Et si la lumière contenait des données... le LiFi

Une technologie émergente qui va changer la manière de concevoir l'éclairage des scénographies

Un nouveau mode de déclenchement et de personnalisation des scénographies muséales, en utilisant une technologie d'éclairage et d'accès au réseau local pour les bureaux dans le bâtiment intelligent.

Sauter l'introduction

Introduction: Rappel sur les modes d'interaction

NB: J'appelle "terminal", le guide multimédia du visiteur. Il existe actuellement de nombreux dispositifs de déclenchement de contenu dans les scénographies. Commençons par un petit tour d'horizon des modes de déclenchement volontaires, c'est à dire nécessitant une action du visiteur :

  • QRcode, sorte de code à barres en deux dimensions. Il contient en général une URL (une adresse de site Web sur Internet ou dans un serveur local au Musée). Le visiteur utilise la webcam de son terminal pour scanner le QRcode et afficher du contenu. La fonction Scan est intégrée à l'application multimédia du Terminal, mais peut aussi s'utiliser avec une application séparée, comme QR Droïde.
  • RFID encore appelé sans contact ou NFC. Il contient une puce électronique reliée à une antenne (Badge RFID) qui s'active lorsque le visiteur approche son terminal. (en savoir plus par Colportic). Le NFC est un protocole logiciel qui s'appuie sur le RFID. Contrairement au QRcode, ce dialogue est bidirectionnel, c'est à dire qu'un terminal peut aussi  écrire des informations dans la mémoire de la puce (quelques milliers de caractères). La distance de détection peut aller de quelques centimètres à une dizaine mètres. Le badge peut-être situé dans la scénographie pour une détection souvent appelée sans-contact, inclus dans une carte d'accès au Musée, ou dans un vêtement pour des jeux de rôle.
  • Reconnaissance d'image et Réalité Augmentée. Les performances actuelles des terminaux (processeur, webcam), et des algorithmes de traitement vidéo permettent maintenant de reconnaître un motif dans une image pour déclencher une couche d'interprétation sur la vue réelle affichée par la webcam. Très utilisée en extérieur, cette technologie est plus délicate en intérieur, car elle dépend des conditions d'éclairement.
  • Clavier numérique. Eh oui !... Il me faut pas oublié que certains visiteurs agés sont familiers de l'audio-guide sur lequel un clavier  permet de taper le numéro du point d'intérêt de la scénographie. Il ne faut pas se priver d'offrir un clavier virtuel en option.

Voici maintenant les modes s'activant à l'insu du visiteur :

  • Balise Bluetooth (eBeacon), petit boitier qui émet un signal radio sur plusieurs mètres. Il s'agit d'une version faible énergie du très répandu protocole Bluetooth permettant de connecter des accessoires personnels à un smartphone ou une tablette (écouteurs, clavier, etc...). L'application multimédia du terminal capte ce signal radio pour déclencher du contenu. 
  • GPS. Le terminal utilise le signal émis par plusieurs satellites pour calculer une position à quelques dizaines de mètres près, et déclencher un contenu multimédia geopositionné.  Le signal est souvent associé aux informations de mouvement fournies par le capteur d'accélération et la boussole du terminal pour apprécier plus finement le mouvement du visiteur. Ce mode d'interaction est limité à un usage extérieur.  
  • Balises WiFi (mode actif ou passif). Le terminal utilise le signal émis par plusieurs bornes WiFi pour calculer une position à quelques mètres près, et déclencher un contenu multimédia geopositionné. Cette méthode nécessite un calibrage de l'environnement pour tenir compte des réflexions et de l'absorption des ondes, du fait de la présence de parties métalliques, ou d'autres équipements travaillant dans la même gamme de fréquences. En mode actif, le terminal calcule lui-même sa position, alors qu'en mode passif, les bornes renvoient l'information de puissance d'émission WiFi du terminal vers un serveur pour calculer la position.

LiFi: Ondes et Lumière... quelle différence ?

Aucune différence !  Les ondes radio, c'est de la lumière que nos yeux ne peuvent pas voir, mais c'est bien le même phénomène physique. On peut dire pour simplifier que le WiFi c'est de la lumière invisible. Alors réciproquement, pourquoi la lumière visible ne pourrait t-elle pas transporter de l'information ? C'est précisément ce que propose le LiFi (Light Fidelity).

Mais comment est-ce possible ? Il fallait disposer d'une nouvelle technologie émettrice de lumière capable de supporter une modulation par les données. La solution est venue des diodes LED, parce qu'elles sont conçues à partir d'une jonction sur du silicium (comme une puce électronique) et sont capables de s'éteindre et s'allumer très rapidement. Le LiFi va donc moduler la lumière par une succession d'états Allumé/Eteint de la diode LED, suffisamment rapides pour que l'œil humain ne le perçoive pas. Le LiFi utilise des fréquences telles que le débit de données est aussi performant qu'un accès Internet ADSL ou fibre (de 10Mb/s jusqu'à 40Mb/s).

