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L’IMPACT DE LA LUMIÈRE SUR LE
FONCTIONNEMENT DU CERVEAU
À L’ÈRE DES NOUVELLES TECHNOLOGIES
Dr Marc Hébert, PhD Professeur titulaire en ophtalmologie,Université Laval
Directeur de l’axe de recherche cliniques et cognitives, Centre de recherche CERVO
.
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Déclaration conflit d’intérêt:
Fondateur de la compagnie Chronophotonix en 2007
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PLAN
Lien particulier entre la lumière et l’horloge biologique
Relation entre la température (degrés kelvins) de couleur et
la performance et le bien-être
L’impact du choix des matériaux sur l’ambiance lumineuse
Les sources lumineuses générées par les nouvelles
technologies et notre santé
L’influence des changements saisonniers de la photopériode
sur notre humeur et performance
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Jean-Jacques Dortous de Mairan en 1729 a observé que
les feuilles des plantes s’ouvrent et se referment au même
moment en noirceur constante que lorsque soumis au cycle
normal de lumière et d’obscurité. First
observation of
an internal
circadian
rhythm
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Horloge biologique = Chef d’orchestre
Rôle: Gérer plus de 150 rythmes biologiques et les synchroniser avec la
rotation terrestre de 24h.
Synchronisation avec l’alternance du cycle de la lumière et de l’obscurité.
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Exemples de rythmes biologiques
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Différences individuelles: Le chronotype
“Type matin” débute sa production de mélatonine vers 20h
“Type soir” vers minuit
Le type matin aura un déficit de sommeil le weekend car il aura de la
difficulté à se lever plus tard
Le type soir aura la semaine un déficit de sommeil parce qu’il aura
de la difficulté à se coucher tôt
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Enfants et personnes âgées = type matin
Adolescents = type soir; débute à 12 ans jusqu`à 20 ans
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On retrouve davantage de type soir chez les hommes
que les femmes et ce, jusqu’à 50 ans environ
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•L’horloge biologique
prend du retard: Elle
perd entre 6 à 12
minutes/jour
•La lumière matinale est
utilisée chaque jour pour
remettre notre horloge
biologique à l’heure
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Exemple du décalage du rythme sommeil veille
en isolation temporelle
Source : d’après Dement, 1976
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Particularités de l’horloge biologique
TRÈS SENSIBLE PEU SENSIBLE
Depuis 2001, nous savons que
l’horloge biologique utilise seulement
la portion bleue de la lumière pour se
synchroniser.
Nous savons aussi que la lumière
bleue stimule la vigilance.
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2. RELATION ENTRE LA TEMPÉRATURE DE COULEUR DE LA
LUMIÈRE ET LIEN AVEC LA PERFORMANCE CHEZ L’HUMAIN
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• 2.1 Définition du niveau de
blancheur de la lumière :
chaud/neutre/froid
• 2.2 La variation de
température de couleur (kelvin)
au cours de la journée
• 2.3 La température de couleur
(kelvin) et l’impact sur l’horloge
biologique
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2.1 Définition du niveau de blancheur de la lumière
: chaud / neutre / froid
La couleur de la lumière égale la température de la couleur et se mesure en Kelvin.
Blanc-chaud : 2700-3300 K (lumière jaune-chaud)
Blanc-neutre : 3300 K-5300 K
Blanc-froid : ≥5300 K (lumière bleue–froid )
• C’est la lumière blanc-froid qui se rapproche davantage de celle du
jour et qui est plus susceptible de stimuler l’horloge biologique.
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2.2 La variation du nombre de Kelvin
en fonction de la journée En fin de journée, la lumière devient plus rouge. Cette lumière plus « chaude » indique à notre horloge biologique le moment du repos. C’est une lumière relaxante et agréable équivalente aux ampoules incandescentes de 2700 K.
Le matin, la lumière naturelle contient davantage de bleu. Elle indique à notre horloge biologique qu’il faut être actif. Cette lumière se retrouve entre 3300 K et 5300 K soit un blanc neutre et peut être recréé avec des lumières halogènes .
Vers midi, moment le plus actif, la lumière est d’un blanc froid (peut atteindre 8000 K) et peut être reproduite avec des fluocompactes ou lumière DEL (6500 K). Il existe des fluorescents pouvant produire 8000 K jusqu’à 17,000 K.
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2.3 Comparaison entre la lumière du jour
et une ampoule incandescente
Proportion de lumière bleue dans une ampoule 100 W incandescente
Proportion de lumière bleue dans la lumière du jour
Ampoule incandescente
Lumière du jour moyen
• La lumière enrichie de bleu stimulera l’éveil tandis que celle contenant moins de bleu
facilitera la relaxation et la préparation au repos.
• On favorisera donc une lumière enrichie de bleu durant la journée et une en
contenant le moins possible en soirée, afin de se préparer au sommeil.
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3. RECHERCHES SUR LA COULEUR DE TEMPÉRATURE
ET LA VIGILANCE ET PERFORMANCE DE L’OCCUPANT
B.M.T Shamsul et al. Effects of Light’s Colour Temperatures on Visual Comfort Level, Task Performances, and Alertness among Students. American Journal of Public Health Research, 2013, Vol. 1, No. 7, 159-165. doi:10.12691/ajphr-1-7-3
Blanc-froid (6500k) Blanc-neutre (4000k) Blanc-chaud (3000k)
Protocole
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But Comparer 3 éclairages (3000 K; 4000 K; 6500 K) chez
47 étudiants de la Faculté de Médecine et Sciences de la Santé,
Malaisie
Mesures Vigilance
Performance visuelle
Vitesse au clavier et précision
Confort visuel
Expérience 1
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Conclusion
Cette étude conclut que, pour une période de test de 50 minutes,
ce sont les conditions d’éclairages de 6500 K et 4000 K qui sont les plus
bénéfiques pour la vigilance et les activités académiques autant pour
les activités à l’ordinateur que sur papier.
