Le Li-Fi, future alternative au Wi-Fi, un enjeu technologique

Li-Fi, contraction de « Light » et de « Fidelity », pourrait être le futur du Wi-Fi d’aujourd’hui. En effet, cette technologie de connexion sans fil permet une amplitude de fréquence très large via l’utilisation d’ampoules LED (Diodes Electro Lumineuses) contrairement au Wi-Fi dont on voit apparaître les limites aujourd’hui.

Un concept centenaire

Bien que l’apparition des lampes à LED soit le catalyseur du développement du Li-Fi, l’origine du Visual Light Communication (VLC) remonte bien loin avec Graham Bell, l’inventeur du téléphone, qui démontra pour la première fois une transmission de données via la lumière, grâce à son photophone.

Le Li-Fi a été expérimenté pour la première fois au Japon au milieu des années 2000, mais le parc à LED se développant au niveau mondial, les études sur ce nouveau moyen de communication se démultiplient aussi bien au sein d’académies universitaires (le Pr Harald Haas à l’Université d’Edimbourg a mené des recherches approfondies sur le sujet, mais aussi en France, à l’université de Versailles-St-Quentin-en-Yvelines), qu’au niveau des industries qui y voient un intérêt applicatif majeur. Ainsi, des grands groupes comme Siemens, Thomson et GE tentent de développer cette technologie de connexion sans fil. Potentiellement, cela pourrait leur apporter une rapidité de connexion jusqu’à 10 fois plus efficace en moyenne que le Wi-Fi actuel, évitant l’utilisation d’ondes électromagnétiques possiblement nocives pour la santé et essentiellement se présentant comme un relais au système Wi-Fi qui s’engorge de plus en plus face à la demande.

Ces petites ampoules LED sont capables de transmettre des données numériques à très haut débit et cette technologie peut être utilisée par tous les appareils du type smartphones, ordinateurs, tablettes etc. Parmi la multitude d’avantages que cela peut représenter pour un monde connecté, la géolocalisation par Li-Fi est l’une des plus précise au monde (10 cm près), la sécurisation et la confidentialité des données sont plus importantes, aussi, l’économie d’énergie est de l’ordre de 80%. Depuis 2011, un consortium Li-Fi a été créé, il est dédié plus généralement, aux technologies de la communication optique sans fil. En 2013, les premiers prototypes de Li-Fi ont été testé, mais nous ne sommes qu’aux prémices de l’industrialisation de masse de cette technologie. En effet, son coût reste élevé, près de 2300 euros par accès, et une clé Li-Fi est nécessaire sur les appareils connectés, ceux-ci n’ayant pas de récepteurs Li-Fi intégrés, pour l’instant.

Le morse par la lumière, technologie de demain

Le fonctionnement du Li-Fi est comparable à celui du morse. Une lampe LED, raccordée au réseau électrique s’allume et s’éteint plus d’un million de fois par seconde, et ainsi peut coder et transporter de l’information. Une LED allumée diffuse un bit 1, cette même LED éteinte transmet un bit 0, à l’aide de ce système il est possible de transformer un signal électrique en signal lumineux.

Contrairement au Wi-Fi qui exploite les ondes radio, le Li-Fi utilise la partie visible du spectre électromagnétique, avec des fréquences comprises entre 670 THz (perception bleu) et 460 THz (perception rouge). Son spectre est 10 000 fois plus large que celui des ondes radio.

D’autre part, le Li-Fi offre aujourd’hui un débit effectif jusqu’à « 26 Mbits/s en téléchargement et 23 Mbits/s en transfert » et un débit théorique en laboratoire d’environ 10 Gbits/s.

Dans le cas d’un Li-Fi unidirectionnel, l’échange des données numériques part uniquement de la lampe LED vers le récepteur. Ce système est aujourd’hui le plus abouti, il se compose de deux blocs, un premier qui assure l’émission du signal lumineux et un second la réception de ce dernier, comme l’illustre le schéma suivant :

1 / Encodage des données numérique à transmettre, sous forme de signal électrique.

2/ Conversion du signal électrique en signal lumineux par modulation de l’intensité lumineuse de la lampe LED via l‘utilisation d’un « lamp driver » pilotant une ou plusieurs LED.

