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Faut-il craindre la lumière bleue des LED ?

Publié en ligne le 3 mars 2019 - Lumière bleue -

Aujourd’hui, à travers le monde, environ trente milliards d’ampoules d’éclairage sont utilisées pour une consommation qui représente près de 20 % de la production mondiale d’électricité [1]. En conséquence, la mise au point de sources de lumière efficaces, c’est-à-dire dont l’émission ne cible que ce que l’œil humain peut percevoir, est une préoccupation majeure pour l’avenir, préoccupation qui a motivé l’abandon des ampoules à incandescence 1. La nature de leur spectre, qui ne contient pas de rayonnements infrarouge 2 ou ultraviolet invisibles à l’œil, leur faible consommation électrique et leur longue durée de vie sont ainsi les avantages majeurs des LED (light-emitting diode, ou diode électroluminescente), qui sont désormais largement utilisées pour l’éclairage et dans les écrans.

Mais les LED ont également des défauts, en particulier un spectre potentiellement riche en bleu. Or, une lumière intense et riche en bleu peut entraîner l’apparition d’une photorétinite (lésion de la rétine liée à une exposition intense ou prolongée à une source de lumière). Ce risque est encadré normativement et, de nos jours, les normes de conception des lampes et appareils d’éclairage incluent des exigences de sécurité photobiologique fondées sur des standards internationaux qui traitent de l’exposition aux sources de rayonnements optiques (hors lasers) [2,3].

Cependant, de nombreux articles parus ces dernières années [4,5,6,7,8] discutent la dangerosité potentielle de la lumière bleue des LED pour la rétine humaine. La parution de ces différents travaux s’est à chaque fois accompagnée de la diffusion dans les médias de messages anxiogènes. Ainsi a-t-on pu lire que les risques étaient  « confirmés » et  « non détectables par les tests en vigueur » (Que Choisir ?, 25 septembre 2015), que les LED  « pourraient épuiser notre capital en lumière » (Le Parisien, 9 janvier 2017), que  « la lumière bleue des écrans pourrait nous rendre aveugle » (France Soir, 15 août 2018) et  « provoque l’autodestruction de notre œil » (La Dépêche, 31 août 2018). Bien peu ont proposé une analyse nuancée de la situation (voir par exemple [9,10,11]).

A-t-on des raisons de s’inquiéter ?

Les LED

Une diode électroluminescente est un composant électronique permettant la transformation de l’électricité en lumière. Ses principales applications, par ordre d’importance de marché, sont l’électronique mobile, les écrans, le secteur de l’automobile, l’éclairage et la signalisation. Il est possible de classer les LED :

  • selon leur spectre lumineux : les LED de couleur, dont le spectre est quasiment monochromatique ; les LED blanches, dont le spectre est constitué de plusieurs longueurs d’ondes (la technologie la plus utilisée actuellement pour produire de la lumière blanche avec des LED consiste à ajouter une fine couche de luminophore jaune dans une LED bleue) ;
  • selon leur puissance : les LED de faible puissance, inférieure à 1 watt, sont par exemple utilisées comme voyants lumineux sur les appareils électroménagers ; les LED de forte puissance, supérieure à 1 watt, supportent des courants plus importants (jusqu’à 5 ampères) et fournissent davantage de lumière (jusqu’à 220 lumens par watt).

Pour l’éclairage, on utilise des lampes constituées de plusieurs LED de forte puissance accolées […].

La part de marché des lampes à LED pour l’éclairage des bâtiments pourrait […] atteindre 61 % en 2020.

Source : Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), « L’éclairage à diodes électroluminescentes (LED) », mise à jour avril 2017.


Vincent van Gogh (1853–1890), La nuit étoilée


Le risque en lumière bleue : qu’est-ce que c’est ?

La toxicité de la lumière bleue sur la rétine est bien établie. Cette toxicité peut être l’origine de blessures photochimiques, à ne pas confondre avec la brûlure rétinienne (voir encadré).

Pas de risque de brûlure rétinienne

La brûlure rétinienne résulte de l’observation, même brève, d’une source de lumière très intense. Elle se caractérise par un échauffement localisé à l’endroit de la formation des images. Cet échauffement provoque une modification de l’épithélium pigmentaire (couche pigmentée de la rétine dans laquelle sont enchâssées les cellules photoréceptrices, responsables de la transformation du signal lumineux en signal électrochimique) visible à l’examen histologique (examen des tissus, généralement à l’aide d’un microscope) dans les jours qui suivent l’exposition et une destruction des cellules photoréceptrices.

