LED, lumière et rythme circadien

Qu’est-ce que le rythme circadien ?

On peut résumer le rythme circadien à un ensemble de processus physiologiques de l’animal et de l’homme. Tous sont calés sur une horloge d’environ 24 heures.

24 heures « environ » ? Hélas, chaque individu ou être vivant subit une petite dérive de l’horloge. Il est donc nécessaire de recaler cette horloge fréquemment. Ce recalage se fait principalement avec l’aide de la lumière, ou son absence le soir. Dans notre monde rempli de lumière artificielle, il est donc légitime de se poser la question de l’influence de cette lumière sur nos rythmes.

Et les LED dans tout ça ?

Les LED possèdent une particularité. Le spectre optique que l’on obtient à la production est très variable. C’est un choix que doit faire le designer de produit LED.

Le rythme circadien est d’abord dépendant de l’intensité lumineuse. Il dépend également du spectre.

La figure 2 de l’article de Light: Science & Applications (LSA) ci-dessous montre cette dépendance, une sensibilité particulière au bleu, centré à 450nm.

Ce graphique montre qu’avec une intensité même plus faible que, par exemple une lampe à incandescence dont le bleu est quasi absent, un fort pic de bleu va activer le rythme circadien plus fortement. Toutefois, ce pic sera bien inférieur à la lumière naturelle, type lumière du jour.

C’est toutefois une des raisons des difficultés d’endormissement que vous pourriez ressentir avec une exposition à un écran LCD LED (contenant beaucoup de bleu, couleur appelée ‘display white’) à des heures tardives.

En l’éclairage, les LED présentent-elles un risque pour le rythme circadien ?

On peut répondre de deux manières, en résumé :

• Les blancs froids (>5000K) présentent un indice circadien important, certes inférieur à la lumière naturelle mais pouvant conduire à des dérèglements de l’horloge (écrans LCD trop tard dans la nuit…) à fort flux.
• Les blanc chauds (<3000 K) offre un indice circadien en phase avec les autres types de source lumineuse, comme les lampes à incandescence ou les lampes halogène.

Peut-on aller plus loin ?

En éclairage LED, la valeur « vendue » par les fabricants est un point de couleur ou une température de couleur. Mais on peut obtenir ces points de couleur avec des spectres optiques très différents. Par exemple, la figure ci-dessous extraite de Electronics Weekly montre une absence totale de pic de bleu !

En complément de cette LED relativement « verdâtre », on peut ajuster la couleur avec une LED rouge et ainsi obtenir un beau blanc chaud, sans aucune composante dans le bleu, mais aussi un bon rendu des couleurs.

L’ajustement parfait au rythme circadien, indépendamment du point de couleur de la source, est une belle opportunité. Une lampe qui nous réveille le matin et ne nous empêche pas de nous endormir le soir.

En conclusion, les LED ne présentent pas de risque particulier concernant le rythme circadien, et une littérature abondante sur le sujet montre des opportunités réelles de rendre la lumière artificielle bien plus naturelle. Une opportunité qui apparaît uniquement avec la technologie LED.

Approfondir le sujet

• Effect of Light on Human Circadian Physiology, Jeanne F. Duffy and Charles A. Czeislerr, 2009, National Center for Biotechnology Information advances science and health by providing access to biomedical and genomic information.
• Healthy, natural, efficient and tunable lighting: four-package white LEDs for optimizing the circadian effect, color quality and vision performance, Ji Hye Oh, Su Ji Yang and Young Rag Do, 2013, Light: Science & Applications (LSA).
• Bright light resets the human circadian pacemaker independent of the timing of the sleep-wake cycle, optimized spectrum concept, National Center for Biotechnology Information.
• Tunable white exists…Now what? A discussion of the art and science of dynamic lighting for the mainstream, 9 September 2015, LED magazine.
• Quelques projets en cours à l’Inserm de Lyon, Département de Chronobiologie.