; Chen et al., 2017)). L'impact de la manipulation des paramètres utilisés (longueur d'onde, intensité, périodicité, phase) sur le bien-être animal n'a jamais été abordé. La recherche fondamentale doit donc être poussée afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu tout en permettant également des études difficiles à mettre en place en milieu naturel.

Enfin, les exploitations industrielles de cultures ou élevages impliquent l'intervention de personnel. Des retombées sur la santé des travailleurs en milieux fermés sont possibles (Yang et al., 2016), ce qui ramène à la problématique des impacts sur la santé humaine abordée ailleurs dans ce rapport.

En milieux naturel, urbain et semi-urbain, les difficultés concernent la multiplicité de facteurs à prendre en compte (Bennie et al., 2016). L'évaluation de l'impact de l'ALAN et des LED la nuit peut conduire à observer des effets positifs sur telle espèce (favorisant la croissance des individus ou celles des populations, par exemple) et, plus fréquemment, négatifs sur telle autre (mortalité accrue). Prises globalement, les observations révèlent qu'un éclairage LED, utilisé à des intensités de l'ordre de celles des éclairages conventionnels, induit un remodelage des espèces et un appauvrissement général de la biodiversité présente. L'effet

<footnote n="65">⁶⁵ Ciblant des composantes métaboliques ou physiologiques ou comportementales sans relations directes évidentes.</footnote>
affecte-donc l'ensemble du biotope ; il est direct sur certains organismes et indirect sur d'autres (réaction en cascade) :

* effets directs : la mortalité de certaines espèces est accrue soit par attraction et désorientation (insectes nocturnes, oiseaux, tortues sorties du nid) soit par exposition prolongée aux prédateurs (jeunes tortues, insectes attirés près des sources de lumière, gastéropodes côtiers (Underwood et al., 2017)). Parfois, une diminution du nombre de descendants a été rapportée (vertébrés), dont les effets sur le long terme restent encore inconnus. De même des effets ont pu être rapportés sur certains indicateurs métaboliques et physiologiques impliqués dans les régulations circadiennes (production de mélonatine chez les vertébrés) avec des altérations de certains rythmes (veille/sommeil, activité locomotrice, chant et recherche de nourriture chez les oiseaux, température corporelle chez les mammifères), du stress (augmenté), de l'immunité (diminuée). Là encore les répercussions de ces effets à plus ou moins long terme ne sont pas connues.

* effets indirects : la diminution ou la disparition d'une ou de plusieurs espèces d'un milieu donné a un effet généralement négatif sur l'ensemble des populations, même si toutes ne sont pas nécessairement impactées. C'est une conséquence des interrelations qui lient les espèces d'un biotope donné. Par exemple, l'impact de l'ALAN sur les espèces pollinisatrices affecte la pollinisation et la dissémination des graines de certaines plantes, ce qui impacte, d'une part la reproduction et la dissémination des plantes et, d'autre part, les espèces diurnes ou nocturnes qui s'en nourrissent, même si elles ne sont pas concernées par l'éclairage de nuit. Les activités humaines s'en ressentent déjà<fnref n="66" />,<fnref n="67" />.

La question des LED (et plus généralement de l'ALAN) doit donc obligatoirement prendre en compte chaque biotope concerné.

Mais la pression anthropique exercée par l'ALAN, à LED ou non, ne concerne pas seulement l'aspect de l'éclairage artificiel. L'addition de plusieurs facteurs anthropiques (physiques ou chimiques) entraine des effets négatifs en cascade (cf. Figure 139, Figure 140 et Figure 141) et souvent synergiques<fnref n="68" /> (Mora et al., 2007). Et, bien qu'aucune étude n'ait été faite à ce jour, on peut raisonnablement penser que l'effet des LED sur la chute des populations d'abeilles (cf. Figure 137) (Knop et al., 2017), ne fait que s'ajouter à celle provoquée par les herbicides, insecticides ou encore par l'introduction accidentelle de frelons tueurs d'abeilles.

### 7.7.3 Conclusions et recommandations

Le groupe de travail conclut à l'impact négatif de l'éclairage artificiel nocturne, dont celui des LED sur les composantes de l'écosystème

<footnote n="66">⁶⁶ http://www.inra.fr/Grand-public/Ressources-et-milieux-naturels/Tous-les-dossiers/Abeilles-pollinisation-biodiversite-pesticides/Abeilles-pollinisation-et-biodiversite.</footnote>

<footnote n="67">⁶⁷ L'utilisation de mini-drones pollinisateurs est déjà à l'étude dans certains pays afin de faire face à la chute des populations d'insectes.</footnote>

<footnote n="68">⁶⁸ C'est-à-dire dont l'effet global dépasse la simple addition des effets pris individuellement.</footnote>
# 8 Analyse du cycle de vie des LED

## 8.1 Introduction

Il a été estimé que le domaine de l'éclairage consomme approximativement 19 % de l'énergie électrique mondiale (Waide et al., 2006). Ainsi, l'éclairage est un enjeu important de la réduction de la consommation d'énergie, tout comme les questions d'émissions de gaz à effet de serre et les autres émissions associées à la production de l'énergie. Suite aux changements et développements technologiques récent dans le domaine de l'éclairage, il convient d'analyser les impacts environnementaux et énergétiques des nouveaux produits d'éclairage déployés. Comme précisé auparavent, la transformation des technologies utilisées dans le domaine de l'éclairage est encouragée par la législation européenne sur l'éco-conception (« écodesign » qui vise au remplacement des lampes à incandescence ou des lampes à mercure à haute pression par des technologies plus efficaces, comme les lampes et luminaires à diodes électroluminescentes).

Cependant, la consommation d'énergie n'est pas le seul enjeu des impacts environnementaux de l'éclairage. En plus de leur consommation énergétique lorsqu'ils sont utilisés, les lampes et les luminaires sont fabriqués, transportés, emballés, mis en stock, et finalement les déchets traités. Un exemple de la division des étapes du cycle de vie des systèmes d'éclairage est présenté sur la Figure 142. Pendant toutes les étapes du cycle de vie, les processus causent des impacts environnementaux en raison de flux (entrants, sortants) de matière et/ou d'énergie.

<figure><img src="image_194.png" /><figcaption>Figure 142 : les étapes du cycle de vie des LED (Tähkämö, 2013)</figcaption></figure>

L'analyse de cycle de vie (ACV) est un outil d'évaluation des impacts potentiels sur l'environnement d'un produit, d'un processus, ou d'un service tout au long de son cycle de vie. Elle compile les entrants et les sortants du système analysé et estime les impacts environnementaux potentiels de ces flux de matière et d'énergie. L'ACV donne une
information sur les impacts environnementaux qui permet de guider les choix de conception d'un produit (en phase R&D) et qui permet au consommateur de choisir des produits ou des services dont l'empreinte environnementale est la plus faible.

La méthode générale pour effectuer une ACV est définie dans les normes ISO 14040 et 14044 (2006). La méthode d'ACV est présentée dans le rapport publié en 2010 par l'Anses sur les effets sanitaires des LED (voir Annexes B et M (Anses, 2010)). L'ACV évalue le cycle de vie depuis l'acquisition des matières premières jusqu'à la fin de vie. Les étapes peuvent être divisées conformément aux objectifs de l'ACV en particulier. Habituellement, les ACV de sources lumineuses comportent la fabrication, l'utilisation et la fin de vie. Les autres étapes du cycle de vie peuvent être prises en compte séparément ou en les intégrant dans les trois grandes étapes précédentes. Le présent rapport utilise cette division en trois étapes du cycle de vie pour plus de clarté, même si quelques ACV divisent les étapes différemment.

L'objectif de la partie qui suit est de compiler et étudier les ACV existantes concernant les lampes et luminaires à LED. Les analyses comparatives et autonomes ont été exclues. Les analyses de coût du cycle de vie (ACCV ou LCCA, life-cycle cost assessment) sont exclues, même si elles constituent une partie importante dans l'analyse de durabilité totale (LCSA, life-cycle sustainability assessment). Le chapitre qui suit se concentre sur les ACV complètes qui évaluent les impacts environnementaux des lampes et luminaires à LED sur l'ensemble des étapes de vie, et les études relative à une étape unique (fin-de vie, écoconception) sont discutées dans d'autres chapitres.

## 8.2 Analyses du cycle de vie des sources lumineuses à LED

Plusieurs ACV sur les lampes et luminaires ont été effectuées au cours des deux dernières décennies. La plupart des ACV précédentes ont été réalisées en comparant les lampes à incandescence avec les fluocompactes. Plus tard, vers les années 2010, les autres sources lumineuses ont été analysées, en particulier les lampes et luminaires à LED. Le Tableau 30 liste les ACV des lampes et luminaires à LED identifiées dans la littérature scientifique. Un total de 16 ACV de produits à LED est listé.

Il y a de nombreuses différences parmi les ACV de sources lumineuses à LED. En particulier, les analyses sont différentes vis-à-vis des étapes du cycle de vie incluses, des catégories d'impact environnementaux considérées, des unités fonctionnelles choisies et des caractéristiques de produits analysés. Les différences sont présentées plus particulièrement aux chapitres suivants.
## Tableau 30 : recensement d'ACV de sources lumineuses à LED

(Abréviations de produits (basées sur la langue anglaise en général) : CFL = lampe fluocompacte, CMH = lampe aux halogénures métalliques en céramique, FL = lampe à fluorescence, IL = lampe à incandescence, IND = luminaire à induction, LED = diode électroluminescente, MH = lampe aux halogénures métalliques, SHP = lampe à sodium haute pression. Catégories : ADP = épuisement de ressources, AP = acidification, CED = demande d'énergie cumulée, EP = eutrophisation, FAETP = écotoxicité aquatique d'eau douce, FEP = eutrophisation d'eau douce, FSETP = écotoxicité des sédiments d'eau douce, GWP = réchauffement planétaire, HTP = toxicité humaine, HTPce = toxicité humaine - effets carcinogènes, HTPnce = toxicité humaine - effets non-carcinogènes, LUP = utilisation des terres, MAETP = écotoxicité marine aquatique, MEP = eutrophisation marine, MSETP = écotoxicité marine des sédiments, ODP = destruction de la couche d'ozone stratosphérique, POCP = formation d'ozone photochimique, TEP = eutrophisation terrestre, TETP = écotoxicité terrestre). *) de l'avenir, **) hypothétique.