L’Anses indique que  « ce type de danger concerne toutes les longueurs d’onde, de l’ultraviolet à l’infrarouge en passant par le visible » mais précise que  « ce type de risque associé aux lasers est peu probable dans un usage classique des LED » [1].

[1] Effets sanitaires des systèmes d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED), avis de l’Anses, rapport d’expertise collective, Édition scientifique (octobre 2010).

C’est dans les années 1960 et 1970 que des travaux scientifiques ont ouvert la voie à la description des mécanismes de blessure photochimique de la rétine lors d’une exposition importante ou prolongée à une source de lumière. La blessure photochimique est la conséquence de phénomènes de pression oxydative (ou stress oxydatif) : la lumière, focalisée sur la rétine, un tissu nerveux fortement oxygéné, va conduire à la création d’espèces réactives de l’oxygène (radicaux libres par exemple) particulièrement efficaces pour entraîner une destruction cellulaire [8,12]. Elle ne s’accompagne cependant pas d’une élévation de température significative. Ces mécanismes de destruction cellulaire sont normalement compensés par des mécanismes protecteurs faisant intervenir des antioxydants ou des mécanismes réparateurs permettant le renouvellement des segments sensibles des photorécepteurs.

Vincent van Gogh (1853–1890), Route avec un cyprès et une étoile


Le prix Nobel de physique 2014 pour la mise au point des LED bleues

Le prix Nobel de physique 2014 a été attribué aux physiciens japonais Isamu Akasaki et Hiroshi Amano et au physicien américain d’origine japonaise Shuji Nakamura pour la mise au point, au début des années 1990, d’une lumière bleue à partir de LED. Pendant trois décennies, seule de la lumière verte ou rouge a pu être produite à l’aide de cette technologie. Sans lumière bleue, le blanc ne pouvait être créé. Cette découverte a permis des applications nombreuses : flash des appareils photos, écrans d’ordinateur et, bien entendu, éclairage.


Les avis des agences sanitaires

La plupart des LED blanches aujourd’hui sont des LED à luminophore (ou WPCLED pour White Phosphor Coated Light Emitting Diode), qui associent, par conception, une LED bleue à un luminophore qui convertit partiellement le bleu en jaune (l’association par le système visuel du bleu et du jaune donnant la sensation de lumière blanche).

LED bleues et WPCLED doivent être évaluées du point de vue de la sécurité photobiologique et classées dans un groupe de risque. En Europe, concernant les ampoules grand public, seuls les groupes de risque nul ou faible sont acceptés (voir encadré).

Les groupes de risque

Pour évaluer l’exposition à la lumière bleue associée à des sources de lumière artificielles et prévenir l’incidence des dommages chez l’être humain, l’ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, Commission internationale de protection contre les rayonnements nonionisants) a défini des groupes de risques dépendant de la quantité de lumière bleue des sources lumineuses et de la durée d’exposition admissible correspondante [1]. Ces groupes de risque sont repris dans la norme européenne EN 62471 qui fixe les exigences en termes de sécurité photobiologique pour les sources de lumière artificielle.

Les groupes de risque

Les quatre groupes de risque pour les sources de rayonnements optiques liés à la durée d’exposition maximale admissible de l’œil à la lumière sont :

  • GR0, groupe de risque 0 (nul) : pas de risque en dessous d’un temps d’observation (à 20 cm de la source) de 10 000 s ;
  • GR1, groupe de risque 1 (risque faible) : temps d’exposition maximal à 20 cm de 100 s ;
  • GR2, groupe de risque 2 (risque modéré) : temps d’exposition maximal à 20 cm de 0,25 s (durée d’apparition du réflexe palpébral) ;
  • GR3, groupe de risque 3 (risque élevé) : lésions potentielles apparaissant lors d’observation (à 20 cm de la source) de durée inférieure à 0,25 s.

