Les LED et la malillumination : un futur scandale sanitaire ?

 Les technologies LED ("Light Emitting Diode") se sont développées alors que les économies d’énergie étaient devenues le nouveau cheval de bataille de l’industrie. Ce faisant, ces nouvelles petites diodes sont devenues omniprésentes dans tous les aspects de notre vie:

 Désagréments liés aux Ecrans LED

Les technologies LED ("Light Emitting Diode") se sont développées alors que les économies d’énergie étaient devenues le nouveau cheval de bataille de l’industrie. Ce faisant, ces nouvelles petites diodes sont devenues omniprésentes dans tous les aspects de notre vie: pour l’éclairage, les TV, les écrans d’ordinateur et les petits appareils Hi Tech portatifs qu’utilisent assidument un nombre toujours croissant de jeunes utilisateurs et de moins jeunes ! Peut-être aurions-nous du prendre le temps d’analyser les impacts de cette technologie sur les utilisateurs avant sa diffusion à un très large public … mais l’économie primant actuellement sur le principe de précaution, rien n’a été fait transformant ainsi chaque utilisateur en bête de laboratoire.

Nous ne retiendrons pour cet article que l’utilisation des LED pour les écrans d’ordinateur. Pour ces derniers, les LED ont permis des avancées considérables, que cela soit pour l’épaisseur des écrans, la qualité de l’affichage et surtout pour la sacro-sainte consommation électrique. Mais alors où est le problème ? Tout est bien dans le meilleur des mondes ? En fait non, car cette technologie a ouvert la porte à de nouvelles problématiques que commencent à révéler certaines études, par exemple sur la lumière bleue Proceedings of the National Academy of Sciences. Par ailleurs, certains utilisateurs ont commencé à se plaindre de différents symptômes semblant être lié au scintillement  (flickering) caractéristique de la plupart de ces écrans et connu depuis pas mal d’année comme l’atteste ce rapport : http://www.xinelam.com/pdf/LED-Lighting-Flicker-and-Potential-Health-Concerns.pdf. Néanmoins, mon intérêt pour ces questions a débuté bien avant ces lectures,  pour avoir subi de nombreux tracas avec ces nouveaux écrans LED.

Toute l’histoire commença en l’année 2011, à la faveur d’un renouvellement de matériel informatique,  ayant fait l’acquisition d’un nouveau Labtop et d’un écran d’ordinateur équipé tout deux des fameuses LED. J’avais bien remarqué que l’écran du portable tirait sur le bleu et que les deux écrans fatiguaient les yeux bien plus vite que sur mes anciens écrans. Mon réflexe a été de baisser au maximum la luminosité et de croire le problème réglé. Et je réalise aujourd’hui avec le recul combien cette opération a été vaine et inutile. Même à faible luminosité, je ressentais une fatigue très rapidement. Il a été difficile pour moi de faire le lien avec l’écran car d’autres paramètres pouvaient entrer en jeu. La luminosité ambiante, l’ergonomie du poste de travail, la fatigue liée au manque de sommeil, le stress ? Ultérieurement, la fatigue visuelle a été relayée par des migraines de plus en plus sévères. Cela m’a permis d’exclure les autres facteurs cités car ces derniers n’ont jamais provoqués de tels troubles et d’orienter mes soupçons sur les écrans LED et plus précisément sur le scintillement (flickering) et l’émission de lumière bleue de ces écrans.

 

 I.   LED Lighting Flicker ou Pulse Width Modulation (PWM)

     1. Historique et Définition du Flickering

Tant que les constructeurs utilisaient les rétro éclairages classiques (tubes CCFL), il semble que la problématique du scintillement n’existait pas. En revanche, dès que les rétro éclairages LED ont vu le jour, cette problématique est apparue.

Les LED ont en effet ouvert une possibilité : celle de faire clignoter ces dernières. Désormais, on choisit de faire clignoter les LED à une fréquence fixée arbitrairement au-dessus de la persistance rétinienne, comme par exemple 200 Hz.

A cette fréquence, pour contrôler le niveau de luminosité, on fait varier le rapport cyclique entre l'état allumé et éteint de la LED : 

  • Pour une impression de faible intensité, la LED sera allumée 10% du temps, et éteinte 90% du temps pendant un cycle d'horloge.
  • Pour une impression de forte intensité, la LED sera allumée 90% du temps, et éteinte 10% du temps pendant un cycle d'horloge.

Cette technique appelée Pulse Width Modulation (PWM) est commune sur la plupart des écrans à rétroéclairage LED. Le mode PWM fonctionne à une fréquence fixe, tournant le rétroéclairage rapidement pour donner l'impression de réduire la luminosité. L'intérêt d'utiliser ce mode est que le rendu colorimètrique de l'écran est meilleur.

