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Article mis en ligne le 22 novembre 2018.
Des verres de lunettes incolores qui filtrent la lumière bleue : (comment) est-ce possible ?
Si vous vous rendez chez votre opticien (comprendre un marchand de lunettes) préféré, il vous proposera certainement le dernier traitement de verre de lunettes à la mode : le traitement anti-lumière bleue. À en croire les campagnes publicitaires, la lumière bleue serait émise massivement par nos écrans lumineux (ordinateurs, tablettes, smartphones) et menacerait notre santé (DLMA, trouble du sommeil, fatigue oculaire, etc.). Face à ce fléau des temps modernes, les fabricants de verres de lunettes auraient trouvé la solution miracle, avec une double promesse : un verre (quasi) incolore qui filtre la lumière bleue de nos écrans.
Dans notre page d’expériences « Comprendre les mélanges de couleurs « matière » avec un filtre et un CD », nous décrivons un moyen simple et efficace de filtrer la composante bleue de la lumière : il suffit d’utiliser un filtre coloré jaune. Un tel filtre, s’il est bien choisi, contient des colorants qui absorbent la partie bleue du spectre visible et laissent passer le reste, soit notamment pour de la lumière incidente blanche les parties verte et rouge du spectre. Par contre, à travers ces filtres, les couleurs sont fortement modifiées (voir la page « Des objets colorés en lumière colorée »). Cette modification des couleurs est due au fait qu’en filtrant la composante bleue de la lumière, on réduit considérablement l’activité de l’un des trois types de photorécepteur de la rétine (les cônes « bleus ») responsables de la vision des couleurs.
Comment les fabricants de verres parviennent-ils à filtrer la lumière bleue sans que le verre ne soit jaune ? Intrigués, et reconnaissons-le un peu sceptiques, nous avons décidé de mener une modeste mais instructive enquête.
Qu'est-ce que la lumière « bleue » ?
Quand les opticiens parlent de lumière « bleue », ils font référence à la partie courte longueur d’onde, entre 400 nm et 500 nm, du spectre de la lumière. Il est vrai qu’un mélange équilibré de toutes ces longueurs d’onde est effectivement perçu bleu par notre système visuel. Mais si on isolait dans cette gamme chaque composante monochromatique de la lumière, on verrait du violet en dessous de 420 nm, du bleu autour de 450 nm et du cyan au-dessus de 480 nm environ.
Où trouve-t-on la lumière « bleue » ?
Pour savoir si les lumières naturelles ou artificielles auxquelles nous sommes confrontés au quotidien contiennent des composantes « bleues », il faut analyser leur spectre. Cela peut se faire de façon simple mais approximative avec une bassine d’eau et un miroir pour le Soleil, avec un CD ou un réseau de diffraction pour les lampes d’éclairages. Mais si nous voulons connaître précisément le spectre de chaque source, il est nécessaire d’utiliser un appareil de mesure appelé spectromètre. C’est ce que nous avons fait avec différentes sources de lumière naturelles (Soleil au zénith, ciel bleu, ciel gris) et artificielles (ampoule halogène, tube fluorescent, LED). La figure ci-dessous montre le résultat de nos mesures.
On trouve sans surprise de la lumière « bleue » dans la lumière du Soleil mais aussi dans la lumière provenant d’un ciel bleu ou gris, dont les spectres correspondent au spectre du Soleil modifié par le phénomène de diffusion (voir la page « Les couleurs de diffusion »). Quant aux sources de lumière artificielles que nous avons mesurées, bien qu’elles paraissent toutes relativement « blanches » (certaines sont d’un blanc jaunâtre ou bleuâtre, qu’on appelle blanc « chaud » ou blanc « froid »), leurs spectres sont très différents les uns des autres. On notera en particulier pour l’ampoule LED un pic dans le bleu, centré vers 450 nm. Dans les LED utilisées le plus souvent aujourd’hui pour l’éclairage domestique, un composant à base de semi-conducteurs transforme de l’énergie électrique en lumière bleue (le fameux pic bleu). Puis une partie de cette lumière bleue est transformée à l’aide d’un revêtement fluorescent en un pic large allant du vert au rouge, ce qui donne par synthèse additive une lumière blanche. Suivant le revêtement fluorescent utilisé, le pic bleu qui reste est plus ou moins prononcé par rapport au reste du spectre, et c’est ainsi qu’on obtient une lumière blanc froid, blanc neutre ou blanc chaud. Pour plus d’explications sur les spectres des différentes sources de lumière, vous pouvez consulter notre page « Les sources de lumière ». Notons qu’un paramètre important est également l’intensité absolue reçue à une longueur d’onde donnée par l’œil, qui pour la lumière des lampes est généralement beaucoup moins grande que pour celle du Soleil.
