PARTIE 1  (8 points) -  REPRÉSENTATION VISUELLE

Les éclairages à LED, Light-Emitting Diode (aussi appelée diode électroluminescente), sont présentés comme la solution d'avenir, du fait de leur faible consommation électrique et de leur durée de vie très supérieure aux autres ampoules, comme les lampes à incandescence et les lampes halogènes. Cependant, le rapport d’expertise de l'Anses* d’octobre 2010, considérant les risques potentiels et le manque d’informations accessibles au public concernant les éclairages à LED disponibles sur le marché, recommande, entre autres, d’éviter l’utilisation de ce type de LED, dans les lieux fréquentés par les enfants ou dans les objets qu’ils utilisent.
* Anses : Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail

Document 1 : comparaison de la lumière blanche émise par des sources différentes

Document 1.a : fonctionnement de chaque source

LED

Lampe à incandescence

Il existe actuellement plusieurs méthodes pour réaliser une diode électroluminescente émettant de la lumière blanche; la plus rentable économiquement et la plus utilisée consiste à combiner une diode émettant une lumière de courte longueur d'onde (correspondant au bleu) avec un luminophore jaune. Un luminophore est une substance qui, lorsqu'elle reçoit un rayonnement lumineux, en réémet une partie dans le domaine de lumière visible. On obtient ainsi une forte lumière blanche dite froide.

Une lampe à incandescence est constituée d'une ampoule en verre contenant un gaz de remplissage ou un vide poussé et d’un filament conducteur en tungstène. Ce filament est porté à haute température par le passage d'un courant électrique : il émet alors de la lumière et de la chaleur.

 
Document 1.b : spectre d’émission de chaque source
Dans les deux graphiques, l’intensité lumineuse est donnée dans une unité arbitraire.

LED	Lampe à incandescence

Document 2 : transmittance du cristallin en fonction de l’âge et des longueurs d’onde
En optique, la transmittance du cristallin est le pourcentage de lumière transmise par rapport à la lumière reçue : la transmittance est égale à 0% si aucune lumière ne traverse le cristallin ; la transmittance est égale à 100 % si toute la lumière traverse le cristallin.

Document 3 : organisation de la rétine et risque lié à la lumière blanche

+ Organisation schématique de la rétine humaine


+ Risques des LED et résultats d’études expérimentales sur des cultures cellulaires
 Il a été démontré que le risque associé à cette lumière blanche dépend de la quantité de lumière reçue lors d’expositions répétées.
Des études expérimentales, réalisées sur des cultures cellulaires de différentes espèces animales, ont montré que la rétine est sensible aux longueurs d’onde de la lumière visible. La sensibilité de la rétine est accrue pour les courtes longueurs d’ondes, comme les UV proches, le violet et le bleu (de 380 à 500 nm), qui ont une grande énergie. En effet, la lumière bleue est responsable de lésions touchant plus particulièrement les photorécepteurs et les cellules de l’épithélium pigmentaire de la région centrale de la rétine. Elle est aussi responsable de la forte production de substances toxiques pour les cellules qui entraînent leur mort.

Commentaire rédigé :
Présentant un intérêt économique certain, les LED sont de plus en plus utilisées. Elles pourraient pourtant représenter un danger pour les jeunes enfants.
Vous faites partie du Comité d'Education à la Santé et à la Citoyenneté de votre lycée. Rédiger un article éclairant les recommandations spécifiques de l'Anses envers les enfants.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances personnelles (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires).

Éléments de correction (faite par un enseignant de SVT, ce sujet étant nettement à dominante physique, mes propos mériteraient probablement une correction)
La recommandation de l'ANSES est claire : éviter l'utilisation des lampes de type LED dans les lieux accueillant des enfants ou dans les objets qu'ils utilisent. Pour que cet organisme ose mettre en balance les réelles économies réalisées - du fait de leur durée de vie et de leur faible consommation énergétique -  lors de l'utilisation de ces lampes, il faut que les dangers pour la santé soient avérés. Quels sont-ils ?
- Du fait de leur émission dans le bleu,  mais aussi dans les u.v. (longueurs d'onde faibles), on parle de LUMINESCENCE des diodes- lumière "bleue" transformée partiellement en lumière blanche (partie visible) par la réémission des luminophores par PHOSPHORESCENCE -, les LED délivrent une énergie importante dans les u.v. et les faibles longueurs d'onde, mais UNIQUEMENT DANS DOMAINE VISIBLE (voir ici). Le document 1b permet de préciser la comparaison des spectres d'émission des LED et des lampes à filament :
    + pour les LED pic énergétique à 410-480 nm, deuxième pic à 550 nm avec une baisse importante de l'intensité lumineuse pour les longueurs d'onde au-delà de 580 nm (ces deux pics sont expliqués par la superposition des deux spectres des deux composants de la LED : le spectre de LUMINESCENCE, centré sur le bleu, et le spectre de PHOSPHORESCENCE centré sur le jaune), 
    + courbe très différente pour les ampoules à incandescence : augmentation progressive de l'intensité lumineuse depuis 480 nm jusqu'à 730 nm. On pourrait comparer les surfaces des courbes pour illustrer le propos.

