Des LED plus lumineuses grâce aux lucioles

Publié par Michel le 25/01/2013 à 12:00
Source: Université de Sherbrooke

Des chercheurs belges, français et canadiens ont imité la structure de l'abdomen des lucioles
pour l'appliquer à une nouvelle couche de semi-conducteurs
qui augmente de 55 % l'efficacité des diodes électroluminescentes (DEL) Photo: fournie
Des chercheurs de Belgique et de l'Unité mixte internationale (UMI-LN2) à l'Université de Sherbrooke (L'Université de Sherbrooke, fondée en 1954, est une université francophone...) (Québec) ont réussi à augmenter de 55 % l'intensité lumineuse des diodes électroluminescentes (DEL, ou LED en anglais) actuellement sur le marché. Comment ? Ils se sont inspirés de la structure de l'abdomen (L’abdomen désigne une partie du corps humain ou du corps d'un animal.) des lucioles pour l'appliquer à une nouvelle couche de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) qui optimise l'efficacité des DEL. Cette avancée est publiée dans le dernier numéro de la revue scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) Optics Express.

Dans le cadre d'une collaboration internationale, les équipes de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Namur (Namur (en wallon Nameur, en néerlandais Namen) est une ville et commune francophone de Belgique,...) et de l'Université catholique de Louvain en Belgique ont analysé les structures photoniques provenant de la luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui...) de la lanterne des lucioles, qui se composent d'arêtes vives empêchant les fuites de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). Puis, ils ont théorisé un concept en dents de scie (Une scie est un outil destiné à couper le bois ou d'autres types de matériaux, constituée d'une...) imitant l'abdomen de la luciole.

C'est là que les chercheurs à l'Université de Sherbrooke entrent en scène. Dans les laboratoires de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) d'innovation technologique (3IT), l'équipe sherbrookoise a mis en œuvre toute la partie expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...). Ils ont fabriqué le prototype bio-inspiré et ont recouvert des DEL d'une couche de matériaux pour améliorer de plus de 50% leur luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...). "À court terme, un tel procédé pourrait facilement être utilisé pour des applications industrielles sans avoir à créer de nouvelles diodes. Quelques étapes supplémentaires au procédé permettraient de couvrir et de modeler la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des DEL existantes", annonce Vincent Aimez, professeur de la Faculté de génie qui a dirigé les travaux de l'Université de Sherbrooke et codirecteur de l'UMI-LN2.

Les spécialistes des semi-conducteurs regroupés au sein du 3IT ont fabriqué 100 % des composants du prototype. "Notre savoir-faire est unique en milieu universitaire canadien dans le domaine des DEL. Pour financer ce projet, nous avons bénéficié de l'apport de partenaires industriels régionaux et de NanoQuébec", mentionne Vincent Aimez.

Un nouveau procédé rentable

"D'autres chercheurs ont étudié les propriétés particulières de l'abdomen des lucioles pour les reproduire, mais à une échelle infiniment petite, c'est-à-dire nanométrique, fait valoir Vincent Aimez. Or la fabrication à cette échelle, beaucoup plus complexe, entraîne des coûts très élevés."

De leur côté, les scientifiques belges ont travaillé à une beaucoup plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...), de l'ordre de 10 micromètres, soit un centième de millimètre. "À cette grosseur, le procédé que nous avons conçu serait facile à industrialiser et très rentable", ajoute le professeur Aimez.

Des écailles à géométrie unique

Mais comment une luciole peut-elle libérer des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) ? Les réactions d'oxydoréduction favorisent cette énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). Cette faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de lumière est extraite de l'insecte (Les insectes (Insecta) font partie du sous-embranchement des hexapodes, elle-même incluse dans...) avec une très grande efficacité. "Nos collègues européens ont étudié la structure de la lanterne du genre Photuris, un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction...) lumineux, et ils ont découvert une configuration inattendue au niveau de l'exosquelette (Un exosquelette ou squelette externe, par opposition à endosquelette, est une...) de l'insecte, une structure en écaille, qui augmente la luminescence de l'abdomen", explique le spécialiste des semi-conducteurs sherbrookois.

Comme le précise l'auteure de correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le...) de cette étude, la doctorante Annick Bay de l'Université de Namur, les lucioles créent de la lumière par une réaction chimique qui se déroule dans des cellules spécialisées, appelées photosensibles, et ces étincelles de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) sont émises à travers une partie du corps de l'insecte, la cuticule. Puisque la lumière voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) plus lentement à travers cette couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence) que dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), une portion de la lumière est réfléchie vers l'abdomen, ce qui atténue le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) lumineux. La géométrie unique de la surface des cuticules minimise les réflexions internes, favorisant une meilleure propagation de la lumière pour attirer d'éventuels prétendants. À cet égard, la partie ciselée de la cuticule qui émet la plus grande quantité de signaux lumineux a servi de modèle aux chercheurs. Cette découverte démontre l'importance d'observer la nature pour innover en recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...).


Référence: Publication scientifique
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