<table><thead><tr><td>Type et puissance de produit</td><td>Unité fonctionnelle<sup>69</sup></td><td>Catégories d'impact environnemental</td><td>Référence</td><td>Année</td></tr></thead><tbody><tr><td>luminaire SHP 176 W</td><td>luminaire LED 117 W</td><td>1 km d'une route illuminée ; 1 lmh<sup>70</sup> ; 1 luminaire (3 unités)</td><td>AP, GWP, EP, FAETP, HTP, MAETP, POCP, ADP, ODP, TETP, Eco-indicator 99</td><td>Tähkämö et Halonen</td><td>2015</td></tr><tr><td>IL 60 W CFL 15 W</td><td>lampe LED 12,5 W</td><td>1 pièce du produit ; 20 Mlmh ; 251 507 Mlmh (3 unités)</td><td>Empreinte C (carbone), empreinte SPI (sustainable process index)</td><td>Shahzad et al.</td><td>2015</td></tr><tr><td>luminaire CFL 62 W</td><td>luminaire LED 23,2 W</td><td>1 lumen pour 50 000 h ; 1 lux pour 50 000 h (2 unités)</td><td>GWP, ODP, HTPce, HTPnce; POCP, AP, TEP, FEP, MEP, FAETP, LUP, CED</td><td>Principi et Fioretti</td><td>2014</td></tr><tr><td>IL 60 W FL 36 W</td><td>CFL 35 W lampe LED 5 W</td><td>36,375000 Mlmh (36 375 000 lmh)</td><td>AP, ADP, GWP, EP, FAETP, FSETP, HTP, LUP, MAETP, MSETP, ODP, TETP, rayonnement ionisant, air malodorant, POCP</td><td>Sangwan et al.</td><td>2014</td></tr><tr><td>LED</td><td>1 pièce du produit</td><td>GWP, ReCiPe H/A (catégorie imprécise)</td><td>Camañes et al.</td><td>2014</td></tr><tr><td>luminaire CMH 250 W luminaire LED 180 W</td><td>60 000 h</td><td>Énergie, carcinogènes, effets respiratoires organiques et inorganiques, GWP, radiation, ODP, écotoxicité, AP/EP, LUP, minéraux, combustibles fossiles, consommation d'eau</td><td>Abdul Hadi et al.</td><td>2013</td></tr></tbody></table>

<footnote n="69">69 L'unité fonctionnelle est une notion mesurable et clairement définie grâce à laquelle sont précisées les fonctions du produit et ses performances. Le rôle principal de l'unité fonctionnelle est donc de fournir une référence par rapport à laquelle les intrants et les extrants sont définis et normalisés afin d'assurer la comparabilité des résultats d'une ACV sur une base commune.</footnote>

<footnote n="70">70 Le lumen heure (lmh) est un flux d'un lumen émis pendant une heure, c'est une quantité de lumière (on peut faire l'analogie avec le kWh qui est une quantité d'électricité).</footnote>
<table><thead><tr><th>Type et puissance de produit</th><th>Unité fonctionnelle<sup>69</sup></th><th>Catégories d'impact environnemental</th><th>Référence</th><th>Année</th></tr></thead><tbody><tr><td>luminaire LED 19 W</td><td>50 000 h et 1 140 lm (57 Mlmh)</td><td>Énergie primaire, renouvelable, et non-renouvelable; ADP; consommation d'eau; déchets dangereux, non-dangereux, inertes et radioactifs; GWP; AP; pollution de l'air; pollution de l'eau; ODP; POCP; EP</td><td>Tähkämö et al.</td><td>2013</td></tr><tr><td>IL 60 W<br>CFL 15 W</td><td>lampe LED 12,5 W<br>lampe LED 6,1 W (*)</td><td>20 Mlmh</td><td>GWP; AP; POCP, ODP; HTP; FAETP; MAETP; TETP; EP; dégradation des écosystèmes; ADP; LUP; déchets dangereux, non-dangereux et radioactifs</td><td>2012<br>US DOE</td></tr><tr><td>SHP 150 W<br>MH 163 W</td><td>IND 109 W<br>luminaire LED 105 W</td><td>100 000 h</td><td>GWP, effets respiratoires, écotoxicité</td><td>2011<br>Dale et al.</td></tr><tr><td>luminaire LED A</td><td>luminaire LED B</td><td>lm/h</td><td>Endpoints de Eco-indicator 99 : ressources, qualité d'écosystèmes, santé humaine</td><td>2011<br>Casamayor et Su</td></tr><tr><td>CFL<br>FL</td><td>lampe LED (3 000 K)<br>lampe LED (5 000 K)<br>lampe LED (**)</td><td>800 lm pour 40 000 h ; 100 lx<br>à distance de 1 m pour 40 000 h (2 unités)</td><td>Consommation d'énergie</td><td>2010<br>Yabumoto et al.</td></tr><tr><td>IL 100 W<br>CFL 23 W<br>FL 2x28 W</td><td>CMH 20 W<br>lampe LED 10 W<br>luminaire LED 16 W</td><td>1 Mlmh</td><td>GWP; AP; POCP, ODP; HTP; FAETP, MAETP, TETP; EP; dégradation des écosystèmes; ADP; LUP; déchets dangereux, non-dangereux et radioactifs</td><td>2009<br>DEFRA</td></tr><tr><td>IL 40 W<br>CFL 8 W</td><td>8 W LED lampe</td><td>345 - 420 lm pour 25 000 h</td><td>GWP, AP, POCP, HTP, EP, ADP, consommation d'énergie</td><td>2009<br>Osram</td></tr><tr><td>IL 60 W<br>CFL 13 W</td><td>lampe LED 6 W<br>lampe LED 6 W (*)</td><td>1 Mlmh</td><td>Consommation d'énergie primaire, GWP</td><td>2009<br>Quirk</td></tr><tr><td>LED lampe</td><td>-</td><td>-</td><td>Consommation d'énergie</td><td>2009<br>Eckelman</td></tr><tr><td>IL 60 W<br>CFL 15 W</td><td>lampe LED 7,5 W (**)</td><td>1 Mlmh</td><td>Consommation d'énergie</td><td>2005<br>Slocum</td></tr></tbody></table>
## 8.2.1 Évaluation de la qualité

Les normes ISO 14040 et 14044 définissent la structure de base et les exigences pour la réalisation d'une ACV. Les normes pour la réalisation d'ACV permettent une certaine liberté dans l'exécution d'une étude de l'ACV, car elles sont suffisamment génériques pour être utilisées pour l'évaluation des impacts environnementaux de tous les produits, processus et services. Par conséquent, il y a en pratique beaucoup de liberté dans la réalisation d'une ACV. Les normes d'ACV décrivent quelques exigences, comme l'unité fonctionnelle, qui, selon les normes, doit être cohérente avec les objectifs et le champ de l'étude, clairement définie et mesurable. En plus des exigences décrites par les normes d'ACV, les exigences de niveau minimal de qualité peuvent être définies pour les ACV des produits d'éclairage à LED en particulier. Un étude d'ACV de bonne qualité présente les caractéristiques suivantes :

* l'unité fonctionnelle est clairement définie et exprimée en lumen-heures ;

* en cas d'un luminaire à LED, toutes les pièces du luminaire sont incluses (la source lumineuse, le driver et le boîtier) ;

* en cas de lampe à LED, l'électronique du driver dans la lampe doit être inclus ;

* la qualité des données d'inventaire est suffisante, et le champ d'étude et les présomptions définis ;

* au moins 3 étapes d'ACV sont évaluées : fabrication, usage et fin-de-vie. D'autres étapes peuvent être incluses, et la division des étapes peut varier ;

* plusieurs catégories d'impact environnementaux sont considérées de préférence ;

* l'étude est publiée préférablement dans un journal scientifique révisé par des pairs D'autres types de publications sont acceptables, comme celles réalisées par une institution publique ;

* l'étude a préférablement moins de 5 ans.

Sur la base de ces exigences en matière de qualité, un total de 7 études a été retenu pour analyse. Les ACV qui ne sont pas révisées par des pairs (US DOE 2012 ; DEFRA 2009) ont été incluses, car la qualité de ces analyses est acceptable en général. L'analyse réalisée prend en compte l'absence de révision par les pairs pour celles-ci. Les détails d'évaluation de la qualité sont présentés à l'Annexe 5.

## 8.2.2 Etapes du cycle de vie incluses

Dans les 7 études de cas d'ACV retenues (Tähkämö et Halonen, 2015 ; Principi et Fioretti, 2014 ; Sangwan et al. 2014 ; Abdul Hadi et al., 2013 ; Tähkämö et al., 2013 ; US DOE, 2012 ; DEFRA / Navigant, 2010), les étapes suivantes ont été incluses :

* La fabrication (l'acquisition des matières premières est souvent incluse) ;

* l'utilisation ;

* la fin-de-vie.

De plus, quelques-unes de ces études ont considéré l'installation, la maintenance, la distribution ou le transport séparément (Tähkämö et al., 2013 ; US DOE 2012 ; DEFRA 2009 ; Principi & Fioretti 2014).

### 8.2.2.1 Fabrication

La fabrication peut inclure l'extraction et l'acquisition des matières premières et les processus de fabrication (consommation d'énergie, matériaux auxiliaires). Il est relativement simple de fabriquer les lampes à incandescence et le processus de leur fabrication n'a pas changé depuis longtemps. Au contraire, la fabrication des lampes et luminaires basées sur des composants électroniques est plus difficile et énergivore. La fabrication des produits à LED est plus complexe, surtout à cause des composants à semi-conducteur et
électroniques. En plus, il existe plusieurs compositions de produits à LED. La structure de produit LED peut en effet énormément varier et les coffrets peuvent être très différents. Pour le boitier, des matériaux plastiques, des métaux ou du verre peuvent être utilisés. En raison de cette diversité, il n'est pas possible de créer un modèle moyen pour les matériaux ou la fabrication des sources à LED.

Les ACV mettent souvent en avant qu'il est difficile de récupérer les données de la phase de fabrication des lampes et luminaires à LED, parce que les fabricants hésitent à donner des informations sur leurs produits, et les données dans la littérature peuvent être obsolètes. Les données sur les matériaux inclus dans les lampes et luminaires à LED peuvent être parfois obtenues par un démontage du produit.