Le problème est que cette technique engendre un scintillement.  Ce dernier n'est pas toujours évident pour l'utilisateur, car le taux de rafraîchissement est trop rapide pour la perception de l'œil humain.

 flicker free: période entre état on/off

Comme nous pouvons le voir sur l'image à droite, les moniteurs conventionnels ont une période relativement longue entre les états «on» et «off». Le mode «Flicker-Free traditionnel » tente de masquer les effets de scintillement en augmentant la fréquence mais cela oblige l’œil à faire des ajustements rapides de grand à petit, affectant le système nerveux autonome et entraîne une fatigue oculaire.

 

      2. Des effets néfastes pour les utilisateurs

La plupart des utilisateurs ne perçoivent pas le scintillement émis par les écrans LED. Néanmoins, et plus encore pour ceux qui les perçoivent, la situation peut virer au calvaire, surtout si l'utilisation est quotidienne et sur plusieurs années. Fatigue visuelle, sècheresses de yeux, maux de tête voire même malaises et crises épileptiques sont quelques-uns des symptômes associés.

Mais alors pourquoi les constructeurs continuent t’ils d’utiliser une technologie qui peut s’avérer très problématique pour certain de leurs utilisateurs ? Est-ce parce que seule une petite partie des utilisateurs perçoivent le scintillement, que ses effets ne sont pas immédiats pour la majorité  ou est-ce parce que cela permet aux constructeurs d'améliorer la gestion de la luminosité, de diminuer le coût de production ou d’avoir un rapide retour sur investissement ? Le contexte économique actuel, ultra compétitif, permet peut-être de comprendre pourquoi les constructeurs ont mis sur le marché un produit pas ou peu finalisé au regard du confort et de la santé des utilisateurs.

Mais voilà que le nombre d’utilisateurs éprouvant une gêne lors de l’utilisation de ces écrans  va croissant, car le fait de ne pas percevoir le scintillement ne protège nullement de ses effets, tout au plus, permet de les retarder. Que vont faire les constructeurs ?

 

    3. Flicker-Free ou la suppression du scintillement des écrans LED

Certains constructeurs  décident de mettre en place une nouvelle technologie avec le nom de Flicker- Free pour désigner les écrans n’émettant pas de scintillement… ce qui sonne comme un aveu de la part de ces derniers que les écrans LED « classiques » émettent un scintillement.  La recherche avance, on vous en fait profiter… sauf que vous vous rendez compte que jusque-là, vous étiez un cobaye sacrifié sur l’autel de leur ignorance ou de leur rentabilité.

ViewSonic affirme ainsi, que grâce à la modulation DC sur le rétroéclairage LED, l'effet "on" "off" typiques du scintillement sont complètement enlevés. La modulation DC génère un flux constant lumière, éliminant ainsi effets négatifs provoqués par l'utilisation d'un ordinateur pour une période de temps prolongée.

 Flicker Free: modulation DC

 

Désormais, la technologie Flicker-Free permet aux utilisateurs d’écrans LED de travailler, jouer ou regarder des films plus longtemps de façon plus confortable et sans fatigue oculaire. Tout cela pourrait être idyllique s’il n’y avait pas un autre effet des écrans LED bien plus sournoi.

 

II.    L’émission de lumière Bleue par les écrans LED

 En guise d’introduction, ce petit reportage permet de faire une synthèse de la problématique de la lumière bleue. Vous noterez au passage que le sujet de la vidéo porte sur les ampoules LED. Or, il faut noter que les ampoules fluo-compactes ne sont pas meilleures pour la santé ! Elles émettent des rayons UV et cumulent un autre problème tenant à l’émission d’ondes électromagnétique auxquelles un nombre croissant d’utilisateurs sont sensibles (voir http://www.youtube.com/watch?v=PEWKNTc7BIw) et lire cet article. Nous n’approfondirons pas ici cette problématique et revenons à nos chers écrans LED, source de lumière bleue. 

     1. La lumière bleue peut être nocive pour les yeux

La lumière bleue est une composante naturelle de la lumière du jour. C'est également un composant indispensable pour afficher correctement les couleurs sur des moniteurs à rétroéclairage LED. Sur l'écran, chaque couleur perçue par les yeux est une combinaison des couleurs RVB (rouge, vert et bleu).

La lumière bleue produit un effet particulier sur nos yeux, car ses longueurs d'onde comportent des niveaux d'énergie élevés. Sur le spectre visible, la lumière bleue est proche du rayonnement ultraviolet invisible. Dans le graphique ci-dessous, la lumière bleue émise par la plupart des moniteurs à rétroéclairage LED contient deux fois plus d'énergie que la lumière verte.