Les fabricants, lors de la mise sur le marché européen des lampes ou appareils d’éclairage, sont tenus d’évaluer leur produit suivant les standards en vigueur et de les classer dans un des groupes de risque existants. La norme européenne EN 62560 [2], qui fixe les exigences de conception des ampoules à LED, n’autorise que la commercialisation d’ampoules de groupe de risque 0 ou 1 (sans risque ou à risque faible). Pour les luminaires à usage professionnel (projecteurs, éclairage de secours...), la réglementation autorise également le groupe de risque modéré (pour lequel la protection est constituée par le réflexe palpébral) mais impose un marquage spécifique et l’installation audelà d’une distance de sécurité qui ramène le risque au niveau faible.

[1] “ICNIRP statement on light emitting diodes (LEDs) and laser diodes : implications for hazard assessment”, Health Physics, 2000, 78 :744-752.
[2] IEC/EN 62560 : Lampes à LED auto-ballastées pour l’éclairage général fonctionnant à des tensions > 50 V.

L’Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) relevait en 2010 [13] que  « les risques identifiés comme les plus préoccupants, tant par la gravité des dangers associés que par la probabilité d’occurrence dans le cadre d’une généralisation de l’emploi des LED » étaient liés aux effets photochimiques de la lumière bleue et à l’éblouissement. Pour l’effet photochimique, des populations plus particulièrement sensibles au risque ou particulièrement exposées à la lumière bleue ont été identifiées,  « comme les enfants, les personnes atteintes de certaines maladies oculaires ou encore certaines populations de professionnels soumis à des éclairages de forte intensité ».

Le CSRSEE (Comité scientifique des risques sanitaires, environnementaux et émergents, SCENIHR en anglais, dépendant de la Commission européenne) a rendu en juillet 2018 un rapport d’expertise [14] sur les risques potentiels des LED pour la santé humaine. Selon lui,  « il n’y a pas de preuve d’effets nocifs directs sur la santé résultant de l’émission des LED dans des conditions normales d’utilisation […] par la population en bonne santé » 3 mais n’exclut pas la possibilité d’un risque accru pour l’enfant en bas âge, dont l’œil est plus transparent que l’œil adulte.

Quant aux écrans, l’INRS (Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles 4) considère que  « les LED présentes en rétroéclairage, dans les écrans d’ordinateur, de tablette ou de téléphone, […] au vu des données scientifiques existantes actuelles, […] ne représentent pas de risque pour la rétine » [15]. Le risque rétinien en lumière bleue est en effet considéré comme nul lorsque la source de lumière a une luminance inférieure à 10 000 candelas par m2, ce qui est de 10 à 100 fois supérieur à la luminance 5 typique d’un écran LCD à LED. L’Institut rappelle cependant que  « la lumière bleue émise par les LED peut avoir un effet important sur l’horloge biologique qui régule de nombreuses fonctions de l’organisme telles que l’appétit, la vigilance ou la température corporelle » (voir encadré).

La lumière bleue, puissant synchronisateur et désynchronisateur

Pour une même intensité lumineuse perçue, la lumière bleue LED active cent fois plus les récepteurs photosensibles non visuels de la rétine (cellules ganglionnaires à mélanopsine) que la lumière blanche d’une lampe fluorescente. Elle génère donc le message d’une exposition massive à la lumière directement transmis aux noyaux suprachiasmatiques [responsables des rythmes circadiens]. Cette lumière bleue est émise par les écrans LED des ordinateurs, des téléviseurs ou encore des tablettes.

Si l’on s’expose le soir à la lumière, et en particulier à une lumière enrichie en bleu, cela provoque un retard de l’horloge, un retard à l’endormissement et généralement une dette de sommeil (car l’heure de lever ne se retarde pas parallèlement pendant la semaine de travail).

Les études montrent que la suppression de l’utilisation de ces écrans avant le coucher chez l’enfant et l’adolescent permet une augmentation de la durée de sommeil d’une heure trente en moyenne par rapport à celle des utilisateurs.

Source : Inserm, « Chronobiologie, les 24 heures chrono de l’organisme ».

À ce jour, le risque d’exposition aiguë due à la lumière bleue produite par des lampes à LED commerciales en usage normal paraît donc faible pour la population générale. Il n’existe d’ailleurs, à notre connaissance, qu’un seul cas répertorié de lésion rétinienne produite par une LED : celui d’un adolescent japonais âgé de 15 ans dont un camarade a éclairé, par deux fois, l’œil avec un « stylo » à LED violette (410 nm). La LED était tenue à 1 cm de la cornée pendant 20 secondes, et l’adolescent la regardait fixement [16].