#### 8.2.2.2 Utilisation

L'étape de l'utilisation peut être modélisée en incluant seulement la consommation de l'énergie pendant le fonctionnement du produit. Elle peut aussi prendre en compte la maintenance, c'est-à-dire la fabrication des produits remplacés durant la vie opérationnelle. Cela dépend de la division et de la définition des étapes du cycle de vie considéré.

À cause de l'importance de l'étape d'utilisation, quelques ACV contenaient plusieurs scénarios pour effectuer l'analyse de sensibilité. Par exemple, les analyses de sensibilité faisaient varier le moyen de production d'électricité (lors de l'étape d'utilisation) et la durée de vie de la lampe ou du luminaire. Le moyen de production d'électricité est en effet très impactant sur le résultat de l'ACV des sources lumineuses en général (voir chapitre sur les résultats).

#### 8.2.2.3 Fin de vie

La fin de vie inclut les processus qui surviennent après la vie opérationnelle du produit. Elle peut inclure le transport, les traitements de déchets, le recyclage et l'élimination des déchets (décharge). Les matériaux usagés peuvent être réutilisés, recyclés comme matière première, ou incinérés pour en récupérer l'énergie.

Les produits à LED sont souvent complexes, et contiennent plusieurs matériaux et composants électroniques. Quant à la fin de vie des produits à LED, elle est aussi complexe à modéliser que la fabrication. Le recyclage des produits à LED est plus difficile à décrire que celui des lampes à incandescence. Les lampes et luminaires à LED contiennent un dissipateur thermique en métal, par exemple en aluminium. Il est très utile et écologique de recycler un composant en aluminium parce que la production de l'aluminium vierge consomme énormément d'énergie. Par ailleurs, les produits à LED ne contiennent pas de mercure, un élément nécessaire pour le fonctionnement des lampes à fluorescence et une partie des lampes à décharge à haute intensité.

Quelques ACV de lampes ou luminaires à LED contenaient plusieurs scénarios (recyclage, décharge, incinération) pour effectuer l'analyse de sensibilité du scénario de fin de vie (Principi et Fioretti, 2014 ; Tähkämö et al. 2013 ; DEFRA 2009). Les analyses de sensibilité faisaient varier les traitements de déchets : recyclage, incinération ou mise en décharge. La mise en décharge est la pire des alternatives pour l'environnement, en gaspillant le contenu des matériaux et l'énergie. Pourtant, le poids des impacts causés par la fin de vie reste assez bas.

#### 8.2.2.4 Unités fonctionnelles

L'unité fonctionnelle fournit une référence par rapport à laquelle l'ACV est quantifiée et normalisée. Grâce à l'unité fonctionnelle, on peut comparer les impacts environnementaux des systèmes divers. La description de l'unité fonctionnelle est un paramètre clé de l'ACV, il faut qu'elle soit clairement définie et mesurable (ISO 14044).

Dans les ACV des lampes et luminaires, plusieurs unités fonctionnelles sont utilisées, ce qui rend les ACV difficilement comparable. Le plus souvent, l'unité fonctionnelle choisie est le lumen-heure (lmh) ou le flux lumineux (lm) pendant quelques heures (h). L'utilisation d'un
flux lumineux comme unité fonctionnelle n'est pas un choix optimal pour comparer objectivement deux solutions d'éclairage qui n'ont pas les mêmes cadences d'utilisation. Pour éviter un calcul trop complexe, la dégradation de flux lumineux n'est pas pris en compte dans les ACV.

Un des critères pour juger de la bonne qualité d'une ACV de produits à LED était le fait que l'unité fonctionnelle soit exprimée en lumen-heures car cela permet d'avoir des résultats valables quels que soient les niveaux lumineux et quelles que soient les durées d'utilisation. Tähkämö (Tähkämö, 2013) propose d'utiliser les lumen-heures comme l'unité fonctionnelle pour les ACV simplifiées et, dans le cas de l'ACV à modèle étendu, il est proposé de choisir une unité spécifique. L'unité spécifique peut être, par exemple pour les applications d'éclairage intérieur, l'éclairement à une distance sur une surface par heure, et, pour les applications d'éclairage extérieur public, un kilomètre d'une route illuminée,

La plupart des ACV définissent l'unité fonctionnelle très clairement. Quelques ACV étudient même l'impact de plusieurs unités fonctionnelles (Tähkämö et Halonen, 2015 ; Principi et Fioretti, 2014). Abdul Hadi et al. (Hadi et al., 2013) définissent l'unité fonctionnelle comme 60 000 h de temps opérationnel. Mais ils donnent les flux lumineux des sources (approximativement), et il est donc possible de calculer l'unité fonctionnelle en lumen-heures.

### 8.2.3 Catégories d'impact environnementaux

Pour garantir la réalisation d'une ACV approfondie, il est recommandé d'utiliser plusieurs catégories d'impact environnemental (Tähkämö, 2013). Les sept analyses retenues sont effectuées au regard de catégories diverses (Tähkämö et Halonen, 2015 ; Principi et Fioretti 2014 ; Sangwan et al., 2014 ; Abdul Hadi et al. 2013 ; Tähkämö et al., 2013 ; US DOE, 2012 ; DEFRA, 2009). Le Tableau 31 : méthodologies d'évaluation des impacts du cycle de vie et catégories d'impact environnemental utilisées en ACV de LED. Le Tableau 31 liste les méthodologies d'évaluation des impacts et les catégories en détail. L'Annexe 5 fournit des informations sur les catégories d'impact utilisés dans chacune des ACV.

Il existe deux types de méthodes de calcul d'impacts : des méthodes dites *mid-point* (orientées problèmes, l'impact apparaît au milieu de la chaîne de causalité) qui quantifient les effets globaux des substances émises ou consommées et des méthodes dites *end-point* (ou "dommages", l'impact se trouve à la fin de la chaîne de causalité) qui estiment les dommages potentiels qui pourraient en résulter. Deux méthodologies sont le plus souvent utilisées : la méthode CML (CML-IA) qui est unée méthode *midpoint* et la méthode *Eco-indicator99* qui est une méthode *end-point* (les impacts finaux considérés sont par exemple les impacts sur l'environnement, la santé humaine ou encore la qualité de l'écosystème).

Les impacts environnementaux au sein d'une même catégorie ne sont pas toujours calculés dans les mêmes unités. Par exemple, la formation d'ozone photochimique peut être exprimée en kg d'équivalent d'éthylène (C2H4) comme en CML, mais aussi en kg d'équivalent de O₃ et kg d'équivalent de composés organiques volatils non méthaniques (COVNM). L'Annexe 5 liste les unités utilisées dans les ACV et résume les unités le plus souvent utilisées. Les impacts totaux de cycle de vie sont collectés (par méga lumen-heure) pour 14 catégories d'impact dont 3 ou plus de ACV donnent les résultats. Cependant, cette analyse numérique approfondie n'est pas insérée ici à cause des différences de résultats. Il semble que les présomptions et les champ d'études diffèrent trop pour qu'il soit pas possible de donner les résultats globaux ou les tendances pour les produits à LED (voir Annexe 5).

<table><caption>Tableau 31 : méthodologies d'évaluation des impacts du cycle de vie et catégories d'impact environnemental utilisées en ACV de LED.</caption><thead><tr><td>Méthodologie</td><td>Catégories d'impact environnemental</td><td>Référence</td><td>Année</td></tr></thead><tbody><tr><td>CML ; Eco-indicator99 (single-scale)</td><td>AP, GWP, EP, FAETP, HTP, MAETP, POCP, ADP, ODP, TETP, Eco-indicator 99</td><td>Tähkämö et Halonen</td><td>2015</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><td>Méthodologie</td><td>Catégories d'impact environnemental</td><td>Référence</td><td>Année</td></tr></thead><tbody><tr><td>ILCD ; CED</td><td>GWP, ODP, HTPce, HTPnce; POCP, AP, TEP, FEP, MEP, FAETP, LUP, CED</td><td>Principi et Fioretti</td><td>2014</td></tr><tr><td>CML (midpoint) ; Eco-indicator99 (endpoint)</td><td>AP, ADP, GWP, EP, FAETP, FSETP, HTP, LUP, MAETP, MSETP, ODP, TETP, rayonnement ionisant, air malodorant, POCP</td><td>Sangwan et al.</td><td>2014</td></tr><tr><td>Eco-indicator99</td><td>Énergie, carcinogènes, effets respiratoires organiques et inorganiques, GWP, radiation, ODP, écotoxicité, AP/EP, LUP, minéraux, combustibles fossiles, consommation d'eau</td><td>Abdul Hadi et al.</td><td>2013</td></tr><tr><td>MatFrance (fondé sur CML)</td><td>Énergie primaire, renouvelable, et non-renouvelable; ADP; consommation d'eau; déchets dangereux, non-dangereux, inertes et radioactifs; GWP; AP; pollution de l'air; pollution de l'eau; ODP; POCP; EP</td><td>Tähkämö et al.</td><td>2013</td></tr><tr><td>CML ; EDP ; EDIP</td><td>GWP; AP; POCP, ODP; HTP; FAETP; MAETP; TETP; EP; dégradation des écosystèmes; ADP; LUP; déchets dangereux, non-dangereux et radioactifs</td><td>US DOE</td><td>2012</td></tr><tr><td>CML ; EDP ; EDIP</td><td>GWP; AP; POCP, ODP; HTP; FAETP, MAETP, TETP; EP; dégradation des écosystèmes; ADP; LUP; déchets dangereux, non-dangereux et radioactifs</td><td>DEFRA</td><td>2009</td></tr></tbody></table>

Considérant que le présent rapport se concentre sur la santé humaine, les deux catégories d'impact associés à la santé humaine sont expliquées ici en détail : la catégorie *Human Toxicity Potential* (midpoint) et la catégorie santé humaine (end-point). La catégorie *Human Toxicity Potential* représente la somme des quantités (pondérées par un facteur de population) de toutes les substances toxiques émises qui ont été identifiées dans l'inventaire du cycle de vie. Cette catégorie n'inclut que les effets de certains éléments chimiques. La phototoxicité de la lumière n'est pas considéré dans cette catégorie à cause de l'absence de facteurs de caractérisation. L'endpoint de la catégorie santé humaine prend en compte plusieurs catégories d'impact (midpoint), mais les impacts sur la santé de la lumière ne sont pas pris en compte. L'indicateur endpoint de santé humaine (human health) utilise les données de quantités de substances toxiques. Il consiste à évaluer les effets sur l'homme en termes de réduction de l'espérance de vie, morbidité, morbidité sévère, etc.

