Light Fidelity, un nouvel usage de l’éclairage

©OLEDCOMM. De l’école au bureau, en passant par le supermarché et le musée, le LiFi est en mesure de transmettre tout type d’information, sans danger pour la santé ni interférence électromagnétique.

Dans un précédent article, nous avions abordé la lumière connectée. Devant la montée croissante de la technologie LiFi, un point plus détaillé s’imposait sur ses développements. Rencontre avec quelques-uns des principaux acteurs dans le domaine.

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Il est difficile de déterminer exactement qui a inventé le principe de communication sans fil via la lumière, mais, si l’on veut être puriste, remontons en 1880 où l’Américain Alexander Graham Bell, connu pour l’invention du téléphone, fit la première démonstration avec son photophone capable de transmettre sur plusieurs centaines de mètres le son de sa voix en utilisant la lumière du soleil. Aujourd’hui, le principe de Visible Light Communication (VLC) est directement lié au développement des LED, et c’est bien entendu au Japon que les premières expériences de communications LiFi avec des luminaires LED, réalisées par les chercheurs de l’université de Kieo à Tokyo, ont eu lieu en 2005.

Tout comme les acronymes HiFi (High Fidelity : « Haute-Fidélité ») et WiFi (Wireless Fidelity : « Fidélité sans fil »), le terme LiFi trouve son origine dans la langue anglaise, Light Fidelity (Fidélité de la Lumière) et a été proposé pour la première fois par Harald Haas, professeur de communication mobile à l’université d’Édimbourg, lors de la conférence TED (Technology, Entertainment and Design) en 2011.

©Luciom. Une gare, des quais, des trains… et quelques minutes pour trouver son chemin. Le GPS n’est plus d’aucun secours en intérieur. L’éclairage intelligent LiFi prend le relais. Grâce à la communication entre son téléphone et les lampes LED du lieu où l’on se trouve, il est possible de suivre sa progression sur une carte, et même de recevoir de l’information.

©Luciom. Une gare, des quais, des trains… et quelques minutes pour trouver son chemin. Le GPS n’est plus d’aucun secours en intérieur. L’éclairage intelligent LiFi prend le relais. Grâce à la communication entre son téléphone et les lampes LED du lieu où l’on se trouve, il est possible de suivre sa progression sur une carte, et même de recevoir de l’information.

Un débit 10 fois plus élevé que le WiFi

Le fonctionnement du LiFi peut s’apparenter au morse, code permettant de transmettre un texte à l’aide de séries d’impulsions courtes et longues. Le LiFi est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière visible comprise entre la couleur bleue (670 THz) et la couleur rouge (480 THz). Il s’agit d’un protocole qui transforme le WiFi en LiFi via la lumière des LED. 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).

Parce que les LED sont des semi-conducteurs, elles ont la capacité de s’éteindre et de s’allumer avec des temps de l’ordre de la milliardième de seconde (ou nanoseconde). En allumant et en éteignant plusieurs milliers de fois par seconde une lumière à LED, on peut transmettre des informations en créant une fréquence. Si une LED est allumée, elle transmet un bit 1, si elle est éteinte, un bit 0. Les changements de fréquence sont si rapides qu’ils ne sont pas visibles par l’œil humain qui ne perçoit pas le clignotement et ne voit qu’une lumière fixe. En termes de débit, cela correspond à 1 Gbits/s contre un débit de l’ordre de 100 Mbits/s pour le WiFi, soit 10 fois plus faible.

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.

De nombreux grands groupes (Siemens, Samsung, Toshiba, Casio) et start-up (LVX Systems USA, Pure Lifi GB, Nagakawa JP) se sont lancés dans l’étude et le développement de solutions LiFi. En France, Oledcomm et Luciom, toutes deux créées en 2012, proposent des solutions LiFi compatibles pour des applications de géolocalisation et de transmission audio/vidéo. Rencontres avec leurs dirigeants.

©Luciom. Le VLC est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière visible comprise entre la couleur bleue (450 nm) et la couleur rouge (760 nm), générée par des LED. Contrairement au WiFi, qui utilise la partie radio du spectre électromagnétique, le LiFi utilise le spectre optique.

©Luciom. Le VLC est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière visible comprise entre la couleur bleue (450 nm) et la couleur rouge (760 nm), générée par des LED. Contrairement au WiFi, qui utilise la partie radio du spectre électromagnétique, le LiFi utilise le spectre optique.