Vincent van Gogh (1853–1890),
Chaumes de Cordeville à Auvers-sur-Oise


Des effets à long terme ?

Comme évoqué en introduction, certaines préoccupations existent pourtant vis-à-vis des conséquences de l’exposition chronique de la population générale à de faibles niveaux de lumière bleue. Le CSRSEE précise ainsi que les recherches sur de potentiels effets à long terme doivent être poursuivis. Avant lui, l’Anses, dans son rapport de 2010, envisageait aussi la possibilité que l’exposition répétée et prolongée à la lumière LED à des niveaux de luminosité courants puisse induire un risque supérieur à celui évalué par les valeurs limites d’exposition définies par l’ICNIRP. Des études récentes ont souligné l’effet délétère sur des rats de l’exposition chronique ou subchronique à des lampes à LED de faible intensité [4,5,6,7,8] et plusieurs chercheurs demandent une prise en compte de leurs résultats via une baisse des niveaux d’exposition applicables à l’Homme. Cependant, de nombreuses particularités anatomiques ou physiologiques différencient la structure et le fonctionnement de l’œil du rat et de l’être humain, posant des limites sérieuses aux possibilités d’extrapoler les résultats d’une espèce à l’autre. Récemment, nous rappelions ainsi [17] la nécessité de prendre en compte ces différences dans la conception et l’interprétation des expériences et appelions à plus de prudence dans l’extrapolation des résultats à l’Homme et dans la remise en cause des limites normatives aujourd’hui admises. Actuellement, un groupe d’experts constitué par l’Anses travaille à la mise à jour du rapport de 2010 pour prendre en compte les résultats de ces récentes études.

Conclusion

Parce qu’elles peuvent être puissantes, de petite taille et potentiellement riches en bleu, les LED doivent être systématiquement évaluées du point de vue de la sécurité photobiologique. Des normes existent et doivent être appliquées. Le mésusage de la technologie dans le cadre des pseudo-thérapies (voir nos articles dans Science et pseudo-sciences [18,19]) et les jouets lumineux destinés aux enfants en bas âge (dont l’œil collecte plus de lumière que l’adulte) devraient également faire l’objet d’une attention particulière tout comme certaines populations de travailleurs fortement exposées [20]. Tout ceci relèvera du processus normal d’amélioration des normes et des réglementations.

L’effort de recherche doit être maintenu pour mieux comprendre les mécanismes de la blessure photochimique et vérifier l’absence d’effets potentiels à long terme, mais rien à ce jour ne démontre que les LED, dans le cadre d’un usage normal avec des niveaux d’intensité domestiques, ou utilisées comme rétroéclairage des écrans informatiques, sont rétinotoxiques pour la population générale.

Références

[1] Zissis G, « État de l’art de la science et technologie des systèmes d’éclairage : économies d’énergie et développement durable », Journal sur l’enseignement des sciences et technologies de l’information et des systèmes, janvier 2007 (J3eA 6).
[2] Commission électrotechnique internationale, « Sécurité photobiologique des lampes et appareils utilisant des lampes », CEI 62471 :2006.
[3] Commission électrotechnique internationale, « Application de la CEI 62471 aux sources de lumières et aux luminaires pour l’évaluation du risque lié à la lumière bleue », CEI/RT 62778 :2012.
[4] Jaadane I et al., “Retinal damage induced by commercial light emitting diodes (LEDs)”, Free radical biology and medicine, 2015, 84 :373-384.
[5] Krigel A et al., “Light-induced retinal damage using different light sources, protocols and rat strains reveals LED phototoxicity”, Neuroscience, 2016, 339 :296-307.
[6] Shang YM et al., “Light-emitting-diode induced retinal damage and its wavelength dependency in vivo”, Int J Ophtalmol, 2017, 10 :191-202.
[7] Jaadane I et al., “Effects of White Light-Emitting Diode (LED) Exposure on Retinal Pigment Epithelium in Vivo”, J Cell Mol Med, 2017
[8] Ratnayake K et al., “Blue light excited retinal intercepts cellular signaling”, Scientific Reports, 2018, 8, 10207.
[9] Point S, « Peur bleue : quand les médias raccourcissent le temps de la science », Lumières, mars 2017,18.
[10] Mottier P, Duchêne G, Thomé J, Jannin B, « Lumière bleue des LED. Rappel aux bases de la physique de la lumière et à ses influences sur l’œil humain ». « Lumière bleue : quels risques pour la santé ? », Canard PC Hardware, n° 33.
[12] Youssef PN et al, “Retinal light toxicity”, Eye, 2011, 25 :1-14.
[13] « Effets sanitaires des systèmes d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED) », avis de l’Anses, rapport d’expertise collective, Édition scientifique (octobre 2010).
[14] European Commission, Scientific Committee on Health, Environmental and Emerging Risks, “Final Opinion on potential risks to human health of Light Emitting Diodes (LEDs)”, juin 2018.
[15] INRS, Dossier « Éclairage à LED », mise à jour juin 2017.
[16] Obana MD et al., “A case of retinal injury by a violet lightemitting diode”, Retinal cases & brief reports, 2011, 5 :223-226.
[17] Point S, Lambrozo J, “Some evidences that white LEDs are toxic for Human at domestic radiance ?”, Radioprotection, 2017, 52 :297-299.
[18] Point S, « Sornettes sur Internet. Chromothérapie : toutes les couleurs de la fausse science », SPS n° 312, avril 2015.
[19] Point S, « Sornettes sur Internet. Phosphénologie : des petits éclairs sans grand génie », SPS n° 319, janvier 2017.
[20] Point S, et Barlier-Salsi A, « Lampes à LED et risque rétinien », fiche technique de la SFRP, 2017.