3/ Propagation de la lumière dans l’environnement et déformation du signal lumineux par les obstacles le composant (canal optique).

4/ Réception et conversion du signal déformé via un photorécepteur qui le transforme en signal électrique. Ce dernier sera ensuite démodulé et décodé dans le but de récupérer les données.

Pour permettre un échange de données à double flux, la société Lucibel a testé pour la première fois en 2015 un Li-Fi multidirectionnel. Le débit ainsi obtenu fut de 10 Mbits/s, débit porté par la suite (en laboratoire) à 45 Mbits/s.

Lucibel a ainsi développé un récepteur/émetteur USB (voir photo ci-dessous) qui se branche directement aux appareils que l’on souhaite connecter.

Le Li-Fi présente différents avantages par rapport à ses homologues basés sur des fréquences radio tel que le Wi-Fi ou le Bluetooth :

• Un débit jusqu’à 10 fois supérieur au Wi-Fi.
• Un spectre de fréquence large d’environ 300 THz.
• Des transferts sécurisés par la non propagation du faisceau lumineux à travers les murs (en effet, il faut se trouver sous le faisceau lumineux afin de pouvoir accéder aux données).
• Une absence de régulation par l’Union International des Télécommunications.
• Une faible consommation en énergie.
• La possibilité de le déployer dans des zones sensibles (hôpitaux, crèches, etc.).

Cependant certains obstacles peuvent entraver sa généralisation :

• Le manque de standardisation des systèmes.
• Des réticences de la part des constructeurs de smartphones, tablettes etc. à intégrer des récepteurs dans les appareils.
• Une portée efficiente dans un rayon de 10 à 15 mètres.
• Un coût jusqu’ici élevé, limitant sa vulgarisation.

Une multitude d’applications possibles

Les phases test de cette technologie sont en plein essor. Nous trouvons déjà diverses applications concrètes dans des secteurs variés. La grande distribution, les instituts sensibles aux ondes radios, les transports publics ainsi que plusieurs grands groupes industriels ont décidé d’intégrer le Li-Fi dans certaines de leurs infrastructures.

En effet, plusieurs établissements ou lieux publics, en France, ont intégré le Li-Fi dans des sites pilotes depuis 2015. Par exemple, le centre hospitalier de Perpignan a mis en service le Li-Fi au sein de son service d’urgence et du pôle mère-enfants en urgence pédiatriques. Cette technologie permet au matériel biomédical de fonctionner sans risque d’interférences. De plus, les lampes LED ne présentent aucun danger immédiat contrairement aux ondes radios qui, selon l’OMS, pourrait être cancérigènes (depuis 2011 catégorie 2B). Ces avantages sont tout aussi appréciés dans des centres accueillants des enfants tels que les crèches, centres aérés etc.

En termes de marketing et de publicités, le Li-Fi présente un avantage indéniable par sa précision de géolocalisation. L’enseigne Carrefour a installé le système Li-Fi, en partenariat avec Philips, dans un hypermarché Lillois, afin de pouvoir mettre en place de la publicité ciblée en temps réel dans le magasin mais aussi afin de guider le consommateur vers le produit, ou la promotion recherchés. Aussi, dans le secteur des transports, le Li-Fi trouve son usage à différentes échelles.

Dans les avions, l’utilisation de Wi-Fi par les passagers étant perturbatrice des communications des pilotes durant le vol, le Li-Fi serait la meilleure alternative. De son côté, la SNCF étudie les différentes applications possibles : de la géolocalisation et du guidage du passager, jusqu’à la géo-contextualisation de son personnel dans les technicentres. Pour aller plus loin, le Li-Fi pourrait constituer une sécurité pour les employés travaillant dans des lieux difficiles d’accès en les géolocalisant là où le Wi-Fi ne peut intervenir (ex : Oledcomm installant cette technologie afin de localiser les ouvriers dans les mines au Chili.

Le Li-Fi ne constitue donc pas encore une solution de substitution au Wi-Fi mais il se présente plutôt comme un système complémentaire et/ou alternatif à ce dernier. Il interviendra dans des environnements où l’utilisation du Wi-Fi est limitée, voire impossible. De nombreux progrès restent à faire notamment en termes de portée, d’échange multidirectionnel de données et d’appareillage.