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 Solution technique - Janvier - Février 2015

La lumière connectée : Light Fidelity (LiFi)


Intégrée, connectée, communicante, contrôlée, qu’il s’agisse d’espaces intérieurs ou extérieurs, la lumière passe au numérique. De nouveaux matériaux éclairants voient le jour, des systèmes de commande automatiques permettent une gestion efficace, l’éclairage, devenu digital, poursuit sa révolution technologique, mais aussi esthétique.

em73 ST1Le principe de « Visible Light Communication (VLC) », terme générique, est directement lié au développement des LED et c’est bien entendu au Japon que les premières expériences de communications avec des luminaires LED, réalisées par les chercheurs de l’université de Kieo à Tokyo, ont eu lieu en 2005.
Comme les acronymes HiFi (High Fidelity pour « haute-fidélité ») et WiFi (Wireless Fidelity pour « fidélité sans fil »), le terme LiFi trouve son origine dans la langue anglaise, Light Fidelity soit fidélité de la lumière. Alors que le WiFi utilise la partie radio du spectre électromagnétique, le LiFi utilise le spectre optique et repose sur l’envoi de données par la modulation d’amplitude des sources de lumière selon un protocole bien défini et standardisé (établi par le comité international IEEE : 802.15). Ainsi, Internet fournit les données qui sont converties en signaux lumineux via un routeur. La LED envoie ces signaux lumineux à un capteur qui, à son tour va les reconvertir en données numériques qui vont alimenter tablette, smartphone ou PC.

L’information par l’éclairage LED
Le LiFi est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière comprise entre la couleur bleue (670 THz) et la couleur rouge (480 THz), fonctionnant avec des sources LED. Le principe de fonctionnement est le suivant : en utilisant les clignotements (invisibles à l’œil nu) d’une LED, il est possible de transmettre des informations en créant une fréquence. Ces changements de fréquence extrêmement rapides permettent de transférer tous types de données vidéo, audio et connexion haut débit à des vitesses plus élevées que celles que l’on connaît aujourd’hui. Pour ce faire, il suffit de disposer d’un routeur, qui alimente le système d’éclairage en courant et en données et d’un décodeur LiFi sur le terminal mobile afin de décrypter le signal lumineux.
Les avantages sont multiples : outre une bande de fréquences entièrement libre et sans licence à l’échelle mondiale, il n’y a pas d’interférence avec les ondes radio ni d’incompatibilité électromagnétique, comme les ondes optiques ne traversent pas les murs, la communication est sécurisée, un très haut débit avec une limite théorique de 1 Gbits/s par LED émettrice et de multiples applications de transfert de données : dans l’habitat, mais aussi dans les commerces (possibilité de géolocalisation des produits dans un hypermarché par exemple), dans les musées (envoi d’informations sur smartphone), dans la rue (gestion de l’éclairage public), etc.
De nombreux grands groupes se sont lancés dans l’étude et le développement de solutions LiFi. Mais aussi quelques start-up, notamment françaises.

Le Li-Fi : un développement made in France
em73 ST2Dès 2007, l’université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines a conduit des travaux de recherche autour d’applications de communication entre véhicules en utilisant les phares à LED présents sur ceux-ci. En 2012, deux chercheurs créent leur entreprise qui commercialise des produits LiFi. Elle est soutenue par des institutions françaises telles que la Banque publique d’investissement et des pôles de compétitivité français, la SNCF pour une solution d’informations audio qui permet de guider les aveugles dans les trains via l’éclairage LED ; avec le Grand Curtius à Liège, pour une solution musées et aussi un partenariat avec EDF Optimal Solutions. La start-up développe des solutions dans des domaines aussi variés que les musées, les transports, les boutiques et supermarchés, les bureaux, les parkings, les hôpitaux, etc. Elle commercialise aussi ses routeurs aux fabricants de matériel d’éclairage qui les intègrent dans leurs luminaires : les routeurs sont placés entre l’alimentation électronique et les appareils.
Autre start-up, une société issue de NXP semi-conducteur dont la maîtrise de la technologie LED est doublée d’une connaissance approfondie des systèmes de communications, développe des solutions optimisées, de l’étude au déploiement en passant par la réalisation de circuits intégrés dédiés. Elle développe des produits pour les musées, centres commerciaux, géolocalisation intérieure et a signé un partenariat avec l’Institut Carnot CEA-Leti (1). Le Leti a présenté un nouveau prototype de transmission Li-Fi haut débit qui exploite les capacités de modulation haute fréquence des LED utilisées dans l’éclairage commercial. Elle atteint des débits allant jusqu’à 10 Mbit/s à une distance de trois mètres, permettant une navigation Internet rapide, et convenant même pour la consultation de vidéos en ligne, en utilisant un flux lumineux inférieur à 1 000 lumens avec un éclairage direct ou indirect. Le Leti a développé la partie « modulation » de la lumière des LED pour encoder de l’information. La start-up intervient plus particulièrement sur les émetteurs-récepteurs qui assurent la conversion entre les signaux optiques et électroniques.

De la géolocalisation à la diffusion d’informations
Les fabricants de matériel d’éclairage développent également des solutions qui consistent en un réseau de luminaires associant éclairage et services de géolocalisation et de diffusion d’informations, notamment appliqués aux centres commerciaux et aux musées.
Dans les supermarchés, les consommateurs disposent d’un outil de géolocalisation qui leur permet par exemple de trouver en quelques secondes, à partir de leur smartphone ou tablette, tous les ingrédients pour préparer une recette ou encore d’obtenir des renseignements sur la composition des produits. Autre exemple : un système d’éclairage connecté pour les bureaux, que chacun pourra contrôler avec son smartphone. Les luminaires à LED sont alimentés par une connexion Power-over-Ethernet (PoE) qui relaie des données à la fois sur l’occupation des locaux et les conditions ambiantes pour mieux gérer la consommation d’énergie du bâtiment.
Dans les musées, il suffit de présenter la tablette sous le luminaire pour obtenir les informations relatives à l’œuvre que le visiteur est train de regarder.

Isabelle Arnaud

 

(1) Le Laboratoire d’électronique et de technologie de l’information (Leti), une des divisions du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies travaille en partenariat avec les grands industriels, les PME et les start-ups et développent pour eux des solutions sur-mesure qui renforcent leur position face à la concurrence. En France, le Leti est basé à Grenoble.

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