Oledcomm : un développement international

Dès 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, Suat Topsu et Cédric Mayer, créent Oledcomm (Optical LED communication) qui commercialise des produits LiFi. Récompensée par de nombreux prix, dont le prix européen de l’Innovation en 2013, Oledcomm est soutenue par des institutions françaises comme la Banque Publique d’Investissement et des pôles de compétitivité français.

Pour Suat Topsu, « l’aventure a vraiment commencé avec le premier contrat signé notamment avec la SNCF pour laquelle nous avons développé une solution d’informations audio qui permet de guider les aveugles dans les trains via l’éclairage LED. Puis, nous avons signé un contrat avec le Grand Curtius à Liège, pour une solution musées et, plus récemment, un partenariat avec EDF Optimal Solutions et Thorn ».

Fort de ces partenariats (aussi Artkom, Thales, Continental, Valeo…), Oledcomm déploie son réseau commercial à l’international et en ouvrant des unités de production sur les continents américain, asiatique et européen et un réseau de plusieurs distributeurs à travers le monde, la start-up s’étant donné pour défi de faire du réseau mondial d’éclairage le plus grand réseau de connexion à l’Internet mobile.

« Oledcomm met sur le marché les premiers produits LiFi, contribuant ainsi à la réduction de la pollution électromagnétique environnante. À partir de l’éclairage à LED, on pourra désormais envoyer des données, écouter de la musique, regarder de la vidéo et même se connecter à Internet sans fil », explique Suat Topsu.

En deux ans d’existence, Oledcomm est passée de 2 salariés à 28, et développe des solutions dans des domaines aussi variés que les musées (LiFi BEACON®), les transports, les boutiques (LiFi ONEWAY®) et supermarchés, les bureaux (LiFiNET®), les parkings, les hôpitaux, etc.

Oledcomm vend 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. La start-up continue de développer de nouveaux brevets et bénéficie toujours du soutien de l’Université de Versailles dans le cadre d’un partenariat public privé.

© Philips Lighting. The Edge (Architecte PLP / Architecture – OeverZaaije) abrite le siège de la société Deloitte, dont les bureaux bénéficieront du système développé par Philips, qui doit permettre aux employés de contrôler l’éclairage, ainsi que la température des salles de réunion, grâce à une application installée sur leur smartphone qui détecte leur présence et leur localisation sous le luminaire.

© Philips Lighting.
The Edge (Architecte PLP / Architecture – OeverZaaije) abrite le siège de la société Deloitte, dont les bureaux bénéficieront du système développé par Philips, qui doit permettre aux employés de contrôler l’éclairage, ainsi que la température des salles de réunion, grâce à une application installée sur leur smartphone qui détecte leur présence et leur localisation sous le luminaire.

Luciom, acteur historique dans le domaine électronique

Luciom est une société issue de NXP semi-conducteur dont la maîtrise de la technologie LED est doublée d’une connaissance approfondie des systèmes de communication. Dotée d’une capacité de design de circuits intégrés et de compétences applicatives fortes, ayant déjà tissé des liens avec des partenaires au sein de la filière de l’éclairage, Luciom participe à la mise en place de solutions optimisées, de l’étude au déploiement en passant par la réalisation de circuits intégrés dédiés.

« Le monde de l’éclairage subit une véritable révolution technologique avec l’apparition de l’éclairage à LED. Moins énergivores et avec une durée de vie bien supérieure, les LED apparaissent comme la solution incontournable pour faire face aux défis de réduction d’émissions de CO2 engagé à l’échelle planétaire. C’est ainsi que les éclairages à LED envahissent progressivement notre environnement. Et c’est grâce à nos connaissances du domaine de l’éclairage, en particulier des LED, et nos compétences en matière de conception de circuits intégrés, que nous avons créé Luciom », explique Michel Germe, président et cofondateur de Luciom. Aujourd’hui, six personnes travaillent sur le développement LiFi tandis que quatre s’attachent à la conception de circuits intégrés.

Luciom a déjà développé des produits pour diverses applications : musées, centres commerciaux, géolocalisation intérieure, et a récemment signé un partenariat avec l’Institut Carnot CEA-Leti (1). Le Leti a présenté un nouveau prototype de transmission LiFi 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. Luciom intervient plus particulièrement sur les émetteurs/récepteurs qui assurent la conversion entre les signaux optiques et électroniques.