 Longueur d'ondes

Des recherches ont démontré qu'il est plus facile pour nos yeux de filtrer la lumière verte et la lumière rouge du spectre, car elles transmettent moins d'énergie photonique. Cependant, le niveau élevé d'énergie de la lumière bleue (lumière à haute énergie visible HEV) ne permet pas à l'œil d'effectuer ce filtrage, c'est pourquoi elle a un effet plus prononcé sur les utilisateurs, d’autant plus qu’ils sont jeunes.

 lumière bleue non filtree

L’équipe du Professeur Sahel à l’Institut de la Vision a mis en évidence qu'une partie de la lumière bleue est responsable de réactions chimiques au niveau de la rétine provoquant des dommages rétiniens. La rétine, qui tapisse le fond de l’œil, est un organe très complexe et essentiel dans le mécanisme de vision. La pathologie rétinienne la plus répandue est la DMLA, Dégénérescence Maculaire Liée à l’Age. La nocivité de ces rayonnements sur les structures oculaires (le cristallin et la rétine) est cumulative et pas immédiate mais est irréversible en revanche. (source)

Les autres symptômes qui apparaissent plus rapidement sont des fatigues oculaires avec des picotements au niveau des yeux, sensation d’éblouissement ainsi que des maux de tête.

 

      2. Une lumière bleue émise par notre environnement technologique

La lumière bleue émise par le soleil est d’un niveau faible et constant, elle est donc faiblement dangereuse pour l’œil. Par contre, un grand nombre de nos appareils électroniques dont l’usage est quotidien émettent des rayonnements de lumière bleue intenses. (source)

Une exposition prolongée à tous ces écrans à LED (téléviseurs, ordinateurs, tablettes, téléphones portables, consoles de jeux) et même les ampoules à basse consommation est donc néfaste pour la santé.

     3. Une lumière bleue qui perturbe le rythme biologique

La plupart des personnes sont continuellement exposées à des sources de lumière bleue intenses, même tard le soir.  Selon une publication de l'Université Harvard, « Les longueurs d'onde bleues qui sont bénéfiques à la lumière du jour, car elles ont des effets positifs sur l'attention, la réactivité et l'humeur, semblent très perturbantes le soir. » La lumière bleue perturbe le rythme circadien ainsi que la sécrétion de mélatonine, indispensable à une bonne qualité de sommeil. Voir la video de Claude Gronfier (chrono biologiste à l’Inserm) à propos de la lumière et des rythmes biologiques. Pour les anglophones, un podcast avec le Dr Charles Czeisler.

Une fatigue de fond risque alors de s’installer chez les utilisateurs. Or quand on sait les conséquences que peut avoir un sommeil insuffisant ou perturbé sur l’état général et sur la santé (risque accru de cancer, de diabète, d’AVC …), il n’est pas vraiment exagéré de dire que ce genre de perturbation peut tuer à petits feux et de façon totalement sournoise.

Par ailleurs, mon expérience personnelle a permis de vérifier que sur des périodes de sommeil perturbé, les symptômes liés au flickering s’accroissent. Il est donc plausible de déduire que la lumière bleue, en ce qu’elle affecte la qualité du sommeil, augmente les effets néfastes du flickering.

Quelles sont alors les solutions pour se prémunir des effets négatifs des LED.

 

III.   Les solutions

     1. Solution contre le Flickering ou Pulse Width Modulation (PWM)

La première solution est de s’orienter sur des écrans autres que LED. Mais, force de constater que fin 2014, aucune autre solution alternative n’existe. C’est d’ailleurs assez hallucinant.  La technologie OLED (Organic Light-Emitting Diode), destinée à remplacer les LED, semble encore avoir un peu de mal à arriver sur du matériel grand public à large diffusion. S’il n’est plus possible d’attendre cette dernière, il faut alors s’orienter sur des écrans LED certifiés Flicker-Free. Des constructeurs proposent ce type d’écran : par exemple BenQ avec sa gamme EW ou les derniers modèles de ViewSonic. A noter que cette certification ne semble pas être une garantie absolue quant à la suppression du flickering, certains écrans se contentant d'augmenter la fréquence du mode PWM.

Pour une utilisation ne requiérant pas pas une colorimétrie très stricte (web, texte, multimédia...), je recommande de prendre un écran doté d'une dalle VA qui remplace avantageusement les anciennes dalles TN car elles offrent un contraste statique nettement supérieur (3000:1).

Concernant les Labtop, à ma connaissance, le flicker-free n’a toujours pas été implémenté. Prendre un Labtop de petite taille retardera la survenance des effets. N’hésitez pas à tester le matériel avant de l’acquérir.

Rappelez-vous qu’il est inutile ou dérisoire de baisser la lumière des écrans LED classiques, cela ne résoud en rien le flickering ni l’émission de lumière bleue: la puissance lumineuse ne baisse quasiement pas: les yeux sont simplement "dupés". L'avantage des écrans Flicker-free et réduction de lumière bleue est que cette puissance pourra être réellement abaissée de façon significative.