Et qu’en est-il des écrans lumineux ? Nous avons analysé la lumière émise par une zone blanche de différents écrans et nous avons retrouvé pour chacun d’eux un pic de lumière bleue très semblable à celui de la LED. Il n’y a rien d’étonnant à cela puisque la plupart des écrans utilisent aujourd’hui comme source principale de lumière des LEDs blanches. Cette lumière passe ensuite à travers des filtres rouge, vert et bleu : ce sont les fameux pixels de l’écran, montrés dans l’insert de la figure qui correspond à l’image donnée par un microscope USB visant une zone colorée jaune, rouge, magenta et blanche (voir la page d’expériences « Les écrans à la loupe » pour en savoir plus).
Pourquoi faudrait-il filtrer la lumière bleue ?
Nous ne sommes ni médecins ni biologistes, donc nous nous contentons de reprendre ici les éléments les plus couramment mis en avant, dont certains sont controversés (voir les références à la fin de l'article). D’après la littérature scientifique et les brochures de communication des opticiens, il faut distinguer les longueurs d’onde inférieures à 450 nm (plutôt bleu-violettes) qui seraient responsables d’un vieillissement prématuré de la rétine, des longueurs d’onde de plus de 450 nm (plutôt bleu-cyan) qui auraient un impact sur la régulation du rythme veille-sommeil. Cette régulation serait associée à l’absorption de la lumière par un pigment, la mélanopsine, présent dans certaines cellules ganglionnaires et qui a chez l’homme un pic d’absorption (large) dont le maximum est proche de 480 nm. La plupart des fabricants de verres et les opticiens distinguent ainsi la lumière bleue « nocive » (en dessous de 450 nm) de la lumière bleue « essentielle » (au-delà de 450 nm), qui est en réalité essentielle le jour pour le réveil et le bon fonctionnement de notre cycle veille-sommeil, mais nuisible pour l’endormissement le soir. On voit déjà poindre un premier problème : un verre idéal devrait filtrer la lumière bleue nocive tout le temps, et la lumière bleue essentielle seulement le soir. Un filtre variable dans le temps en quelque sorte.
Que font (vraiment) les verres de lunettes traités anti-lumière bleue ?
Une opticienne indépendante nous a gracieusement fourni des verres de lunettes avec différents traitements, fabriqués par un grand groupe français. Le verre traité anti-lumière bleue, photographié ici posé sur une feuille blanche, apparaît avec une légère teinte jaunâtre. Notons que cette coloration est renforcée sur cette photo par le fait que le filtre agit ici deux fois (la lumière du jour traverse le verre, est diffusée sur la feuille blanche, puis retraverse le verre, avant d’être enregistrée par l’appareil photo) contre une seule pour une utilisation comme lunette. Si on regarde à travers ce verre, les couleurs sont assez peu déformées, ce qui est en réalité directement lié au caractère presque incolore du verre. La première promesse d’un verre de lunette quasi incolore qui ne modifie pas notre perception des couleurs, est ainsi (quasi) tenue.
