EEn ville, innover pour éclairer mieux et moins | #2 Dossier Pop’Sciences « Quand la lumière éclaire le vivant »

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Article #2 – Dossier Pop’Sciences Quand la lumière éclaire le vivant 

Double innovation de rupture, la led présente des atouts qui permettent d’envisager son utilisation dans l’éclairage urbain en limitant au mieux ses impacts sur l’environnement. Mais d’autres solutions innovantes émergent qui utilisent la capacité du vivant à émettre de la lumière, sans électricité.

Un article de Caroline Depecker, journaliste scientifique, rédigé
pour Pop’Sciences – 29 juin 2023

Efficaces en énergie, modulables à souhait, déclinables selon toutes les couleurs, les diodes électroluminescentes – ou leds- ont débarqué sur le marché de l’éclairage il y a une quinzaine d’années et en ont bousculé les codes. L’emploi excessif qui en serait fait n’est pas sans poser de souci. Renforçant un sur-éclairage constaté en ville, elles contribuent à une pollution lumineuse qui est pointée du doigt pour ses méfaits sur la biodiversité et les activités humaines (lire l’article #1 du dossier). Un usage raisonné des leds est à imaginer alors, qu’à l’instar de la bioluminescence, de nouvelles solutions innovantes émergent pour un éclairage plus « doux » de la nuit.

« En tant qu’innovation de rupture, la led a fortement déstabilisé la filière éclairage à son arrivée. On découvrait un éventail incroyable de nouveaux usages pour cette technologie qui, aujourd’hui, est mature », explique François Brunet, directeur du Cluster Lumière, un réseau qui regroupe sur Lyon les professionnels de la lumière impliqués dans l’éclairage et l’ensemble de sa chaîne de valeur. La led présente deux avantages majeurs par rapport à ses concurrentes passées (les ampoules halogènes et fluorescentes¹) : un rendement énergétique et une durée de vie et, en tant que composant électronique, un possible pilotage à distance.

Deux atouts : rendement énergétique et digitalisation

À éclairement lumineux identique, la gamme de puissance des leds va de 4 à 10 watts alors que les solutions précédentes (les lampes à décharge, ndlr) affichent des valeurs entre 60 et 100 watts. « Pour une collectivité, remplacer son parc de lampes à sodium par des sources lumineuses LED, c’est l’occasion de faire entre 30% et 60% d’économies d’énergie », commente François Brunet. Le gisement est énorme. Les lampes les plus énergivores, à vapeur de mercure ou de sodium utilisées historiquement dans l’éclairage extérieur, sont condamnés à disparaître en application de la directive européenne 2009 qui en interdit la vente. Or, à ce jour, seul 25% du parc public est équipé en leds.

©Samuel Challeat,- Observatoire environnement nocturne – CNRS -GEODE

Parce qu’on peut ajuster sa puissance d’alimentation depuis un ordinateur, la led est devenue un éclairage digital. « C’est la seconde innovation de rupture qui accompagne la led. Avec l’envolée des coûts énergiques, cet aspect prend une valeur considérable pour réaliser des économies d’énergie », argumente Philippe Badaroux, président du Cluster. Piloter un parc à leds, c’est définir les horaires à partir desquels l’intensité des diodes est abaissée – en milieu de nuit par exemple – ou au contraire rehaussée – au petit matin. La mise en place de capteurs de présence associés aux lampadaires permet d’augmenter l’éclairage lors du passage transitoire d’un véhicule dans la zone pour davantage de visibilité. Ce type de solution est en cours d’expérimentation dans les quartiers lyonnais du Point-du-Jour et de Monchat depuis deux ans.

Grâce au pilotage intelligent des leds, il serait encore possible de diviser par deux la consommation énergétique d’un éclairage extérieur. De quoi faire réfléchir les collectivités qui ont le budget nécessaire pour faire face aux investissements requis par ces équipements derniers cris. « Attention aux effets pervers toujours possibles en cas d’innovation technologique, tempère Philippe Badaroux. L’effet rebond en est un qui consiste ici à surestimer le nombre de leds à installer alors que leur efficacité énergétique les rend économiquement attractives ».

Créer un éclairage mimant la lumière du Soleil

Au sein du cluster, un groupe de travail a été créé afin de voir comment prendre en compte les problématiques de sobriété énergétique et, lumineuse. Son objectif : faire réfléchir conjointement fabricants d’éclairage et grands consommateurs pour définir des usages pertinents à la lumière tout en intégrant sa qualité environnementale. La réflexion suppose de battre en brèche certaines idées acquises comme l’éclairage systématique des chaussées sur leur linéaire entier. « Plutôt que penser l’éclairage conditionné par des trames noires, difficiles à cerner vu la complexité des interactions entre les espèces nocturnes et la nuit, nous défendons l’idée d’optimiser les trames éclairées. Philippe Badaroux déroule le questionnement. Y’a-t-il réellement besoin d’éclairage ? À quel moment ? Pour quel objectif ? Dans l’affirmative, avec quelle intensité ? »

La digitalisation de la led libère l’imagination des concepteurs lumière. Qu’il s’agisse d’éclairer la ville, de soigner une mise en scène ou encore de proposer des environnements de travail dits « capacitants », c’est-à-dire favorisant une meilleure santé et le développement des capacités individuelles. Dans les Alpes-Maritimes, le fabricant de luminaires Résistex© a ainsi développé une solution d’éclairage créant l’illusion d’un puits de lumière. Dédiés aux espaces dépourvus de fenêtre ou à faible éclairage, le « Waouh » reproduit un faisceau lumineux identique à celui du soleil et variant comme lui au cours de la journée, voire des saisons.  Capable de se synchroniser avec l’astre solaire, l’éclairage adopte un cycle circadien qui, dans ses variations de lumière et d’obscurité, respecterait au mieux le fonctionnement de notre horloge biologique. L’occasion d’optimiser nos capacités cognitives tout en préservant notre rythme veille-sommeil.

