Lumière biologiquement active (Human Centric Lighting) : effets de la lumière sur le bien-être et les performances
La lumière n’influence pas seulement la vision, mais également le rythme naturel jour-nuit de l’être humain. Les connaissances relatives à ces effets dits non visuels de la lumière sont de plus en plus prises en compte dans la conception de systèmes d’éclairage modernes.
La lumière biologiquement active, souvent désignée par le terme Human Centric Lighting (HCL), s’inspire notamment de l’évolution naturelle de la lumière du jour. L’éclairement, la répartition de la lumière, la composition spectrale et la température de couleur peuvent ainsi être adaptés au cours de la journée.
Une lumière présentant une proportion plus élevée de bleu peut, selon son intensité, le moment et la durée d’exposition ainsi que la réaction individuelle, influencer l’état d’éveil et l’attention. Des teintes de lumière plus chaudes, comportant une proportion plus faible de bleu, peuvent notamment favoriser un effet moins stimulant en soirée.
Les recherches consacrées à l’horloge biologique et à l’influence de la lumière permettent aujourd’hui d’adapter plus précisément les concepts d’éclairage à différentes situations d’utilisation. Il ne s’agit pas uniquement de créer de bonnes conditions visuelles pour des activités telles que la lecture ou le travail sur écran, mais également de prendre en compte les effets non visuels de la lumière.
La recherche dans ce domaine continue d’évoluer. Ses résultats sont notamment pris en compte dans la conception de l’éclairage des bureaux, des écoles, des établissements de santé et d’autres espaces dans lesquels les personnes séjournent pendant de longues périodes.
Exigences relatives aux effets biologiques de la lumière au bureau
Les effets non visuels de la lumière dépendent de plusieurs facteurs. Il s’agit notamment :
- de la direction et de la répartition de la lumière,
- de l’éclairement au niveau de l’œil,
- de la composition spectrale de la lumière,
- de la durée d’exposition,
- du moment de l’exposition,
- de la sensibilité individuelle des personnes.
Pour une conception ciblée de l’éclairage, il peut être pertinent de diffuser la lumière sur une grande surface, depuis le haut et l’avant, et d’adapter l’éclairement ainsi que la température de couleur au cours de la journée. Différents niveaux d’éclairement peuvent être utilisés pour les postes de travail de bureau en fonction du concept et de l’utilisation. Dans les concepts d’éclairage biologiquement actif, l’effet mélanopique de la lumière au niveau de l’œil peut également être pris en compte. Un tel concept ne peut généralement pas être mis en œuvre à l’aide d’un seul luminaire. L’apport de lumière naturelle, la géométrie de la pièce, les surfaces des murs et du mobilier, les tâches visuelles ainsi que les besoins individuels des collaborateurs doivent être intégrés à la planification. Les lampes de bureau et les lampadaires peuvent compléter le concept global et répondre notamment aux besoins visuels individuels.
La lumière du jour et son importance pour le rythme jour-nuit
L’alternance naturelle entre lumière et obscurité constitue un repère important pour l’horloge biologique humaine. La luminosité le matin et pendant la journée peut influencer l’état d’éveil et l’activité. L’obscurité en soirée favorise quant à elle les processus naturels associés au rythme veille-sommeil. De nombreux processus physiologiques sont liés à ce rythme jour-nuit. Il s’agit notamment de processus hormonaux, de l’activité cardiovasculaire et de la régulation du cycle veille-sommeil. Les personnes qui passent une grande partie de leur journée à l’intérieur dépendent davantage de l’éclairage artificiel. Il peut donc être pertinent de prendre en compte aussi bien les effets visuels que les effets non visuels de la lumière lors de la conception de l’éclairage.
Biorythme, lumière et mélatonine
Au début du XXIe siècle, des cellules ganglionnaires photosensibles de la rétine ont été décrites plus précisément. Ces cellules, appelées cellules ganglionnaires rétiniennes intrinsèquement photosensibles ou ipRGC, participent à la régulation de l’horloge biologique. Elles réagissent particulièrement à certaines zones du spectre visible et influencent notamment des processus liés à la sécrétion de mélatonine et au rythme veille-sommeil. En 2017, le prix Nobel de physiologie ou médecine a récompensé des travaux de recherche portant sur les mécanismes moléculaires de l’horloge biologique.