Les catégories d'impact portant sur la santé humaine existantes et prises en compte sont donc limitées.

### 8.2.4 Résultats

Généralement, c'est la consommation d'énergie durant l'utilisation qui prédomine clairement parmi tous les impacts environnementaux liés aux lampes et luminaires, y compris celles à LED. Cela a été retrouvé dans toutes les ACV qui comportent la phase d'utilisation, même si les méthodes de calcul variaient (l'unité fonctionnelle, les étapes du cycle de vie incluses, les produits analysés). La phase d'utilisation a été associée à environ 70-99 % des impacts environnementaux totaux moyens des lampes et luminaires à LED.

En comparant les lampes et luminaire à LED avec les autres technologies d'éclairage, il est très fréquent de constater que ce sont les sources à LED qui ont les impacts environnementaux les plus bas ceci en raison de la plus haute efficacité lumineuse de la technologie à LED.
La consommation d'énergie durant la phase d'utilisation dépend de l'efficacité lumineuse de la source, mais aussi du moyen de production d'électricité utilisé. Par exemple, l'utilisation couvrait environ 93 % et la fabrication de 7 % des impacts environnementaux moyens quand le luminaire encastré à LED utilisait l'électricité européenne (Tähkämö et al., 2013). En utilisant l'électricité française, les impacts environnementaux moyens du même luminaire étaient répartis entre l'utilisation et la fabrication différemment, 23 % et 76 %, respectivement<sup>71</sup>.

Dans la plupart des cas, les autres étapes du cycle de vie (la fabrication, le transport, l'installation et la fin de vie) ont des impacts environnementaux moins significatifs. Pourtant, il faut noter que le poids de ces étapes, en matière d'impact environnemental, peut être important lorsqu'elles sont considérées isolément. Par exemple, dans l'ACV d'un luminaire à LED, la fabrication causait environ 78 % de déchets non-dangereux, 40 % d'eutrophisation, et 39 % de formation d'ozone photochimique, et la fin de vie causait 28 % de déchets dangereux, quand la phase d'utilisation était modélisée utilisant de l'électricité française (Tähkämö et al., 2013).

Quant à la fabrication des sources à LED, les impacts environnementaux moyens sont principalement causés par la fabrication des pièces suivantes : le driver (pièce permettant de fournir un courant régulé) et le porte LED (donc les composants électroniques) et les pièces en métal, surtout en aluminium.

Le développement de la technologie LED quant à l'efficacité lumineuse est pris en compte dans quelques ACV. Quelques analyses étudient aussi les produits à LED en cours de développement ou à venir (US DOE, 2012 ; Quirk, 2009 ; Slocum, 2005). De telles analyses concluaient que les lampes et luminaires à LED de l'avenir seront les plus écologiques grâce à leur haute efficacité. Il existerait un potentiel pour la technologie LED à être la technologie la plus écologique.

## Analyse des résultats numériques

Deux catégories d'impacts environnementaux sont analysées ci-dessous en détail. Un focus a été fait sur la santé humaine, et c'est la catégorie Potential Human Toxicity (HTP) qui a été choisie pour cette analyse, elle est exprimée en équivalent kg de dichlorobenzene. Le réchauffement planétaire potentiel (GWP) a également été choisi comme autre catégorie d'impact, en raison de sa pertinence, de l'urgence qu'il représente et de son importance dans le niveau global. Il est exprimé en équivalent de kg de CO<sub>2</sub> et est souvent un bon indicateur des impacts environnementaux en général. Le Tableau 32 présente les résultats de HTP et GWP pour les 7 ACV retenues dans l'analyse.

Il montre que les impacts de GWP varient de 2 kg CO2-èq. par Mlmh à 16 kg CO2-èq. par Mlmh, et les impacts de HTP de 1,1 kg 1,4-DCB-éq. par Mlmh à 4.9 kg 1,4-DCB-éq par Mlmh.

<footnote n="71"><sup>71</sup> Pour comprendre cela, il est nécessaire de rappeler les différences entre le mix électrique français (la répartition des différentes sources d'énergies primaires consommées pour la production d'électricité) et le mix énergétique européen. En général, le mix électrique français est moins impactant (sauf sur les impacts liés aux déchets radioactifs). En utilisant le mix électrique français, la phase d'utilisation pendant laquelle l'électricité est consommée devient beaucoup moins impactante par rapport à la phase de fabrication des luminaires. Comme le mix électrique européen intègre la production d'électricité allemande qui est très impactante en raison de l'utilisation massive de la lignite (charbon), les produits électriques ont un impact plus importants en moyenne européenne, en comparaison avec la France dont l'électricité est très nucléaire.</footnote>
<table><caption>Tableau 32 : résultats chiffrés pour les indices GWP et HTP dans les 7 ACV analysées exprimées en Mlmh (Méga lumen heure)</caption><thead><tr><th>Catégorie d'impact</th><th>Réchauffement planétaire, kg CO2 éq</th><th>Toxicité humaine, kg 1,4-DCB éq</th></tr></thead><tbody><tr><td>Étude</td><td></td><td></td></tr><tr><td>US DOE : LED lamp 2017</td><td>6,14</td><td>1,52</td></tr><tr><td>DEFRA : LED lamp</td><td>10,4</td><td>1,41</td></tr><tr><td>DEFRA : LED luminaire</td><td>9,21</td><td>1,1</td></tr><tr><td>Tähkämö & Halonen</td><td>6,62</td><td>4,87</td></tr><tr><td>Principi & Fioretti</td><td>6,4</td><td></td></tr><tr><td>Sangwan .et al.</td><td>15,8</td><td>1,36</td></tr><tr><td>Tähkämö et al.</td><td>1,96</td><td></td></tr><tr><td>US DOE : LED lamp 2012</td><td>12,6</td><td>3,02</td></tr></tbody></table>

## 8.3 Discussion

Les ACV de lampes et luminaires à LED rencontrent plusieurs difficultés. La technologie à LED est assez nouvelle et, pour cette raison notamment, il est parfois difficile de récupérer l'ensemble des données nécessaires pour mener à bien une ACV. Les données dans la littérature peuvent être obsolètes car la technologie évolue rapidement, et l'information sur les produits à LED est assez peu accessible auprès des fabricants. Cela renforce le niveau d'incertitude dans l'ACV. Pourtant, quelques ACV affirment que les incertitudes sur les données n'impactent pas les résultats des analyses (DEFRA, 2009 ; Osram, 2009 ; Quirk, 2009). C'est très souvent la consommation d'énergie durant la phase d'utilisation qui cause la majorité des impacts environnementaux. La qualité des ACV devrait cependant s'améliorer avec l'obtention de données complémentaires sur la phase de fabrication des LED, et le développement de la technologie au fil du temps. En plus de données manquantes, les incertitudes sont causées par les règles de l'exclusion. En effet, il existe une règle de coupure (cut-off) quand l'inventaire du cycle de vie est fait : si une substance représente moins de x% de la masse du système étudié, alors cette substance est éliminé. Il est pratiquement nécessaire de définir les règles de l'exclusion pour l'ACV parce qu'il n'est pas souvent possible de récupérer toutes les données en détail.

Plusieurs limitations peuvent être identifiées dans les ACV de produits à LED. La comparaison entre analyses est difficile en raison des différences dans les méthodologies déployées. Même si la santé humaine est une des catégories considérée, cette catégorie n'englobe pas tous les impacts possibles sur la santé humaine parce qu'il n'existe pas de méthode clairement dédiée pour cela. Il n'y a pas de midpoint pour évaluer les catégories d'impacts associées à la santé.

La méthode pour évaluer les impacts de la lumière artificielle ou bien de la pollution lumineuse n'existe pas. Les impacts environnementaux liés à la santé humaine dans les ACV des produits d'éclairage ne sont basés que sur les flux matériaux et énergétiques des produits, et non sur le flux lumineux. La méthodologie courante d'ACV exclu la lumière comme une forme d'énergie. Ces impacts environnementaux pour les produits d'éclairage n'incluent pas les impacts visuels.

Au delà des ACV, quelques publications ont étudié les impacts environnementaux des sources à LED. Par exemple, l'étude de la fin de vie des lampes à LED mettait en avant qu'il est possible de réduire les impacts environnementaux de la fin de vie en concevant des produits démontables en fin de vie afin de pouvoir récupérer facilement certains composants
(Hendrickson et al., 2010). De plus, les études récentes montrent qu'il est possible d'améliorer l'efficacité de récupération par développement des processus de recyclage dessinés spécialement pour les déchets des produits à LED (Swain et al., 2015 ; Swain et al., 2016 ; Zhan et al., 2015). Lim et al. (Lim et al., 2011) et US DOE (US DOE, 2013), en outre, trouvaient que la composition des matériaux des lampes à LED n'est pas toujours exempte de substances dangereuses, même si elles sont exemptes de mercure. Ils ont trouvé, par exemple, du plomb et de l'antimoine dans les lampes à LED.

La recherche de solutions plus écologiques pour les sources lumineuses à LED mériterait quelques études complémentaires. Dans un premier temps, les études actuelles pourraient être mises à jour en prenant en compte la constante augmentation de l'éfficacité lumineuse des LED, des processus de fabrication, la fin de vie, la durée de vie, les poids et autres caractéristiques physiques et lumineuses. Dans un second temps, il faut améliorer la qualité des données utilisées, surtout concernant les composants LED. Par ailleurs, la méthode de calcul pour évaluer les impacts du prélèvement de matières premières sensibles, comme l'indium, et des matières rares, comme l'yttrium et le cérium utilisés pour les luminophores, mérite d'être développée. Ces substances sont souvent éléminés de l'ACV en raison de la règle de l'exclusion alors que ce sont des matériaux sensibles au niveau environnemental. Finalement, il n'est à ce jour pas possible de calculer les impacts de la lumière sur l'environnement. Les sources lumineuses produisent une lumière qui a des effets divers sur l'Homme, la faune, la flore, et les écosystèmes. Il faut développer une méthode pour être capable de mieux comparer les sources lumineuses artificielles diverses et analyser les impacts environnementaux de la lumière artificielle.

