La future lumière LED éclaire et communique.
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Pour les chercheurs de l'Université d'Oulu, la lumière ne se contente pas d'éclairer. Elle offre, entre autres, une nouvelle façon de transmettre des données de manière sécurisée et efficace, tout en constituant une source d'énergie durable pour les appareils intelligents.
Nous vivons en milieu urbain, où l'éclairage est omniprésent. Nous éclairons nos maisons, nos bureaux, les hôpitaux et les usines pour que la vie quotidienne se déroule sans encombre. Mais que se passerait-il si toute cette lumière visible pouvait servir non seulement à éclairer les espaces, mais aussi à transmettre des informations et à produire de l'énergie ?
D’ici 2035, les LED blanches devraient assurer environ 95 % de l’éclairage intérieur à l’échelle mondiale. Grâce à leur contrôle simple et rapide (contrairement aux sources lumineuses classiques), les chercheurs explorent des solutions pour enrichir les infrastructures d’éclairage de nouvelles fonctionnalités. Ces possibilités sont étudiées à l’Université d’Oulu dans le cadre du projet SUPERIOT , dirigé par le professeur Marcos Katz , expert en recherche sur la 6G.
La lumière offre des avantages inégalés par les communications radio. Rapide et sécurisée, elle n'interfère pas avec les équipements utilisant les signaux radio. Parmi ses principaux atouts figure l'efficacité énergétique, obtenue grâce à l'utilisation de l'énergie consommée pour l'éclairage afin de transmettre également des informations.
« Le développement de la communication par la lumière s'inscrit dans une démarche de développement durable. Nous étudions comment les infrastructures existantes, comme l'éclairage, peuvent être utilisées de manière novatrice », explique le professeur Katz.
Une lumière LED clignotante épelle son message comme du morse.
Les réseaux mobiles actuels reposent sur la technologie radio. En communication par lumière visible (VLC), l'information est transmise à l'aide de lumière visible plutôt que d'ondes radio.
À domicile, le transfert de données par la lumière pourrait remplacer les réseaux Wi-Fi sans fil par le Li-Fi, ou « fiabilité par la lumière ». L’émetteur pourrait être une lampe LED standard, par exemple une lampe de bureau faisant également office de routeur Wi-Fi, envoyant des informations à un appareil récepteur.
Le professeur Katz compare cela au code Morse.
« La lampe LED est modulée pour clignoter, et le récepteur interprète ce clignotement. Lorsque la lumière est allumée, le récepteur lit un 1 ; lorsqu’elle est éteinte, un 0. »
Un ordinateur ou un smartphone décode les signaux lumineux, mais le scintillement est bien trop rapide pour être perçu par l'œil humain. Le télétravailleur ne voit qu'une lueur fixe provenant de la lampe lorsque le webinaire démarre sur son ordinateur portable.
La transmission de données peut également s'effectuer dans le sens inverse par le biais de la lumière invisible, par exemple infrarouge, permettant ainsi des tâches quotidiennes telles que l'envoi d'un courriel.
« Il serait gênant qu’un téléphone ou un ordinateur émette de la lumière blanche visible. La lumière infrarouge permet d’envoyer des données discrètement », précise Katz.
La lumière véhicule des messages dans des environnements sensibles.
L'équipe de Katz développe des systèmes de communication optique pour les environnements où les signaux radio risquent de perturber des équipements sensibles, comme les hôpitaux, les usines ou les avions. Dans certains hôpitaux, l'utilisation du téléphone est restreinte car les signaux radio peuvent perturber le matériel médical. C'est pourquoi, à bord des avions, les téléphones doivent être mis en mode avion.
« Avec la lumière, ce problème ne se pose pas. Notre objectif est que, dans le futur, les appareils puissent basculer facilement entre la lumière et la radio, en fonction de l'environnement », assure Katz.
La sécurité constitue un autre avantage majeur. Un flux de données optiques ne peut être reçu que par une personne physiquement présente dans le même espace que la source.
« Lorsque la source lumineuse se trouve dans une pièce fermée, il est impossible pour quiconque à l'extérieur d'intercepter le signal », souligne Katz.
Katz affirme que la lumière ne remplacera pas la technologie radio, mais la complétera. Elle présente des avantages indéniables, mais aussi des limites. En effet, en forêt, il n'y a pas d'éclairage public ; le partage de photos prises lors d'une randonnée dépendra donc toujours des ondes radio.
Une communication lumineuse efficace nécessite également une ligne de visée dégagée entre l'émetteur et le récepteur.
« Si un doigt bloque accidentellement le capteur de lumière du smartphone, la connexion s'affaiblit ou se coupe complètement, ce qui oblige l'appareil à utiliser les ondes radio », explique Katz.
Exploiter l'énergie lumineuse pour préserver les ressources naturelles
Au-delà du simple transfert de données, la lumière joue un autre rôle prometteur, contribuant à la vision du projet SUPERIOT d'un Internet des objets (IoT) plus durable. Dans les villes intelligentes de demain, un nombre croissant d'appareils collecteront des données de leur environnement et les transmettront de manière autonome.
Katz explique que l'objectif est que ces appareils s'alimentent grâce à la lumière LED environnante, en utilisant de minuscules cellules solaires plutôt que des batteries.
« Cela pourrait permettre d’économiser une quantité considérable de piles jetables. Les objets connectés qui surveillent l’environnement consomment si peu d’énergie qu’ils peuvent fonctionner entièrement grâce à la lumière ambiante », assure Katz.
La durabilité est également recherchée à travers l'électronique imprimée.
De nombreux appareils modernes, des smartphones aux capteurs, dépendent de composants fabriqués à partir de matériaux rares. L'équipe de Katz cherche des moyens de les imprimer en utilisant beaucoup moins de matériaux.
« Notre vision est d'imprimer des dispositifs IoT complets. Le produit fini serait un autocollant de la taille d'une carte bancaire, conçu pour fonctionner de manière transparente au sein de l'Internet des objets. »
Une étiquette imprimée de ce type pourrait suivre la température ou l'humidité dans un bureau et réguler automatiquement la ventilation. Plus couramment, une brique de lait pourrait comporter une étiquette imprimée affichant son prix en temps réel et rappelant ensuite au consommateur, une fois chez lui, de rapporter un lot faisant l'objet d'un rappel.
Le projet a également permis de développer des dispositifs IoT imprimés destinés aux environnements hospitaliers. Ils peuvent être utilisés pour suivre la localisation des équipements et du personnel, et pour surveiller en temps réel le bien-être des patients.
« Un capteur placé sur un patient pourrait envoyer une alerte instantanée aux infirmières en cas de chute ou de montée excessive de sa température », explique Katz.
Ces dispositifs IoT imprimés incarnent tout le potentiel de la lumière.
« Ils pourraient utiliser à la fois la radio et la lumière pour la transmission de données, restant ainsi en sécurité même dans des environnements sensibles aux ondes radio. Parallèlement, ils capteraient leur énergie de la lumière ambiante. »
https://www.oulu.fi/en/news/future-led-light-both-illuminates-and-communicates