On note toutefois que, malgré une meilleure performance à 6500 K, les
étudiants ont préféré l’ambiance produite par la lumière à 4000 K.
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Expérience 2
But:Comparer une illumination à 17000K versus 4000 K pendant
1 mois chez des employés de bureau.
Mesures/Résultats: Vigilance
Humeur
Performance
Fatigue en soirée
lrritabilité
Concentration
Pas d’inconfort au niveau des yeux
La somnolence durant le jour était aussi diminuée
Le sommeil nocturne de meilleure qualité
Antoine U Viola, Lynette M James, Luc JM Schlangen, Dirk-Jan Dijk. Blue enriched white light in the workplace improves self-
reported alterness, performance and sleep quality. Scand. J Work Environ Health 2008; 34(4):297-306.
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Expérience 3: Vitrage
But
Comparer 3 couleurs de vitrage: bleu, bonze et
neutre
Mesures: Diverses mesures subjectives sous
forme de questionnaires ont été prises.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
300 400 500 600 700 800
Tra
nsm
itta
nce
(%)
Longueur d'ondes (nm)
Bronze
Neutral
Blue
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23
Méthode: 45 min immersion dans une maquette 1:4
École d’architecture de
l’Université Laval
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Discussion /Conclusion
• La perception de l’ambiance lumineuse filtrée par un
vitrage favorise le BRONZE par rapport aux teintes
bleues ou neutres.
• Au niveau visuel cela n’est pas surprenant puisque que le
bronze va laisser filtrer davantage de jaune, suggérant un
environnement plus ensoleillé, tandis que le vitrage BLEU
ou NEUTRE donnent un environnement un peu plus
« nuageux ».
• Ainsi le choix de la lumière artificielle versus vitrage
représente deux choses distinctes…
Arsenault H, Hébert M, Dubois M-C. Effects of glazing colour type on perception of daylight quality,
arousal, and switch-on patterns. Building and Environment 2012, 56: 223-231.
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Expérience 4: Matériaux et lumière naturelle
Poirier, G. Demers, C.M.H., Potvin, A. 2017. “Experiencing Wooden Ambiences with Nordic Light: Scale Model Comparative Studies under
Real Skies”. In: BioResources. 12(1): 1924-1942. doi:10.15376/biores.12.1.1925-1942
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Expérience 4 (suite)
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Ciel artificiel pour simulation
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Projet - Optimisation de la biophilie en climat extrême par
l’architecture
Systèmes intelligents
Échelle
1:1
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Approche architecturale appelée: Biophilie
• la biophilie. Il s’agit de la théorie voulant que
l'humain éprouve un besoin biologique d'entrer
en contact avec la nature et que ce contact ait
un effet sur son bien-être, sa productivité et ses
relations sociales. Ce besoin a donné lieu au
design biophilique, qui cherche à intégrer
nature et structure, même dans les espaces les
plus urbains.
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Galet, mur vert, mur de pierre…
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Pierre et gazon
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Plage
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Les sources lumineuses des nouvelles
technologies et les impacts potentiels sur la
santé
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Photo: Shutterstock
La chambre devient lieu d’étude et
socialisation…peut causer anxieté,
manque de sommeil, même la
dépression, obésité, diabète…
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Étude Harvard 2014: 4 heures de lecture sur le IPAD versus 4 heures de
lecture avec un livre imprimé.
Résultats: 55% de suppression de mélatonine, une
augmentation de temps pour s’endormir de 10 min
et un décalage de l’horloge biologique de 90 min
après 5 jours Changa AM, Aeschbacha D,Duffy JF, Czeisler CA.Evening use of light-emitting eReaders negatively
affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness.1232–1237 | PNAS | January 27, 2015 | vol. 112 | no. 4 www.pnas
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La venue des fluocompactes….
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La venue des DEL…
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IMPACT DES CHANGEMENTS
SAISONNIER DANS LA PÉRIODE DE
LUMIÈRE NATURELLE
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Durée moyenne du jour dans la région de Québec
(latitude 46°49 Nord) selon le mois de l'année
0
4
8
12
16
20
24
Janvi
er
Févrie
r
Mar
sAvr
ilM
ai
Juin
Juill
et
Août
Septe
mbre
Oct
obre
Nove
mbr
e
Déc
embre
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Déprime hivernale
42 % des Québécois affirment se
sentir plus fatigués ou déprimés en
janvier et en février. 26 % des
Québécois disent être moins
productifs durant cette période*.
Les familles, amis et collègues
subissent indirectement les
contrecoups des symptômes.
*Sondage CROP-CRHA février
2010
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Table des intensités lumineuses
1 lux 100 lux 300-500 lux 1 000 –
2 000 lux
10 000 lux 100 000 lux
Une chandelle à un mètre
Lumière tamisée
Éclairage au bureau
Ciel nuageux
Lampe de luminothérapie
Belle journée à la plage
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Conclusion
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Nous vivons maintenant dans un monde de plus en
plus artificiel.
L'électricité et les systèmes modernes d'éclairage nous permettent de poursuivre nos activités nuit et jour, sans être esclaves de la lumière solaire.
Or, l'être humain, comme la plupart des animaux, a une horloge interne ajustée au rythme du
jour et de la nuit naturelle. Une horloge que l'évolution n'a pas préparé à vivre la présence de sources lumineuses en constante augmentation dans nos vies via les nouvelles technologies!