## 8.4 Conclusion

Les résultats des ACV des sources lumineuses montrent que ce sont les lampes et luminaires à LED qui causent les impacts environnementaux les plus bas parmi l'ensemble des sources lumineuses. Ceci s'explique par leur efficacité lumineuse et leur longue durée de vie. Les ACV de divers produits à LED ont montré que c'est la consommation d'énergie durant la phase d'utilisation qui cause la majorité des impacts environnementaux.

Le paramètre écologique des lampes et luminaires le plus important est l'efficacité lumineuse (lm/W). Il détermine la performance environnementale à cause de la dominance de l'étape de l'utilisation. En effet, c'est l'électricité consommée par les LED qui constitue l'impact environnemental le plus élevé, par rapport à la fabrication et à la fin de vie. Comme la consommation électrique domine, c'est l'efficacité lumineuse (lm/W) qui est le paramètre le plus important, toutes choses égales par ailleurs. Par conséquent, les sources lumineuses les plus efficaces sont les plus favorables à l'environnement. Ainsi, il est recommandé de remplacer les sources lumineuses de faible efficacité énergétique par des sources plus efficaces, telles que les lampes et luminaires à LED. En plus, pour réduire les émissions liées à la consommation d'énergie pour l'éclairage, une mesure effective est de passer à l'électricité à faible taux d'émission (par exemple kg CO₂-eq./kWh), comme les sources renouvelables.

Les ACV des lampes et luminaires varient d'une analyse à l'autre. Les différences sont, en particulier, dans les produits analysés et les méthodes choisies (l'unité fonctionnelle, les catégories d'impact, les étapes du cycle de vie incluses). Malgré les différences notables dans les méthodes d'ACV, les analyses ont généralement abouti à des résultats très similaires : l'utilisation est majoritairement (70 % - 99 %) responsable des impacts environnementaux en raison de la consommation d'énergie. La fabrication cause la plupart du reste des impacts. La fin de vie et les autres étapes du cycle de vie ne causent que des impacts mineurs. Par contre, à l'avenir, il est probable que le poids de la fabrication et de la fin de vie s'accroisse, étant donné que l'utilisation des sources à LED devient plus efficace en diminuant les impacts environnementaux de l'utilisation, cette conclusion n'est valable que si le mix électrique est de plus en plus propre.
Cependant, les ACV doivent être améliorées et plusieurs domaines doivent encore être ciblés pour poursuivre les recherches. Le développement d'ACV sur les nouveaux produits est recommandé. Enfin, une méthodologie adaptée pour évaluer les impacts de la lumière sur l'environnement devra être développée. Elle devra prendre compte les impacts de la lumière sur la santé humaine et les impacts sur l'environnement. Enfin, à plus long terme, une analyse mondiale pour évaluer les impacts environnementaux de l'adoption et de la généralisation des LED devrait être menée. Cette analyse démontrera l'importance du domaine de l'éclairage dans l'atténuation des changements climatiques et la diminution des autres impacts environnementaux.
# 9 Conclusions du groupe de travail

Le groupe de travail a synthétisé les éléments importants mis en évidence par l'expertise sous forme de questions-réponses.

## Quelles sont les évolutions de la technologie des LED depuis 2010 en France ?

Le premier rapport de l'Anses sur les effets potentiels de l'exposition aux LED sur la santé, publié en 2010, avait permis d'attirer l'attention sur les dangers potentiels induits par les éclairages à LED. L'offre, en matière d'éclairage domestique, s'est a priori améliorée, avec une évolution des caractéristiques techniques des LED : des lumières plus « chaudes », des groupes de risque photobiologique a priori inférieurs à 2, et des lumières parfois moins éblouissantes qu'auparavant. En parallèle, les domaines d'application des LED se sont beaucoup élargis. De plus, on a vu apparaître sur le marché des sources LED blanches de nouvelles technologies à base de LED émettant partiellement dans le domaine ultraviolet et proposant des meilleurs rendus de couleur, mais dont le spectre de rayonnement exposerait la rétine à des risques accrus de phototoxicité.

## À quels types de LED s'intéresse ce rapport d'expertise ?

La présente expertise s'intéresse non seulement à l'éclairage général et à l'éclairage automobile, mais aussi aux objets intégrant des LED (jouets, signalisation, objets de décoration, etc..) et aux écrans à LED (téléphones mobiles, y compris smartphones, écrans d'ordinateurs, tablettes, téléviseurs).

## Quelles sont les spécificités du rayonnement émis par les LED ?

Les spécificités des LED résident d'une part dans le type de rayonnement émis et d'autre part dans les caractéristiques physiques des lampes utilisant cette technologie.

D'une part, le spectre des LED peut plus riche en lumière bleue (il existe des lumières avec des températures de couleur très élevées fournissant une lumière très froide, supérieur à 6 000 K) mais aussi plus pauvre en lumière rouge que la plupart des autres sources lumineuses, naturelles et artificielles. On parle ici de déséquilibre spectral. L'excès de lumière bleue dans le spectre des LED par rapport aux autres sources lumineuses pose la question des effets de la lumière des lampes à LED sur la rétine (effets phototoxiques) mais aussi sur les rythmes circadiens et le sommeil (effets mélanopiques). Le déficit en lumière rouge des LED pourrait par ailleurs priver des effets photoprotecteurs potentiels du rayonnement situé dans cette bande spectrale, notamment lors du processus physiologique d'émétropisation qui se produit dans l'enfance.

D'autre part, les lumières à LED peuvent être plus éblouissantes que les lumières émises par d'autres technologies (incandescence, fluo-compactes, halogènes, etc.). Cela peut être le cas notamment des matrices de LED, des spots à LED, des feux automobiles et des lampes torches.

Enfin, les LED sont très réactives aux fluctuations de leur courant d'alimentation. De ce fait, selon la qualité du courant injecté, des variations de lumière peuvent apparaître, suivant la fréquence et le niveau de ces variations. Ces phénomènes sont regroupés sous la terminologie de « modulation temporelle de la lumière ». L'Homme peut subir des effets néfastes de ces variations, qu'elles soient ou non visuellement perceptibles. Actuellement, sur le marché, il existe des sources de lumière à LED ne présentant aucune modulation temporelle de l'intensité lumineuse, et d'autres qui présentent des taux de modulation à 100 Hz très importants (> 30 %), comparables et même supérieurs aux anciennes
générations de tubes fluorescents à ballast magnétique, désormais bannis par la réglementation européenne

## Quelles sont les spécificités de ces travaux d'expertise ?

Cette expertise recense de manière exhaustive les effets de la lumière émise par les LED sur l'Homme, la faune et la flore.

De part la caractéristique particulière des LED à produire une lumière riche en courtes longueurs d'onde, c'est à dire dans le bleu, et un déséquilibre spectral par rapport aux autres sources de lumière et par rapport à la lumière naturelle, les effets sanitaires qui pourraient être liés à cette lumière froide (phototoxicité, perturbation des rythmes circadiens notamment) ont été évalués. Les effets liés aux autres caractéristiques de cet éclairage, comme leur aspect ponctuel (éblouissement) ou la modulation temporelle ont également été investigués. La question du déséquilibre spectral (rapport des intensités lumineuses entre le bleu et le rouge) a aussi été abordée.

Parallèlement à l'évaluation des effets de ces caractéristiques, plusieurs campagnes de mesures ont été menées pour décrire la nature de la lumière émise par des systèmes à LED du quotidien (lampes pour l'éclairage, objets intégrant des LED, projecteurs automobiles et écrans) et la quantifier. Les expositions induites par ces systèmes à LED ont été évaluées, dans le cadre de scénarios de vie, grâce à des mesures réalisées *in situ* dans des environnements spécifiques.

Au regard de l'évaluation du niveau de preuve des effets sanitaires étudiés et des données d'exposition obtenues, l'expertise a identifié si des effets spécifiques aux LED existent et si l'exposition à ces systèmes peuvent induire un risque pour la santé de l'Homme et de son environnement. L'influence du passage à la technologie LED dans différentes catégories d'éclairage et d'affichage sur la pollution lumineuse a également été évaluée.

Enfin, en parallèle de la diffusion de la technologie LED sur le marché et en raison des effets suspectés de la lumière bleue sur la santé, de nombreux moyens de protection se sont développés, l'évaluation de leur capacité à filtrer le bleu a également été déterminée.

## Quels effets sanitaires ont été étudiés ?

Pour étayer son argumentaire scientifique, le groupe de travail a effectué une revue de la littérature (2010 - 2017) sur les effets suspectés de la lumière bleue afin d'en évaluer les niveaux de preuve associés. Les effets sanitaires abordés dans le cadre de la présente expertise sont les suivants :

* les effets de la lumière bleue sur les rythmes circadiens (perturbation de l'horloge circadienne);

* les effets de la lumière bleue sur le sommeil et sur la vigilance (retard de sommeil et altération de la quantité et qualité du sommeil);

* les effets de la lumière bleue et des différents types de LED sur l'œil (phototoxicité, sécheresse oculaire, myopisation);

* les effets de la lumière bleue sur la peau;

* les effets de la modulation temporelle de la lumière sur la santé;

* les effets liés à l'éblouissement.

## Quels sont les effets de la lumière bleue et des LED sur les rythmes circadiens et quel est le risque associé ?

Compte tenu des éléments de preuve suffisants chez l'Homme, la perturbation des rythmes circadiens par l'exposition à une lumière riche en lumière bleue en soirée ou la nuit est avérée.
Les lumières à LED, particulièrement si elles sont froides (écrans de téléviseurs, d'ordinateurs, de smartphones, de tablettes, éclairages domestique blanc froid) sont susceptibles de perturber les rythmes circadiens compte tenu de leur déséquilibre spectral (rayonnement riche en bleu).