Qu’en est-il de la deuxième promesse : filtrer la lumière bleue, notamment celle de nos écrans ? Nous avons mesuré à l’aide de notre spectromètre la lumière émise par une zone blanche d’un écran d’ordinateur, sans et derrière un verre de lunette anti-lumière bleue. Et surprise (ou pas), le pic de lumière bleue n’est presque pas modifié. Seul le pied du pic du côté des courtes longueurs d’onde est significativement affecté et le maximum du pic est réduit seulement d'environ 10 % : une baisse de 10 % de la luminosité de l’écran aurait le même effet. Le verre filtre également la lumière autour du jaune, couleur complémentaire du bleu. Retirer à la fois de la lumière bleue-violette et de la lumière jaune revient (par synthèse additive) à retirer de la lumière blanche et permet d’éviter un trop fort jaunissement du verre, qui est ainsi moins jaune mais plus sombre, comme on peut le voir sur la photo ci-dessus. En revanche sur une source de lumière bleue comme le Soleil, beaucoup plus riche en très courtes longueurs d’onde, on voit clairement que notre verre anti-lumière bleue réduit très efficacement les longueurs d’onde en dessous de 430 nm environ, jusque dans l’UV.
Une autre façon de visualiser l’effet du traitement anti-lumière bleue sur l’ensemble des longueurs d’onde consiste à tracer son spectre de transmission. Ce spectre s’obtient en calculant le rapport entre le spectre d’émission d’une source qui contient toutes les longueurs d’onde du domaine visible en quantité significative (ciel gris ou Soleil), mesuré derrière et sans le verre. Une transmission de 100 % signifie que la lumière traverse le filtre sans atténuation, 0 % qu’elle est intégralement arrêtée. Nos mesures montrent que notre verre anti-lumière bleu coupe très efficacement les longueurs d’onde inférieures à environ 430 nm, mais transmet les autres longueurs d’onde presque comme un verre classique.
Différentes technologies sont proposées par les fabricants de verres. Nous montrons ici un verre « anti-reflet lumière bleue » dont le spectre de transmission est assez différent du verre précédent dit « matrice anti-lumière bleue ». On observe une baisse progressive de la transmission entre 500 nm et 400 nm, mais ce verre laisse toujours passer plus de 80 % du maximum du pic de lumière bleue des LEDs. On pourrait bien sûr mesurer d’autres verres traités anti-lumière bleue du marché, mais tant qu’ils sont quasi incolores, on peut prédire que leur efficacité sera certainement très faible.
La solution proposée par ces fabricants de verres n’a donc rien de miraculeux : les verres sont quasi-incolores précisément parce qu’ils ne filtrent qu’une partie très réduite de la lumière "bleue", partie présente dans la lumière du Soleil mais quasi-absente de la lumière émise par la plupart des écrans. Si ces verres de lunettes étaient explicitement vendus pour nous protéger d’une partie de la lumière nocive du Soleil, il n’y aurait rien à dire. Mais le fait d’associer leur efficacité à la lumière bleue des écrans, en profitant ainsi de l’inquiétude des consommateurs, pose question.
Alors que faire ?
Il est techniquement tout à fait possible de filtrer l’intégralité de la lumière bleue des écrans : c’est ce que font par exemple les filtres jaunes vendus sur notre boutique. Mais dans ce cas, les couleurs sont fortement affectées : le bleu devient noir, le cyan devient vert, le magenta devient rouge, etc. (voir la page « Des objets colorés éclairés en lumière colorées »). De plus, si de tels filtres étaient portés en permanence, nos yeux ne recevraient plus de lumière bleue « essentielle », qui le jour participe au bon fonctionnement de notre horloge biologique.
Les opticiens proposent d’ailleurs des lunettes anti-lumière bleue qui se portent uniquement pour le travail sur écran et qu’on peut ainsi choisir de n’utiliser que le soir (certaines peuvent se mettre par-dessus des lunettes de vue). En parcourant les avis d'utilisateurs sur les sites de vente en ligne, on voit bien qu'il y a une forte demande pour des verres à la fois incolores et filtrant la lumière bleue des écrans. Nous espérons que cet article vous aura convaincu que c'est impossible (on ne peut pas tout avoir !) : la coloration jaune des verres est justement le signe de leur efficacité sur la lumière bleue (des verres incolores ne peuvent agir que sur ce que notre œil ne perçoit pas ou peu, donc les UV et un peu le violet).