« Notre système de géolocalisation à l’intérieur des bâtiments a vocation à guider les consommateurs dans les centres commerciaux et à les amener vers les magasins qui les intéressent par un circuit plus pertinent », explique Michel Germe.

©Oledcomm Schéma d’installation LiFiNET® (pour les bureaux) : Oledcomm propose un système de communication bidirectionnel sans fil et sans onde radio jusqu’à un très haut débit en toute sécurité.

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Schéma d’installation LiFiNET® (pour les bureaux) : Oledcomm propose un système de communication bidirectionnel sans fil et sans onde radio jusqu’à un très haut débit en toute sécurité.

Le LiFi dans l’industrie de l’éclairage

Du côté des spécialistes de l’éclairage, il semble que seul Philips Lighting ait déposé son propre protocole VLC qui consiste en un réseau de luminaires associant éclairage et services de géolocalisation. « Philips investit 7 % de son chiffre d’affaires dans la R&D, Healthcare et Lighting », explique Christophe Bresson, directeur marketing et de la communication. En ce qui concerne l’éclairage, la recherche est principalement consacrée à la technologie LED dont l’évolution est telle que de nouvelles perspectives s’ouvrent sans cesse, notamment dans le domaine de l’information numérique. « Philips a développé des solutions pour les centres commerciaux et pour les musées », précise Christophe Bresson. « Dans les supermarchés par exemple, les consommateurs disposent d’un outil de géolocalisation qui leur permettent, entre autres, 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. Dans les musées, il suffit de présenter la tablette sous le luminaire pour obtenir les informations relatives à l’œuvre que le visiteur est en train de regarder. » La technologie est actuellement à l’essai dans plusieurs supermarchés d’Europe et a été testée dans le cadre du projet pilote sur la localisation par systèmes d’éclairage connectés, au musée Boerhaave. La marque a muni chaque visiteur d’une tablette équipée d’une application d’information multimédia sur l’exposition. Philips a également installé des systèmes d’éclairage individuels en plusieurs points de l’exposition, qui activent l’application et transmettent leurs données de localisation via la caméra de la tablette. Par ailleurs, Philips a dévoilé, en avril dernier, 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. Le système est en cours d’installation dans le bâtiment de The Edge (siège de Deloitte), à Amsterdam.

De son côté, Osram a lancé un système permettant d’exploiter de nombreuses possibilités d’éclairage à partir d’une application sur smartphone ou tablette et s’adressant aussi bien aux applications tertiaires que domestiques (Lightify). Pour Jean-Marc Vogel, président d’Osram France, « nous sommes persuadés que la lumière, présente universellement dans toutes les habitations, bureaux et industries, sera le moyen de recueillir et de donner un nombre incalculable d’informations. Elle captera, transformera et donnera des milliers d’informations. Via le LiFi, on identifiera les chutes, les problèmes domestiques, et l’éclairage pourra interagir avec d’autres objets… En 2020, on pourrait compter jusqu’à 80 milliards d’objets connectés dans le monde. Le LiFi va remplir l’espace dans lequel nous évoluons, nous informant en permanence de son état et devenir un vecteur d’aide décisionnel. »

Neolux, de son côté, a intégré le LiFi dans plusieurs applications, via des partenariats avec Oledcomm. Avec DiaLumen, les systèmes d’éclairage ont la capacité de raconter l’histoire des produits qu’ils éclairent. « Nos projecteurs LED Museo sont également équipés de la technologie LiFi ainsi que notre gamme Vineo. Notre intention est de prééquiper toutes nos gammes afin d’être prêts lorsque la technologie sera mature quant aux informations à fournir aux utilisateurs », explique Ludovic Labidurie, PDG de Neolux.

©Neolux. L’exposition Antoine de Saint-Exupéry (Galerie Artcube – Paris VIe) a bénéficié d’un éclairage composé de luminaires LiFi (Neolux LED Lighting Solutions et Oledcomm).

©Neolux. L’exposition Antoine de Saint-Exupéry (Galerie Artcube – Paris VIe) a bénéficié d’un éclairage composé de luminaires LiFi (Neolux LED Lighting Solutions et Oledcomm).

 

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-up, et développent pour eux des solutions sur mesure qui renforcent leur position face à la concurrence. Le Leti est basé à Grenoble, en France, et possède des bureaux dans la Silicon Valley (Californie) et à Tokyo.

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