Compte tenu de l'exposition croissante (choisie ou subie) de la population aux systèmes à LED en soirée ou la nuit, et du déséquilibre spectral des LED, le groupe de travail estime que l'exposition aux LED en soirée ou la nuit peut induire un risque élevé de perturbation circadienne. La perturbation des rythmes circadiens est impliquée, avec d'autres facteurs, dans la survenue de nombreux effets sanitaires : perturbation de la qualité et de la durée du sommeil, troubles métaboliques, cancer, obésité, pathologies cardiovasculaires, effets sur la santé psychique, ... Cependant, le lien direct entre l'exposition à la lumière riche en bleu la nuit et ces effets sanitaires, bien que fortement suspecté, n'est pas établi à ce jour chez l'Homme.

## Quels sont les effets de la lumière bleue et des LED sur le sommeil et la vigilance ?

La plupart des travaux scientifiques disponibles montrent que la lumière bleue altère la régulation du sommeil par le biais des perturbations circadiennes. Les éléments de preuve chez l'Homme sont suffisants pour conclure à un effet avéré de l'exposition à une lumière riche en bleu en soirée sur la latence à l'endormissement, la durée et la qualité du sommeil. De ce fait, les technologies à LED, enrichies en lumière bleue sont susceptibles de nuire à la durée et à la qualité de sommeil.

## Quels sont les effets de la lumière bleue et des LED sur l'œil ?

En ce qui concerne les effets d'une lumière riche en bleu sur la toxicité rétinienne, le groupe de travail conclut que :

* l'effet de l'exposition à court terme à la lumière riche en bleu sur la toxicité rétinienne est avéré ;

* l'effet de l'exposition à long terme à la lumière riche en bleu sur la contribution à la survenue de DMLA est avéré ; cependant, les effets à long terme des éclairages artificiels ne sont à ce jour pas étudiés ;

* l'effet de la lumière riche en bleu sur la survenue du syndrome de l'œil sec est possible ;

* l'effet de la lumière riche en bleu sur le développement de la myopie est possible.

Les résultats obtenus en matière d'exposition montrent que la dose de lumière reçue dans la bande de longueurs d'ondes phototoxiques peut être importante avec les éclairages artificiels, et en particulier avec les LED, tout particulièrement les LED blanc froid.

Avec des LED à usage domestique blanc chaud, le groupe de travail conclue qu'il n'y a pas de risque toxicité aigüe.

Par contre, certains objets et jouets sont équipés de LED de groupe de risque 2 et exposent donc à un risque phototoxique aigu.

Les phares automobiles à LED exposent aussi à un risque phototoxique aigu, en particulier pour les enfants.

Les effets cités ci-dessus sont corrélés à la quantité de rayonnement bleu émis par les systèmes de lumière artificielle, et notamment les systèmes à LED. Les systèmes à LED peuvent émettre une lumière riche en bleu et une moindre quantité relative de rayonnement rouge, induisant ainsi un important déséquilibre spectral majorant les effets toxiques.

## Les valeurs limites d'exposition (VLE) relatives à la toxicité rétienne de la lumière pour les effets court terme et long terme sont elles suffisamment protectrices ?
De nombreuses études montrent que les VLE pour la toxicité rétinienne de la lumière ne sont pas suffisamment protectrices. Hunter et ses collaborateurs (Hunter et al., 2012) ont estimé que ces VLE étaient sous-estimées d'un facteur 20 par rapport à une VLE vraiment protectrice. Le groupe de travail souligne, de plus, que ces VLE ne sont proposées que pour une exposition court terme et éludent la question d'une exposition au long terme. Le groupe de travail attire l'attention sur les nouveaux systèmes UV-LED qui pourraient échapper à la réglementation mais présenter des risques phototoxiques.

## Quels sont les effets des LED sur l'éblouissement et le confort visuel ?

Les LED présentent des niveaux de luminance assez disparates selon les sources de lumière testées, certaines applications vont donc pouvoir conduire à un risque plus important d'éblouissement (lampes torches, phares automobiles, spots à LED, ...). Les effets à long terme de la répétition de ces éblouissements ne sont pas connus à ce jour.

En ce qui concerne le confort visuel, l'inconfort apporté par des matrices de LED est établi. La technologie à LED est capable de produire des lumières ayant un meilleur rendu de couleur aujourd'hui qu'il y a quelques années, mais qui reste encore perfectible.

Compte tenu des niveaux d'exposition associés à un usage des éclairages à LED dans l'espace domestique et résidentiel, dans les transports et dans l'espace public, ainsi que des évolutions dans la fabrication des LED commerciales, le groupe de travail estime le niveau de risque d'éblouissement et d'inconfort modéré.

## Quels sont effets de la modulation temporelle de la lumière émise par les LED ?

Selon la fréquence de la modulation temporelle de la lumière, plus ou moins élevée, les effets associés sont différents. Par exemple, pour des fréquences de modulation inférieures à 70 Hz, la modulation peut être perceptible par l'œil selon le taux de modulation (phénomène de papillotement), et pour certaines fréquences particulières, des crises d'épilepsie peuvent survenir chez des populations sensibles. À des fréquences plus élevées (> 80 Hz), des phénomènes comme l'effet stroboscopique (lorsqu'un objet est en mouvement) ou l'effet de réseau fantôme (lors d'une saccade visuelle) peuvent se produire. Dans tous ces cas, la modulation temporelle de la lumière est associée à un inconfort visuel et à une diminution de l'ergonomie visuelle des postes de travail dans le cadre professionnel.

Les fréquences de modulation des lampes et luminaires à LED sont en général trop élevées pour que le papillotement apparaisse.

Il subsiste néanmoins une probabilité élevée de papillotement lors d'une exposition à des lampes et luminaires à LED présentant une modulation temporelle anormale (lampe à LED défectueuse, incompatibilité entre un variateur et une lampe à LED, etc.). Dans un contexte industriel ou domestique, il est vraisemblable que la perception de l'effet stroboscopique impacte la sécurité de l'Homme lors de l'usage de machines ou d'outils. L'effet stroboscopique est particulièrement visible avec des lampes et luminaires à LED ayant une forte modulation temporelle à 100 Hz en particulier lors de mouvements corporels dans le champ de vision de l'observateur.

Lors d'une saccade visuelle, il est possible, sous certaines conditions, de percevoir un effet de « réseau fantôme ». Certaines lampes et luminaires à LED possèdent des niveaux de modulation suffisamment élevés pour que l'effet de réseau fantôme soit perceptible, spécialement en situation de conduite automobile. Le risque d'inconfort visuel associé à l'effet de réseau fantôme est élevé.

L'effet de la lumière modulée sur le déclenchement de crises d'épilepsie est avéré. La possibilité de déclenchement de crises résultant de l'exposition des sujets épileptiques aux lampes et luminaires à LED est faible, car les fréquences de modulation sont trop élevées pour être déclenchantes. Il subsiste néanmoins une possibilité plus élevée de déclenchement de crises d'épilepsie dans la population des sujets épileptiques lors d'une exposition à des lampes et luminaires à LED présentant une modulation temporelle
anormale (produits défectueux ou incompatibilité avec le variateur). Un point de vigilance est à apporter en ce qui concerne les feux à LED des vélos. En effet, ces éclairages sont modulés en tout ou rien (pourcentage de modulation de 100 %) selon la vitesse de rotation des roues. À certaines vitesses, les modulations temporelles se situent dans la bande la plus critique pour le déclenchement de crises d'épilepsie, autour de 15 Hz.

La littérature scientifique rapporte l'existence d'effets comme les maux de tête, la migraine, la fatigue visuelle associés à des fréquences de modulation temporelle comprises entre 80 et 120 Hz, les éléments de preuve associés sont limités chez l'Homme. Le risque associé à ces effets pour une exposition aux LED est indéterminé.

## Quels sont les effets des LED sur la peau ?

La lumière bleue pourrait avoir un effet négatif sur la peau, majorant le vieillissement et retardant la cicatrisation de la peau alors que l'exposition à des longueurs d'onde comprise entre 590 et 630nm (lumière rouge) auraient des effets inverses. La lumière bleue peut avoir des effets bactéricides sur la peau et est utilisée dans cette indication. Compte tenu des niveaux d'exposition associés à un usage domestique des éclairages à LED et de la faible profondeur de pénétration des rayonnements optiques bleus dans la peau, les risques de toxicité pour la peau liés à une exposition à la lumière bleue des LED sont faibles.

Le groupe de travail attire l'attention sur l'effet cancérogène (induction de mélanome) retardé induit par une luminothérapie à LED bleues sur l'icter néonatal.

## Existe-t-il des populations sensibles dans la population générale ? Dans la population professionnelle ?

Le groupe de travail a identifié différentes populations sensibles :

- dans la population générale :

* pour les effets liés à la lumière bleue

o phototoxicité,

* nourrissons, enfants, adolescents, jeunes adultes (cristallin clair);

* personnes aphakes (absence de cristallin) et pseudo-phakes (cristallin artificiel);

* personnes souffrant de pathologies oculaires (œil sec, DMLA, glaucome, rétinopathies..);

* personnes souffrant de troubles moteurs ou cognitifs qui réduisent les capacités d'évitement ou de prise de décision.

* personnes prenant des médicaments photosensibilisants ;

o dérégulation des rythmes circadiens dans le cas d'une exposition en soirée

* nourrissons, enfants, adolescents, jeunes adultes (cristallin clair);

* personnes aphakes (absence de cristallin) et pseudo-phakes (cristallin artificiel);

* femmes enceintes (potentiels effets sanitaires sur l'enfant à naître);

* personnes âgées (cristallin opaque);

* personnes souffrant de troubles du sommeil;

* pour les effets liés à la modulation temporelle de la lumière :

o personnes souffrant de migraines ;
* personnes souffrant d'épilepsie ;

* adolescents et jeunes adultes, plus sensibles aux contrastes spatio-temporels ;

- dans les populations professionnelles :

* pour les effets liés à la lumière bleue (phototoxicité, dérégulation des rythmes circadiens) :

* les travailleurs de nuit ;

* toute profession exposée de manière importantes aux éclairages à LED (les chirurgiens, les dentistes, les éclairagistes, les revendeurs d'éclairages, les professions de la scène, les personnes travaillant dans les installations sportives, les personnes travaillant dans l'agroalimentaire utilisant des LED (serres, aquaculture), ...).