Avantages et inconvénients du WiFi

Le LiFi présente des caractéristiques qui le différencient fondamentalement du WiFi:

  • La lumière ne traverse pas les murs, contrairement aux ondes électromagnétiques utilisées pour le WiFi. Cette caractéristique permet de créer des zones de connexion Internet confidentielles pour des échanges dont on est sûr qu'ils ne seront pas piratés
  • La geolocalisation des utilisateurs est précise, car ils peuvent se positionner sous des cônes de lumière différents pour accéder à des réseaux ou des contenus dédiés
  • Le canal descendant de l'Internet vers l'utilisateur ne doit pas être dans la même longueur d'onde (couleur) que le canal montant de l'utilisateur vers l'Internet
  • En utilisant des projecteurs à LED de couleur (3 LED correspondant aux 3 couleurs fondamentales), on dispose de 3 canaux de communication différents simultanés, centrés sur trois longueurs d'ondes différentes, tout en disposant d'un éclairage blanc par le mélange de ces trois couleurs. Dans ce cas, selon la Sté Lucibel, il n'est plus nécessaire de recouvrir les diodes LED blues (les plus courantes) d'un enduit au phosphore pour émettre de la lumière blanche.

Par ailleurs, le LiFi offre une connexion Internet identique à celle du WiFi:

  • Le débit est identique et en général symétrique (sens descendant et montant)
  • Tous les services Internet sont disponibles de la même manière
  • Le partage de connexion entre plusieurs utilisateurs est possible, mais plus limité en nombre

L'offre actuelle en équipements LiFi

La webcam des terminaux mobiles est capable de capter l'information contenue dans la lumière LiFi. Les équipements LiFi disponibles sur le marché se déclinent en deux catégories différentes correspondants à deux usages particuliers:


VLC

  • Dans le cas du déclenchement et de l'acquisition de contenu dans un faisceau lumineux, il n'y a pas  de remontée des données de l'utilisateur vers l'éclairage et vers le réseau local. Cette configuration est souvent appelée VLC (Visual Light Communication). Le VLC est normalisé par l'IEEE sous la référence 802.15.7 établie depuis 2011.
  • L'accès à Internet complet nécessite un accès bidirectionnel entre l'utilisateur et le luminaire. Pour ajouter cette voie remontante, les industriels ont choisi la lumière infrarouge, pour ne pas éblouir l'utilisateur. Cette voie nécessite également un détecteur de lumière infrarouge dans le luminaire. Le LiFi supporte le protocole TCP/IP sur le réseau local pour accéder à l'Internet ou au serveur du Musée.


Internet

De nombreux grands groupes (Siemens, Samsung, Toshiba, Casio) et startups (LVX Systems USA9, PureVLC GB10, Nagakawa JP11) travaillent sur la commercialisation de ces solutions (selon Wikipedia), mais le milieu industriel est actuellement en restructuration et concentration pour aborder le marché porteur du bâtiment intelligent. Pour les Musées, la société Lucibel associée à la Ste Procedes Hallier offre des solutions de déclenchement de contenu LiFi en mode VLC.

 

Le LiFi, une opportunité pour les scénographies

La lumière est une composante très importante pour les scénographies, et fait partie prenante de l'objet patrimonial. Alors pourquoi ne pas utiliser la lumière comme, non plus seulement un moyen de mise en valeur esthétique et fonctionnel, mais aussi comme un vecteur d'information et d'interaction au moyen d'un terminal LiFi ?

Avec le LiFi, il deviendra naturel d'aller chercher des informations sur les objets patrimoniaux dans la lumière qui les baigne

Avec un terminal LiFi, il sera possible que :

  • Le visiteur ira chercher de la documentation dans la lumière éclairant un objet
  • Le visiteur pourra modifier l'éclairage et la mise en valeur de la scénographie en fonction du déroulement de l'application dans le terminal
  • Changer un instant la couleur du faisceau lumineux pour indiquer au visiteur qu'il est en interaction avec cet éclairage
  • Le LiFi s'accommode parfaitement du fonctionnement simultané en WiFi, ce qui offre un canal supplémentaire de communication en protocole réseau TCP/IP
  • A chaque spot de lumière, ou à chaque couleur, correspondra un contenu disponible différent
  • Plusieurs utilisateurs pourront accéder au même contenu
  • Le visiteur percevra très concrètement avec quelle zone de lumière il interagit en regardant l'illumination de son terminal
  • En utilisant des projecteurs avec 3 LED de couleur, on dispose de 3 canaux de communication différents simultanés, tout en disposant d'un éclairage blanc par le mélange de ces trois couleurs. Il serait alors possible de diffuser simultanément des contenus multimédias différents correspondant à trois langues différentes, que le terminal n'aurait pas de problème à sélectionner
  • En utilisant des projecteurs à LED à lumière focalisée (par des lentilles), il serait possible de disposer d'une géolocalisation très fine, éventuellement colorée pour créer des Hot Spots dans une scénographie

Quels freins à l'Usage du LiFi dans les scénographies

A ce jour, en utilisant un terminal standard, il est seulement possible de faire du déclenchement d'application pour accéder à du contenu embarqué dans le terminal, ou depuis un serveur via le WiFi.

Par contre, il n'est pas possible de d'accéder à un serveur local de contenu sans adjoindre une clé LiFi au terminal mobile. Aucune application et Pilote logiciel n'ont encore été développés à ce jour pour les Musées, mais je ne vois d'obstacle de principe.

D'autre part, les terminaux mobiles vont bientôt être équipé d'un émetteur infrarouge pour remplacer la multitude de télécommandes infrarouge pour le TV, la chaine HiFi, le lecteur de DVD, etc... Dans ce contexte, les constructeurs ne seront pas insensibles à l'opportunité du LiFi. Donc, cela offrira la voie montante d'information manquante à ce jour vers le luminaire, et donc un accès TCP/IP au réseau interne de l'établissement et à l'Internet.

Bibliographie

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