Nous montrons ci-dessous des mesures que nous avons réalisées sur une paire de lunettes classée parmi les meilleurs ventes d'un site bien connu. Ces verres, légèrement teintés de jaune, sont en effet un peu plus efficaces sur le pic bleu des écrans que ceux que nous avons testés précédemment, mais le maximum de ce pic n'est atténué que de 20 %. Le facteur de protection annoncé par le fabricant (ici 35 %) correspond sans doute (nous ne pouvons pas en être sûrs car rien n'est indiqué clairement à ce sujet sur la documentation) à une moyenne sur l'ensemble de la zone incriminée (UV-violet-bleu) en supposant la source lumineuse « à spectre plat » (c'est à dire émettant toutes ces longueurs d'onde avec la même intensité). Des verres peuvent ainsi afficher un bon facteur de protection (ils filtrent entièrement les UV et le violet, peu émis par les écrans) sans toucher au pic bleu ! D'ailleurs, si les fabricants de lunettes voulaient nous convaincre de l'utilité de leurs verres pour le travail sur écran, ne devraient-ils pas communiquer les spectres de transmission des verres à travers écran, comme nous le faisons ici ? Nous n'avons trouvé aucune documentation donnant cette information.
D’autres solutions se développent, qui consistent à agir directement sur la lumière émise par les écrans. Cette lumière étant pilotée électriquement, il est possible avec un logiciel de modifier l’intensité de la lumière bleue émise. Notons que dans ce cas et contrairement à ce qu’on peut faire avec un filtre optique, ce sera l’ensemble de la lumière issue des pixels bleus de l’écran qui sera modifiée, et pas uniquement le côté courte ou grande longueur d’onde. C’est par exemple ce que propose l’application gratuite F-lux pour ordinateur, qui ajuste même la quantité de lumière bleue en fonction de l’heure de travail, l’écran devenant de plus en plus « jaune » au cours de la soirée. Même si on s’y habitue, cela peut être gênant pour certaines utilisations, par exemple le traitement d'images numériques. Des telles applications sont aujourd’hui souvent installées par défaut sur les smartphones.
En conclusion, si on veut être sûr de ne pas avoir trop de lumière bleue « essentielle » le soir, le mieux est encore d’éteindre ses écrans, de prendre un bon vieux livre en papier et de l’éclairer avec une ampoule halogène (pendant qu’on en trouve encore) ou avec une LED blanc chaud !
Si cet article vous a plu, si vous avez des questions ou des précisions à apporter, n'hésitez-pas à utiliser notre Forum de discussion.
Quelques lectures complémentaires....
Sur la technologie LED :
- Prix Nobel de Physique 2014, « For the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources » I. Akasaki, H. Amano, S. Nakamura
- N. Grandjean, « Les LEDs blanches : l’éclairage de demain », Pour la Science n°421, p. 32 (2012) (accès à l'article complet payant)
Sur les effets de la lumière bleue sur la santé :
- « Effets sanitaires des systèmes d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED) », avis de l’ANSES, rapport collectif (2010).
- T.A. LeGates, D.C. Fernandez, S. Hattar, « Light as central modulator of circadian rythms, sleep and affect », Nature Reviews Vol. 15, p. 443 (2014).
- C. Barrau, A. Kudla, M. Tessieres, « Les verres eye protect systemTM : de la recherche au filtrage de la lumière nocive », livre blanc publié dans Points de vue, Publication en ligne, International review of ophthalmic optics (2016).
- J.B. O’Hagan, M. Khazova et L.L.A. Price, « Low-energy light bulbs, computers tablets and the blue light hazard », Eye n°30, p. 230 (2016).
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