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

.

Déclaration conflit d’intérêt:

Fondateur de la compagnie Chronophotonix en 2007

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

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

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.

Exemples de rythmes biologiques

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

Enfants et personnes âgées = type matin

Adolescents = type soir; débute à 12 ans jusqu`à 20 ans

On retrouve davantage de type soir chez les hommes

que les femmes et ce, jusqu’à 50 ans environ

•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

Exemple du décalage du rythme sommeil veille

en isolation temporelle

Source : d’après Dement, 1976

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.

2. RELATION ENTRE LA TEMPÉRATURE DE COULEUR DE LA

LUMIÈRE ET LIEN AVEC LA PERFORMANCE CHEZ L’HUMAIN

• 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

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.

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.

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.

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

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

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.

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.

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

23

Méthode: 45 min immersion dans une maquette 1:4

École d’architecture de

l’Université Laval

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.

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

Expérience 4 (suite)

Ciel artificiel pour simulation

Projet - Optimisation de la biophilie en climat extrême par

l’architecture

Systèmes intelligents

Échelle

1:1

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.

Galet, mur vert, mur de pierre…

Pierre et gazon

Plage

Les sources lumineuses des nouvelles

technologies et les impacts potentiels sur la

santé

Photo: Shutterstock

La chambre devient lieu d’étude et

socialisation…peut causer anxieté,

manque de sommeil, même la

dépression, obésité, diabète…

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

La venue des fluocompactes….

La venue des DEL…

IMPACT DES CHANGEMENTS

SAISONNIER DANS LA PÉRIODE DE

LUMIÈRE NATURELLE

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

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

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

Conclusion

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!