Puits de lumière artificielle proposé par l’entreprise Résistex pour éclairer des pièces borgnes : éclairage pour le matin, au zénith et le soir. / ©C. Depecker

Changement de paradigme, autre innovation de rupture : un éclairage sans ampoule, ni électricité ! Mais en faisant appel à la capacité du vivant d’émettre spontanément de la lumière, ce qu’on appelle la bioluminescence. Une levier d’action inédit pour davantage de sobriété lumineuse. En décembre dernier, la start up WoodLight a obtenu à ce sujet plus de 100 000 euros, grâce à une campagne de financement participatif. Son objectif : mettre au point un plant bioluminescent à l’horizon 2024.

Mais le projet le plus abouti concerne la lumière produite par les bactéries marines. Initiatrice du concept en 2014, la start up Glowee, basée à Evry, en a fait sa spécialité. En guise de première installation valorisant le potentiel créatif de la technologie et le bien-être que génère chez la plupart la lumière bleutée caractéristique des abysses, une Glowzen Room a été installée au château Cornu, à 70 kilomètres de Lyon, en 2019. Janvier de cette année, l’entreprise a franchi un pas important de son déploiement en installant, pour la première fois au monde, du mobilier urbain bioluminescent.

Cultiver des bactéries luminescentes dans un mobilier urbain

Le « Rambolium » est un panneau de signalisation qui brille, de jour comme de nuit, sur le parvis de la lanterne à Rambouillet. À l‘intérieur de son bourgeon sommital, les bactéries marines baignent dans des tubes d’eau saline enrichie quotidiennement en nutriments, et de façon automatique, pour qu’elles puissent se multiplier.  L’alimentation en air du dispositif, nécessaire pour que le phénomène biologique ait lieu, a lui aussi été automatisé, ainsi que des rinçages et nettoyages pour éviter les contaminations. Le liquide enfermé dans le mobilier est extrait des cultures bactériennes élevées par Glowee dans ses laboratoires afin, entre autres, d’en optimiser les performances.

Le « Rambolium » diffuse la lumière produite par les bactéries marines qui sont contenues dans son bourgeon sommital. / DR Glowee – https://www.glowee.com/

La luminosité produite par les bactéries est trop faible pour concurrencer l’éclairage de la voirie dédiée à la voiture. Le potentiel représenté par la lumière des abysses se situe plutôt en zone piétonne. Comme l’explique l’urbaniste Nicolas Houel, spécialiste en aménagement de l’espace nocturne, dans les Échos : « Les couleur bleu vert de la bioluminescence sont apaisantes et procurent ce sentiment de sécurité recherché par les piétons,  tout en minimisant la pollution lumineuse ». Un moyen de rassurer le citoyen sur ce qui se cacherait dans la nuit, tout en évitant l’approche coutumière du lampadaire à l’éclairage uniforme et puissant.

Huit ans après les premières mises au point de la lumière marine, Glowee poursuit ses travaux de recherche et développement pour rendre son système suffisamment stable et remplir le cahier des charges de l’éclairage urbain. Une question de taille est à résoudre : garder les bactéries luminescentes par toute température car, pour l’instant, celles-ci ne produisent de la lumière qu’entre 10 et 40 degrés. Le panneau de signalisation a été planté sur la place rambolitaine pour une expérimentation de quatre mois afin de tester la robustesse, l’opérabilité et la recevabilité du système. L’issue de l’opération est stratégique pour la start up. Si celle-ci est concluante, Glowee espère essaimer largement sa solution : elle travaillerait d’ores et déjà sur une cinquantaine de projets avec des aménageurs, promoteurs, opérateurs d’énergie, collectivités pour déployer ce type d’éclairage en ville. Dans cette perspective, la société œuvre pour industrialiser une gamme de mobilier bioluminescents : la commercialisation des produits a été fixée à 2024.

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Notes

[1] Les lampes à incandescence ne sont plus autorisées à la vente depuis 2013 et les halogènes depuis 2018. Restent les lampes fluocompactes.

PPour aller plus loin

• De la lampe à huile aux LED : histoire physico-chimique de l’éclairage artificiel, Lionel Simonot, maître de conférences à l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs (ENSI) de Poitiers 1,  activités de recherche sur les propriétés optiques de matériaux à différentes échelles : films minces nano-composites, peintures en glacis, vernis, objets obtenus par impression 3D, etc.
• La bioluminescence, une lumière venue de la mer prête à révolutionner la ville de demain, Dossier médiachimie sur l’éclairage par bioluminescence, Sandra Rey, créatrice de la société Glowee1 qui utilise
  les voies du biomimétisme pour produire de la lumière à partir de bactéries.
• Solutions – Éclairer grâce à des bactéries bioluminescentes, IRD, 11 mars 2022.