La proportion de bleu dans la lumière et la régulation de la mélatonine
L’effet non visuel de la lumière dépend notamment de sa composition spectrale. Une lumière présentant une proportion plus importante dans la zone bleue ou cyan du spectre peut avoir une influence plus marquée sur la sécrétion de mélatonine qu’une lumière comportant une proportion plus faible dans cette zone. La lumière naturelle varie en intensité et en composition spectrale au cours de la journée. Le rythme jour-nuit de l’être humain s’est adapté à ces variations au fil du temps. Avec l’éclairage artificiel, il est possible de chercher à reproduire certains aspects de cette évolution naturelle. Pendant la journée, des niveaux d’éclairement plus élevés et une proportion plus importante de bleu peuvent contribuer à un effet lumineux plus stimulant. L’après-midi et en soirée, il est possible d’utiliser des niveaux d’éclairement plus faibles et des teintes de lumière plus chaudes. L’effet concret dépend toutefois toujours de plusieurs facteurs, notamment du moment, de la durée et de l’intensité de l’exposition ainsi que de la sensibilité individuelle.
Recherche sur le contrôle de l’éclairage et la qualité de vie
Les effets de la lumière font depuis plusieurs années l’objet d’études dans différents domaines d’application. Il s’agit notamment des établissements de soins, des écoles, des lieux de travail, du sport et des environnements présentant des horaires de travail particuliers. Certaines études font état d’effets positifs dans des conditions déterminées. Parallèlement, plusieurs questions restent ouvertes, notamment concernant les effets à long terme et la transposition des résultats obtenus en laboratoire à différentes situations de la vie quotidienne. Les résultats d’études individuelles ne doivent donc pas être généralisés à toutes les personnes ou à tous les domaines d’application.
Effets biologiques de la lumière sur le lieu de travail
Les effets non visuels de la lumière peuvent également être pris en compte dans l’aménagement des postes de travail. Les systèmes d’éclairage dynamique permettent par exemple d’adapter l’éclairement et la température de couleur au cours de la journée. Il est ainsi possible d’utiliser un réglage lumineux différent le matin, l’après-midi ou en soirée. L’objectif de ces concepts est de combiner de manière cohérente les exigences visuelles et les effets non visuels de la lumière. Les effets d’un éclairage donné sur l’état d’éveil, la concentration, le bien-être ou le sommeil dépendent de nombreux facteurs individuels et contextuels. Il n’est donc pas possible de prévoir des effets identiques pour chaque personne et chaque situation d’utilisation.
Critères d’un éclairage biologiquement actif
Les exigences fondamentales relatives à un éclairage adapté du poste de travail restent valables dans le cadre du Human Centric Lighting.
Elles comprennent notamment :
- un niveau d’éclairement adapté à la tâche visuelle,
- une répartition de la lumière aussi uniforme que possible,
- la limitation des éblouissements et des reflets gênants,
- des teintes de lumière appropriées,
- un rendu des couleurs suffisant,
- une limitation autant que possible des effets gênants de scintillement et de papillotement.
L’éclairage biologiquement actif complète ces exigences classiques par la prise en compte des effets non visuels de la lumière. Sa planification est donc complexe. L’apport de lumière naturelle, les surfaces de la pièce, les périodes d’utilisation, les tâches effectuées et les différences individuelles entre les utilisateurs doivent idéalement être pris en compte dès les premières étapes de la conception de l’éclairage.
Effets biologiques grâce à une lumière provenant du haut et de l’avant
Pour les effets non visuels de la lumière, la quantité de lumière qui atteint effectivement l’œil joue un rôle particulièrement important. Des sources lumineuses de grande surface placées en hauteur et à l’avant peuvent contribuer à obtenir les niveaux d’éclairement correspondants au niveau de l’œil. Des plafonniers ou des systèmes d’éclairage indirect éclairant le plafond et les parties supérieures des murs peuvent par exemple être utilisés à cette fin. Les lampes de bureau et les luminaires de poste de travail complètent ces concepts, notamment pour répondre aux besoins liés à la tâche visuelle proprement dite. En soirée, une réduction de l’effet non visuel de la lumière peut être pertinente. L’éclairement et la température de couleur peuvent être adaptés en conséquence.
Température de couleur et éclairement dynamiques
Les systèmes d’éclairage dynamique permettent de modifier l’éclairement et la température de couleur au cours de la journée. Des niveaux d’éclairement plus élevés et une proportion plus importante de bleu peuvent contribuer à un effet lumineux plus stimulant. Des teintes de lumière plus chaudes avec une proportion réduite de bleu peuvent, en revanche, permettre un éclairage moins stimulant, notamment en soirée. Les réglages appropriés dépendent notamment de l’heure de la journée, de la durée d’utilisation, de l’apport de lumière naturelle et des besoins individuels des utilisateurs. Outre l’éclairement horizontal sur la surface de travail, l’éclairement vertical au niveau de l’œil joue un rôle particulier dans l’évaluation des effets non visuels de la lumière. Même dans les concepts d’éclairage à orientation biologique, les exigences liées à la tâche visuelle doivent continuer à être respectées. Les pièces dans lesquelles les personnes séjournent pendant de longues périodes peuvent être particulièrement adaptées aux concepts d’éclairage dynamique. Cela concerne par exemple les bureaux, les salles de réunion ou les espaces de séjour.