Pourquoi le bleu des LED ?

Qu’ont donc les LED de spécifique qui rende leur composante bleue potentiellement problématique ? Les dangers associés à la lumière bleue ne dépendent pas de la nature de la source. Mais la technologie LED a ceci de particulier que, pour obtenir du blanc, elle « surutilise » le bleu. La quantité de lumière bleue émise est donc proportionnellement plus importante.

La lumière bleue correspond à la partie des ondes électromagnétiques comprises entre 400 et 480 nm de longueur d’onde. Notre œil y est naturellement transparent. La lumière bleue atteint donc la rétine où elle est absorbée puis transformée en signal électrochimique qui sera acheminé par le nerf optique jusqu’aux aires corticales chargées du traitement de l’information visuelle. La lumière bleue est donc nécessaire à la vision colorée.

Des travaux déjà anciens, conduits dans les années 1970, ont mis en évidence la toxicité potentielle de la lumière bleue lors d’exposition aiguës – c’est-à-dire de courte durée à des niveaux d’éclairement élevés – à cause de la production, au niveau de la rétine et sous l’action de la lumière, d’espèces réactives de l’oxygène très efficaces pour détruire les cellules. Lorsque leur densité est trop importante, comme dans le cas d’un éclairement rétinien trop intense, la capacité d’action des mécanismes protecteurs et réparateurs de la rétine est dépassée : c’est le phénomène de stress oxydatif à l’origine de lésions photochimiques typiques que l’on diagnostique lors d’un fond d’œil par la détection d’un blanchiment de la rétine.

Mais sachons raison garder. Comme le souligne Serge Picaud (25 février 2018, France Info) :  « Il y a plein de parents qui s’inquiètent de la lumière des écrans pour leurs enfants mais qui ne leur mettent pas toujours des lunettes de soleil quand ils vont à la plage. Or la lumière d’un écran n’est rien comparée à celle du soleil. Et si la dangerosité de la lumière bleue est avérée, aucune étude n’a démontré la toxicité liée aux écrans. »

1 Abandon inscrit dans la loi au travers d’une directive européenne qui interdit progressivement la commercialisation des différents types de lampes à incandescence depuis 2012.

2 Le rayonnement infrarouge est une lumière invisible à l’œil, mais produite en grande quantité par les ampoules incandescentes au détriment de la lumière visible, ce qui explique leur faible efficacité énergétique.

3 Traduction de l’auteur.

4 Le rayonnement infrarouge est une lumière invisible à l’œil, mais produite en grande quantité par les ampoules incandescentes au détriment de la lumière visible, ce qui explique leur faible efficacité énergétique.

5 La luminance (qui s’exprime en candelas par m2, ou cd m2) quantifie la lumière émise par une source par unité de surface. Elle définit l’impression lumineuse perçue par un observateur qui regarde la source. Elle permet donc d’évaluer l’éblouissement (anses.fr).

Publié dans le n° 326 de la revue


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L' auteur

Sébastien Point

Docteur en physique, ingénieur en optique et licencié en (...)

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