       2. Solution Logicielle contre la lumière bleue

S’il est possible de paramétrer la colorimétrie de son écran LED, comme le recommande le physicien-électronicien Anadi A. Martel, président de l’International Light Association, choisissez des couleurs plus chaude (vers le jaune et rouge) par exemple avec les  degrés  Kelvin les plus bas possible,  entre  2700 et  3000K. Les réglages OSD des écrans sont peu pratiques et rendent toutes manipulations particulièrement fastidieuses, surtout s’il faut changer régulièrement de mode de visualisation. C’est pourquoi l’installation du logiciel f.lux est salutaire car il module l’émission de lumière bleue en fonction de l’heure de la journée. Plus on avance vers le soir, plus la lumière bleue sera limité. Il est même possible de désactiver le système pour rétablir une colorimétrie plus proche de la réalité lors des traitements d’images ou de vidéos.

      3. Solution Matérielle contre la lumière bleue

Si vous êtes lumino-sensible, la première chose à faire est de baisser l'intensité lumineuse des écrans LED. Or, le plus souvent, les constructeurs utilisent le flickering (scintillement, clignotement des LED) pour donner l'illusion que la lumière baisse d'intensité. C'est pourquoi, il est impératif de prendre un écran certifié Flicker-Free, car seul ce dernier permettra de baisser sensiblement l'intensité lumineuse. Néanmoins, mon expérience m'a démontré que cette baisse d'intensité s'accompagne souvent d'une baisse de constraste telle qu'il est impossible de baisser l'intensité lumineuse au delà d'un certain seuil, souvent trop élevé pour les lumino-sensibles. C'est pourquoi, ces derniers doivent privilégier les écrans flicker-free ayant une dalle avec un contraste statique le plus élevé possible. Actuellement, le plus élevé semble être celui des dalle VA (3000:1). Néanmoins, même en baissant cette intensité, il reste le problème du spectre bleu bien trop présent sur la majorité des écrans LED.

En attendant des écrans OLED (Organic Light-Emitting Diode) ou des écrans LED plus respectueux des yeux en émettant un spectre plus proche de celui de la lumière naturelle (ces LED existent mais leur prix est prohibitif et ne sont pas, à ma connaissance, utilisés par les constructeurs), il faut sélectionner un écran permettant de réduire très facilement la lumière bleue. Par exemple le BenQ EW 2440L ou EW 2740L, ou encore les moniteurs de ViewSonic comme le VX2880ml  qui semblent également en pointe sur cette question. Tous ces moniteurs proposent des préréglages qu’il suffit de sélectionner afin d’adapter le niveau de lumière bleue à l’activité (la lecture par exemple).

Côté smartphone, actuellement, le plus simple est de choisir un écran AMOLED. Néanmoins, s’il est possible de trouver des écrans OLED comme celui qui équipe le Lumia 930, n’hésiter pas !

Il y a pas mal de sources lumineuses agressives pour lesquelles vous ne pourrez pas forcément agir à la source (lieu de travail, lieu public...). Dans ce cas, il peut être intéressant de se procurer des lunettes. Si votre vision ne souffre d'aucun problème autre que la sensibilité à la lumière, le passage par un ophtalmologiste n'est pas obligatoire et vous pouvez vous procurer pour un prix correct des lunettes comme celles de la société Française Steichen http://www.steichen-optics.com/ (test), ou Prisma. Attention, pour la conduite de nuit, seules des lunettes certifiées pour cet usage doivent être ulisé. Pour les smartphone, il faut noter l'existences de filtres que l’on colle directement sur l’écran (BlueCat Screen).

 

 

Conclusion:

Depuis l’adoption de l’écran BenQ EW (réglé sur le mode lecture) associé au petit logiciel f.lux, tous les symptômes que j’avais pu ressentir durant les 3 dernières années (fatigues, maux de têtes récurrents et troubles du sommeil) ont disparu comme par enchantement. On ne peut que saluer la réactivité des constructeurs BenQ et ViewSonic qui apportent des solutions à ces problématiques de santé bien réelles.

L’objectif de cet article était d’apporter des explications à des pathologies rarement évoquées dans les médias, pas ou peu connus des professionnels de la santé et d’aider les utilisateurs à trouver des solutions voire à prévenir des problèmes futurs notamment pour les enfants qui sont les plus exposés. Y aura-t-il une génération LED dont les capacités visuelles et la santé auront été sacrifiées ? Il est à espérer que cet article contribuera à éviter cela. Un public averti pourra faire pression pour que les constructeurs fournissent rapidement des écrans plus respectueux de la santé des utilisateurs.

 

Kyle Macstone

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