* pour les effets liés à la modulation temporelle de la lumière :

* opérateurs de machines et d'outils

* les conducteurs de véhicules

## Quelles sont les spécificités de l'exposition aux LED ?

L'addition d'un éclairage artificiel à l'éclairage naturel est de nature à modifier les doses oculaires reçues par la cornée et par la rétine dans les bandes phototoxique et mélanopique (jusqu'à 50% d'augmentation) :

* les éclairages à LED augmentent le ratio entre la lumière bleue (dans les bandes phototoxique et mélanopique) et la lumière rouge par rapport à d'autres éclairages à température de couleur égale ;

* l'exposition dans la bande phototoxique est d'autant plus importante que la température de couleur est élevée que l'éclairage soit un éclairage LED ou non LED ;

* l'exposition dans la bande mélanopique est plus importante avec des éclairages à LED froides ;

* l'exposition à des écrans à LED augmente l'exposition dans la bande mélanopique.

La technologie à LED peut exposer à une modulation temporelle potentiellement importante et non visuellement perceptibles.

## Les sources lumineuses à LED dans l'environnement domestique présentent-elles plus de risques pour la santé que les autres types de sources ?

Les dangers intrinsèques des éclairages artificiels reposent sur différentes caractéristiques physiques qui sont : la distribution spectrale (d'où découlent la température de couleur et le ratio entre la lumière bleu et la lumière rouge), la luminance, le pourcentage et les fréquences de modulation temporelle. Certaines de ces caractéristiques sont réglementées, d'autres non. Le risque associé dépend de l'exposition. Certaines LED de part leurs caractéristiques intrinsèques ou de part un usage inadapté peuvent exposer à des risques sanitaires supérieurs aux autres types de sources lumineuses (exposition augmentée dans la bande phototoxique, exposition augmentée dans la bande mélanopique en soirée, risques liés à la modulation temporelle de la lumière).

Cependant, la technologie des éclairages à LED permettrait de produire une lumière dont les caractéristiques sont optimales et supérieures aux autres sources sous condition qu'ils soient bien conçus et bien utilisés.

## L'usage des dispositifs ou objets à LED présente-t-il des risques pour la santé ?
Alors que, dans l'éclairage général, la réglementation impose une limitation au niveau 1 du groupe de risque photobiologique, les mesures physiques effectuées dans le cadre de cette expertise montrent que certains dispositifs appartiennent à des groupes de risques photobiologiques de niveau 2 : des projecteurs automobiles « full LED » (notamment les feux de croisement), des jouets, des lampes torches, des lampes frontales, phares automobiles ....On note par ailleurs l'apparition sur le marché de LED bleues décoratives et l'utilisation des LED dans un nombre croissant d'applications. Le risque photobiologique est d'autant plus important pour les enfants qui sont exposés à courtes distances (jouets, phares automobiles) et ont un cristallin transparent.

L'existence sur le marché de produits à LED appartenant à un groupe de risque 2, non seulement expose à un risque phototoxique aigu, mais pose la question des effets à long terme associés à des expositions répétées de courtes durées à ce type de lampes, notamment pour les enfants.

## Le passage aux LED va-t-il avoir des effets sur la pollution lumineuse ?

Le rapport propose une évaluation des effets du passage aux LED de l'ensemble des sources d'éclairage et d'affichage extérieur sur la pollution lumineuse. Différents aspects ont été considérés, liés au halo nocturne, aux nuisances pour l'Homme (lumière intrusive, débordements lumineux, éblouissement, rythmes circadiens) et aux écosystèmes et à la biodiversité. Selon les différentes catégories d'éclairage, le passage aux LED peut être favorable ou non.

Les catégories responsables des plus grandes augmentations de la pollution lumineuse dues aux LED 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. Dans ces catégories, la tendance est à l'augmentation du nombre et de l'intensité des points lumineux.

Le passage aux LED de l'éclairage public (éclairage des rue et des routes) et l'éclairage intérieur des bâtiments, pourraient peut être réduire la pollution car la lumière est plus circonscrite et les flux lumineux peuvent être abaissés. Ceci n'est vrai que si le nombre de points lumineux reste constant.

Il est difficile actuellement de juger de l'évolution globale, toutes catégories confondues, de l'impact sur la pollution lumineuse résultant du passage aux LED.

## Les éclairages à LED peuvent-ils avoir des effets spécifiques sur l'environnement ?

La diversité des réponses métaboliques, physiologiques et comportementales à la lumière reflète la diversité du vivant et ce qui peut être un avantage pour une espèce donnée, animale ou végétale, peut s'avérer un inconvénient pour une autre. Des modifications de ces réponses s'observent directement à plusieurs niveaux d'organisation, dont les rythmes biologiques (journaliers et annuels), l'activité, la répartition, l'orientation et la migration. Il existe également des effets indirects, observables à moyen et à long terme, sur les populations dans leurs écosystèmes. Les approches doivent donc considérer aujourd'hui chaque espèce indépendamment mais aussi la place qu'elle occupe dans l'écosystème, dont l'Homme est partie intégrante.

Les études d'impact des LED et de la lumière la nuit sur le vivant ne peuvent être dissociées. Les recherches sur les premières s'appuient encore beaucoup sur celles menées sur la lumière la nuit et elles concernent encore un nombre très limité d'espèces. La tendance générale, quel que soit l'écosystème étudié, montre (à long terme) une augmentation de la mortalité et un appauvrissement des espèces animales et végétales étudiées dans les milieux éclairés la nuit, notamment par éclairages à LED.

Les effets de la lumière la nuit, notamment issues d'éclairage à LED sur la faune et la flore et les écosystèmes sont donc avérés. Ces effets correspondent globalement à ceux de
l'éclairage nocturne, parmi lesquels il faut distinguer les spécificités apportées par les LED (intensité, composition spectrale). Ces effets viennent s'ajouter aux autres pressions anthropiques subies par les espèces animales et végétales (pollution chimique, barrières géographiques, réduction de l'espace vital, surexploitation...). Le nombre limité d'études comparativement à l'immense variété des systèmes biologiques de capture et traitement de l'information visuelle existants, laisse supposer un impact majeur et variable selon les régions concernées.

Enfin, l'éclairage diurne ou nocturne (quelle que soit sa nature) n'est pas la seule pression anthropique exercée sur la nature. L'extension continue des activités humaines, industrielles, les nuisances physiques et chimiques auxquelles viennent s'ajouter les effets du changement climatique constituent autant de facteurs auxquels certaines populations animales seront vraisemblablement incapables de faire face, ce qui entrainera une accélération de la perte de la biodiversité. Les données impliquant l'action combinée de ces multiples facteurs perturbants sont encore rarissimes.
# 10 Recommandations du groupe de travail

Le groupe de travail formule différentes recommandations visant à protéger la population des effets sanitaires liés à une exposition aux LED.

## Recommandations liées à la perturbation des rythmes circadiens

Considérant les risques liés à la perturbation des rythmes circadiens, le groupe de travail recommande :

* de limiter l'exposition à des lumières froides (> 4 000 K) et à fort déséquilibre spectral bleu/ rouge pendant la nuit et surtout avant le coucher (particulièrement pour certaines populations : enfants, adolescents, femmes enceintes..) ; en particulier, le groupe de travail recommande de ne pas utiliser de veilleuse à lumière froide pour les nourrissons et les enfants ;

* de renforcer le contraste lumineux entre le jour et la nuit en augmentant l'exposition à la lumière naturelle en journée et en limitant l'exposition à la lumière artificielle en soirée ou la nuit ;

* d'augmenter l'exposition à la lumière bleue des personnes âgées en journée afin de stimuler la synchronisation de leurs rythmes circadiens ;

* limiter l'exposition des femmes enceintes à la lumière la nuit et les informer des potentielles conséquences sur l'enfant porté (impact sur l'horloge biologique et potentiels effets associés) d'une exposition excessive à la lumière la nuit pendant la grossesse ;

* d'informer les parents sur la nécessité de limiter l'exposition des enfants et adolescents à la lumière froide notamment avant le coucher.

## Recommandations liées à la phototoxicité de la lumière et à la sécheresse oculaire

Considérant les risques liés à la phototoxicité et à la sécheresse oculaire, le groupe de travail recommande :

* d'augmenter la connaissance sur l'exposition de la population générale, de la population professionnelle et des populations sensibles (enfants, adolescents, populations souffrant de pathologies oculaires, personnes aphakes, ...) à la lumière artificielle ;

* de mener des études prospectives à long terme de relation entre l'exposition aux lumières artificielles (relativement à leur spectre et à leur niveau de modulation temporelle) et la survenue de pathologies oculaires (DMLA, myopie, ...);

* de mener des recherches permettant de redéfinir les valeurs limites d'exposition à la lumière bleue lors d'une exposition chronique ;

* de mener des recherches visant à définir les VLE en utilisant des indicateurs de toxicité infra cliniques ;

* de mener des recherches pour définir les effets de la lumière bleue sur la survenue ou l'aggravation d'un syndrome d'oeil sec ou d'une dysfonction des glandes de Meibomius ;

* de limiter l'exposition de la population aux lumières froides et aux lumière bleues utilisées pour la décoration et notamment la nuit ;

* d'alerter la population sur le possible risque phototoxique des objets à LED ;
* d'imposer le marquage du groupe de risque photobiologique (selon la norme NF EN 62471) pour les éclairages domestiques mais aussi pour les objets à LED et interdire la commercialisation d'objet à LED en groupe de risque >1 ;

* de sensibiliser la population sur le risque d'une exposition à certains phares automobiles notamment pour les populations les plus sensibles, de recommander aux parents de veiller à ce que les enfants ne fixent pas du regard les phares automobiles ;

* de demander aux constructeurs de véhicules d'utiliser des phares de groupe de risque inférieur ou égal à 1, notamment pour les feux de croisement.

## Recommandations liées au confort visuel et à l'éblouissement

Concernant la caractérisation du confort visuel et de l'éblouissement des LED, le groupe de travail recommande :

* d'exclure les sources à barrettes ou à matrices de LED fines du champ de vision ;

* d'effectuer des mesures fines de la distribution des luminances, par exemple à l'aide de vidéoluminancemètres, pour pouvoir mesurer les luminances maximales des sources ;

* d'utiliser des spectroradiomètres pour obtenir et rendre accessible au consommateur la répartition spectrale d'énergie des sources ;

* d'augmenter la connaissance sur la sensibilité des sujets migraineux au contenu spectral de la lumière.