Cette lumière peut entraîner des lésions de la rétine et provoque la sécrétion par les photorécepteurs du substances toxiques. Localiser les photorécepteurs de la rétine dans le doc 3 et citer le rôle de la couche rétinienne pigmentaire qui réfléchit la lumière; on notera que les cellules nerveuses  de la rétine (bipolaires et ganglionnaires) sont TOUJOURS traversées par la lumière, du fait de la position de la rétine au fond de l'œil.
- Le recommandation s'applique essentiellement pour les jeunes parce que plus on vieillit moins les structures (cristallin mais aussi cornée et humeurs vitrée et aqueuse) translucides (qui laissent passer la lumière) transmettent les longueurs d'onde les plus énergétiques.
     + En effet, on voit que dans le document 2, la transmittance du cristallin (transmission de la lumière en %)  en fonction de la longeur d'onde, varie beaucoup selon l'âge. On peut considérer qu'avant 8 ans le cristallin ne filtre quasiement pas les longueurs d'onde entre 300 et 400 nm (correspondant aux u.v. énergétiques dangereux), tout en laissant passer la totalité du spectre de la lumière visible. À partir de 25 ans (ou entre les deux, il n'y a pas de courbe entre 8 et 25 ans), le cristallin filtre fortement (moins de 20% passe) ces longueurs d'onde dangereuses
     + On note par ailleurs que la transmittance pour les longeurs d'onde du domaine visible baissent aussi (entre 60% et 30%) avec l'âge. Les longeurs d'onde les plus élevées sont toujours celles qui sont les mieux transmises.
On peut ajouter que si l'on est en droit de penser que l'organisation de l'œil et les propriétés physiques de ses composants sont adaptés à une lumière naturelle qui est la lumière solaire dont le spectre se trouve ici et qui déborde très largement du domaine visible, il n'en reste pas moins qu'il est bien connu que l'exposition directe de la fovéa aux rayons solaires sans protection est dangereuse (en tentant d'accomoder)....

ÉLEMENTS DU CORRIGÉ-BARÊME
Qualité de l’argumentaire :
+ Problématique énoncée et respectée -Problématique possible attendue : pourquoi, d’après l’Anses, faut-il
éviter d’utiliser des sources de lumière de type LED (riche en lumière bleue) dans les lieux fréquentés par les enfants ?
+ Nombre suffisant d’arguments -Les arguments scientifiques sont suffisants si le candidat utilise les notions incontournables suivantes :
Document 1
+ - Obtention de lumière blanche de DEUX façons, à partir de:
+ - LED blanche deux lumières complémentaires : lumière Bleue + lumière Jaune = lumière
Blanche (Spectre indique : 1 pic important à 450 nm (= bleu) et 1 pic à 570 nm (vert - jaune))
+ - d’une lampe à incandescence: pas de « pics » mais l’intensité augmente avec la longueur d’onde ; très peu d’intensité pour les longueurs d’ondes courtes (bleu) **. La lumière émise
donne de la lumière blanche)
 ** cela dépend de la température du filament.
Document 2
+ - transmittance du cristallin (exemple pour une longueur d’onde de 450 nm (bleu) la
transmittance est d’environ de 75% pour un enfant de 8 ans, alors qu’elle n’est plus que de 46 % à l’âge de 25 ans. Donc chez l’enfant, le cristallin laisse passer les lumières de couleur correspondant à des longueurs d’ondes courtes (donc le bleu) contrairement aux adultes = cristallin plus transparent chez l’enfant/adulte
Document 3
+ - Risque pour la rétine de recevoir la lumière bleue très énergétique pouvant provoquer des
lésions irréversibles au niveau des photorécepteurs, voire toucher la région centrale.
+ énergie pouvant entraîner des lésions irréversibles par la mort des photorécepteurs présents dans la rétine, plus particulièrement dans la zone centrale.
+ Réponse à la problématique présente et correcte : recommandation de l’ANSES vise à protéger les yeux des enfants car
– leur cristallin pas encore mature laisse passer la lumière bleue.
– cette lumière bleue (en petite ‘quantité’ mais répétée) peut détruire les photorécepteurs présents
sur la rétine (perte de l’acuité visuelle car partie centrale de la rétine touchée)
– or les LED sont de plus en plus utilisées : meilleur rendement, plus longue durée de vie par rapport
aux autres lampes ; en particulier dans les éclairages et les jouets.
+ Enchaînement cohérent des idées scientifiques avec utilisation rigoureuse des connecteurs logiques (« donc » et/ou de « parce que » ...)
+ Texte personnel sans paraphrase ni citations intégrales des textes des documents + Respect de la forme attendue : un article clair et bien organisé

Qualité de l’expression écrite :
Qualité de l’orthographe et la grammaire

Éléments scientifiques
        + Issus des connaissances:
- Synthèse ADDITIVE des couleurs.
- Lumière Jaune + Lumière Bleu= Lumière Blanche.
- La lumière blanche peut s’obtenir en superposant deux lumières de couleurs complémentaires.
- La superposition de toutes les lumières colorées donne également de la lumière blanche.
- Transmission (notion inverse de l’absorption) de la lumière au niveau du cristallin.
- Rétine = lieu de formation des images
- Fonctionnement et rôle des photorécepteurs (cônes et bâtonnets).
- Fovéa = région centrale de la rétine, très riche en cônes, permettant une forte acuité visuelle
- Une atteinte de la fovéa entraîne une déficience visuelle
- Rôle du cristallin dans la convergence des rayons sur la rétine
           +  Issus de connaissances provenant d’autres champs disciplinaires :
- Disparition progressive et irréversible sur le marché de la vente de lampes à incandescence (durée de vie et forte consommation électrique)
- Intérêt économique des LED émettant de la lumière blanche à partir des lumières Bleu et Jaune/ par rapport lampe à incandescence