Lumière biologiquement active et consommation d’énergie
Les concepts d’éclairage à orientation biologique peuvent nécessiter temporairement des niveaux d’éclairement plus élevés. Selon l’installation utilisée et la durée de fonctionnement, cela peut entraîner une consommation d’énergie plus importante. La consommation énergétique doit donc être prise en compte lors de la conception. Les installations d’éclairage modernes peuvent influencer la consommation d’énergie grâce à des sources lumineuses performantes et à une commande adaptée aux besoins. Des détecteurs de présence, des systèmes de régulation en fonction de la lumière du jour ou des commandes d’éclairage programmées dans le temps peuvent par exemple être utilisés. Le niveau réel d’économie ou de consommation énergétique supplémentaire dépend de l’installation existante, de son utilisation, des durées de fonctionnement, de l’aménagement de la pièce et de la technologie de commande mise en œuvre. Il n’est donc pas pertinent de formuler une affirmation générale concernant l’efficacité énergétique d’un concept de Human Centric Lighting.
Questions ouvertes concernant la lumière biologiquement active
La recherche fondamentale sur les effets non visuels de la lumière est aujourd’hui très avancée. Des recherches complémentaires restent toutefois nécessaires concernant les applications concrètes et, notamment, les effets à long terme dans des situations réelles de travail et de vie. Les recherches portent non seulement sur les effets potentiellement positifs, mais également sur les risques éventuels. La question de l’utilisation de la lumière dans le cadre du travail de nuit et du travail posté est notamment importante. Une exposition à la lumière à un moment inadapté peut influencer le rythme naturel jour-nuit. L’éclairage biologiquement actif ne doit donc pas être utilisé exclusivement dans le but d’augmenter autant que possible l’état d’éveil ou les performances. Une conception adaptée devrait plutôt tenir compte de l’heure de la journée, de la durée d’utilisation, des différences individuelles ainsi que des effets potentiels sur le rythme veille-sommeil.
Éclairage individuel : les personnes et les environnements de travail sont différents
Les besoins en matière d’éclairage varient d’une personne à l’autre.
Parmi les facteurs pertinents figurent notamment :
- l’âge,
- la capacité visuelle,
- la tâche visuelle,
- l’apport de lumière naturelle,
- la saison,
- l’heure de la journée,
- le chronotype individuel,
- la géométrie de la pièce,
- les couleurs et les propriétés de réflexion des surfaces.
Lorsque plusieurs personnes travaillent dans une même pièce, leurs besoins peuvent être différents. Les concepts d’éclairage à orientation biologique ne peuvent donc pas être réduits à un réglage unique qui serait optimal pour toutes les personnes. Un éclairage réglable individuellement peut offrir des possibilités supplémentaires. Son utilisation devrait néanmoins rester suffisamment simple afin que les utilisateurs n’aient pas à effectuer en permanence des réglages complexes.
Conclusion: L’éclairage biologiquement actif tient compte, en plus des exigences visuelles classiques, des effets non visuels de la lumière. L’adaptation de l’éclairement, de la répartition de la lumière et de la température de couleur permet de faire varier de manière ciblée les conditions d’éclairage au cours de la journée. Les effets potentiels sur l’état d’éveil, l’attention, le bien-être et le rythme veille-sommeil font l’objet de nombreuses recherches scientifiques. Leur manifestation concrète dépend toutefois de nombreux facteurs et peut varier d’une personne à l’autre. Le Human Centric Lighting doit donc être considéré comme un élément d’un concept global d’éclairage et d’aménagement des espaces. Dans le cadre de constructions neuves ou de rénovations importantes, il peut être pertinent d’envisager de telles solutions dès les premières phases de planification.
Normes et informations
Les exigences générales relatives à l’éclairage des postes de travail restent applicables dans le cadre d’un éclairage biologiquement actif. Pour la conception, il est notamment possible de tenir compte des versions en vigueur des normes et règles techniques correspondantes. Il s’agit par exemple de la norme DIN EN 12464-1 et de la règle ASR A3.4. Pour les effets non visuels de la lumière et l’éclairage biologiquement actif, des spécifications techniques et des informations spécialisées complémentaires peuvent également être consultées. Les normes, règles techniques et recommandations scientifiques étant susceptibles d’être mises à jour, il convient de vérifier, avant toute planification concrète, quelles versions sont actuellement en vigueur.