## Recommandations liées à la modulation temporelle de la lumière

Concernant la prise en compte de la modulation temporelle dans la conception des équipements d'éclairage à LED le groupe de travail recommande :

* de concevoir des produits exempts de modulation temporelle ou bien possédant des modulations temporelles à haute fréquence (au-delà de 1 ou 2 kHz) ;

* de poursuivre les efforts de normalisation des équipements de contrôle-commande, comme les dispositifs de gradation de lumière, pour en garantir la compatibilité avec les lampes et les luminaires à LED.

Concernant la normalisation relative à la modulation temporelle de la lumière, le groupe de travail recommande :

* d'inclure des limites dans les normes de sécurité au niveau européen. Celles-ci étant harmonisées avec la réglementation européenne (directive Basse Tension), les limites normatives devront acquérir un caractère obligatoire ;

* d'introduire des limites de modulation temporelle dans les normes d'éclairagisme au niveau européen. Les normes particulièrement importantes sont les suivantes : normes d'éclairage des lieux de travail intérieurs et extérieurs, la norme d'éclairage des installations sportives, les normes d'éclairage public ;

* d'élaborer une norme métrologique précisant les conditions de mesures de la modulation temporelle et de calcul des indices associés au niveau européen.

Concernant la réglementation européenne relative aux lampes et luminaires à LED, le groupe de travail recommande :

* que des limites soient fixées de manière réglementaire au niveau européen pour limiter les effets biologiques et sanitaires avérés provoqués par la modulation temporelle de la lumière émise par les lampes et luminaires à LED ;
* que les futures limites réglementaires intègrent l'ensemble des effets biologiques et sanitaires connus, susceptibles de se manifester lors de l'exposition aux modulations temporelles des lampes et luminaires à LED;

* que les limites à intégrer dans la réglementation européenne soient au moins équivalentes au niveau de risque faible de la norme américaine IEEE 1789 (inférieur à 8 % à 100 Hz);

* d'introduire dans la réglementation UNECE des feux automobiles (feux avant et feux arrière) une fréquence minimale de modulation de l'ordre de 2 kHz lorsque les feux sont utilisés en mode PWM. Cette recommandation permet de limiter la visibilité de l'effet de réseau fantôme, source de perturbations visuelles avérées.

**Concernant les connaissances à approfondir sur les effets visuels liés à la modulation temporelle de la lumière, le groupe de travail recommande :**

* que des études soient effectuées pour mieux cerner les variations de la sensibilité aux contrastes temporels parmi la population générale;

* d'étudier la validité de l'indice SVM (stroboscopic visibility measure, indice de visibilité de l'effet stroboscopique) dans des contextes autres que l'éclairage de bureau dans lequel il a été construit;

* que des études permettant de quantifier les risques de l'effet stroboscopique vis-à-vis des accidents lors d'utilisation de machines et d'outils spécifiques (métallurgie, l'automobile et la construction, etc) soient menées.

* d'approfondir la connaissance et les conséquences de l'effet de réseau fantôme.

**Concernant les connaissances à approfondir sur les effets biologiques et sanitaires de la modulation temporelle, le groupe de travail recommande :**

* de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques des effets biologiques et sanitaires de la lumière modulée. Il faudrait notamment explorer les relations entre les doses (durée d'exposition, éclairements, fréquences et pourcentage de modulation, etc.) et les effets associés (migraines et maux de tête);

* de mener des études épidémiologiques et des études de provocation pour mieux comprendre les mécanismes de ces effets et connaître leur prévalence et leur incidence dans la population.

**Concernant les connaissances sur l'exposition de la population à la modulation temporelle de l'éclairage, le groupe de travail recommande :**

* d'étudier l'exposition à la lumière modulée dans des environnements réalistes en considérant différentes sources de lumières, pouvant être mobiles (véhicules par exemple), des durées d'expositions plus longues (heures, jours, semaines) et des spectres lumineux variables.

## Recommandations liées à la pollution lumineuse

**Concernant les actions à mener pour limiter le halo nocturne, le groupe de travail recommande :**

* pour l'éclairage public : de promouvoir une gestion intelligente (détection, programmation, gradation, abaissement nocturne), le contrôle précis de la directivité (pas de lumière vers le ciel), l'abaissement des températures de couleur, rendus possibles par la technologie LED;

* pour l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère : de limiter le nombre d'installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, utiliser moins de lumière bleue, éteindre ces installations pendant la nuit (programmation horaire), rendue possible par la technologie LED;
* pour l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère : de limiter le nombre d'installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, utiliser moins de lumière bleue, éteindre ces installations pendant la nuit, (programmation horaire), rendue possible par la technologie LED ;

* pour les enseignes et affiches lumineuses : de limiter le nombre d'installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, utiliser moins de lumière bleue, éteindre ces installations pendant la nuit (en respectant le décret de juillet 2012 sur l'extinction des enseignes lumineuses entre 1h et 6h du matin), limiter la lumière émise vers le ciel ;

* pour l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les parkings : de limiter les flux lumineux (puissance lumineuse des sources) et/ou le nombre de points lumineux (et limiter la lumière émise vers le ciel).

**Concernant les actions à mener pour limiter les lumières intrusives, le groupe de travail recommande :**

* pour l'éclairage public : de continuer à promouvoir d'une gestion intelligente (détection, programmation, gradation, abaissement nocturne) et le contrôle de la lumière intrusive, rendu possible par la technologie LED ;

* pour l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère : de diminuer les niveaux de luminance et contrôler les flux pour éviter la lumière indésirable. Eteindre ces installations pendant la nuit ;

* pour les enseignes et affiches lumineuses : de limiter le nombre d'installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, éteindre ces installations pendant la nuit ;

* pour l'éclairage automobile : de faire évoluer les normes et réglementations sur l'éclairage automobile pour tenir compte de la phototoxicité des LED et des éblouissements des piétons, en particulier des enfants et de développer des technologies LED moins éblouissantes ;

* pour l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les parkings : de limiter les flux lumineux et/ou le nombre de points lumineux ;

* d'appliquer la réglementation existante d'extinction de l'éclairage intérieur des bâtiments non résidentiels en-dehors des heures d'occupation.

**Concernant les recommandations pour limiter les impacts sur les écosystèmes et la biodiversité, le groupe de travail recommande :**

* pour l'éclairage public : promouvoir une gestion intelligente (détection, programmation, gradation, abaissement nocturne), le contrôle de la lumière incidente sur les zones naturelles proches des luminaires est à faire car il est techniquement possible avec les luminaires LED ;

* pour l'éclairage de mise en valeur architecturale et paysagère : de ne pas éclairer les monuments et ouvrages d'art proches de zones naturelles sensibles (rivières, rivages, réserves naturelles), de ne pas éclairer les arbres ou les jardins, diminuer les niveaux de luminance, contrôler les flux pour éviter la lumière indésirable sur les zones de végétation proches des zones à éclairer et d'éteindre ces installations en milieu de nuit ;

* pour les enseignes et affiches lumineuses : de ne pas utiliser d'enseignes ou d'affiches lumineuses dans les zones naturelles sensibles, de limiter le nombre d'installations lumineuses, diminuer les niveaux de luminance, d'éteindre ces installations en milieu de nuit, de limiter la lumière émise vers le ciel ;
* pour l'éclairage des zones commerciales, industrielles et agricoles, y compris les parkings : de limiter les flux lumineux et/ou le nombre de points lumineux ;

* d'appliquer la réglementation existante d'extinction de l'éclairage intérieur des bâtiments non résidentiels en-dehors des heures d'occupation.

## Recommandations liées aux effets sur l'environnement

### Concernant, les effets de l'éclairage à LED sur l'environnement :

* le groupe de travail recommande de réduire l'impact de l'éclairement par tous les moyens à sa disposition. À cette fin il convient de :

* réduire les surfaces des zones éclairées au strict nécessaire ;

* gérer l'intensité et le temps d'éclairement public (éteindre aux périodes les plus creuses de la nuit) ;

* faire respecter la réglementation sur l'extinction des éclairages intérieurs et extérieurs des édifices publics et professionnels ;

* orienter des lampes vers le sol en évitant la diffusion lumineuse ;

* créer des espaces protégés en particulier dans les zones naturelles et périurbaines ;

* effectuer, là où l'éclairage s'impose, un inventaire local des espèces du biotope afin d'adapter au mieux cet éclairage (durée, périodicité, qualité, intensité) aux nécessités vitales des espèces locales ;

* le groupe de travail conclut, pour ce qui est de l'utilisation des lampes LED en milieux fermés à des fins de recherches fondamentales et appliquées, de productions agroalimentaires, médicales ou industrielles, qu'il convient de s'assurer :

* de la protection adéquate du personnel susceptible d'être affecté ;

* que ces utilisations ne génèrent pas de produits non désirés (toxiques), d'où la nécessité d'études au cas par cas ;

* du bon confinement, quand cela est possible, n'entrainant pas une pollution lumineuse supplémentaire vers l'extérieur.

Par ailleurs, le groupe de travail souligne la nécessité de sensibiliser les décideurs et la population sur les impacts négatifs de la lumière artificielle sur tout le vivant (afin d'en limiter l'usage) et sur les avantages économiques qu'ils peuvent tirer d'une gestion adaptée. Ce n'est qu'avec une compréhension claire et globale de ces problèmes que des stratégies de gestion efficaces pourront être développées.

### Concernant l'analyse du cycle de vie, le groupe de travail recommande :

* de développer une méthodologie dans l'analyse du cycle de vie pour évaluer les impacts des sources à LED sur l'environnement et la santé humaine ;

* d'accéder aux données détaillées sur les produits entrant dans la fabrication des LED (matières premières, process) et les produits rejetés dans l'air, l'eau et les sols lors de la fabrication des LED ;

* travailler sur la fin de vie des LED : récupération et tri des produits usagers, récupération des matières premières, recyclage de certains composants des LED, traitement des déchets finaux ;

* d'effectuer une analyse à l'échelle mondiale pour évaluer les impacts environnementaux de l'adoption de la technologie à LED.
# 11 Bibliographie

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