Révolution lumineuse

Shuji Nakamura a avoué que les DEL ont parfois mauvaise presse en raison de leur forte concentration en lumière bleue, qui a des effets néfastes sur le corps humain.
Photo: Jacques Nadeau Le Devoir Shuji Nakamura a avoué que les DEL ont parfois mauvaise presse en raison de leur forte concentration en lumière bleue, qui a des effets néfastes sur le corps humain.

Elles sont de plus en plus nombreuses à briller dans notre environnement. On les trouve dans les feux de circulation, les enseignes de signalisation et les lumières de certaines automobiles. Elles illuminent les écrans des ordinateurs, des tablettes et les téléphones intelligents. Certaines villes les utilisent désormais pour éclairer leurs voies publiques. La Ville de Montréal s’apprête à les intégrer à tous ses lampadaires.

Les fameuses diodes électroluminescentes, communément appelées DEL, sont en voie de supplanter toutes les autres formes d’éclairage en raison de leurs exceptionnelles efficacité énergétique et durée de vie. Trois Japonais ont grandement contribué à cette révolution lumineuse grâce à leur découverte des DEL bleues, qui leur ont valu le prix Nobel de physique en 2014. À l’invitation du Conseil des relations internationales de Montréal (CORIM), l’un des trois lauréats de cette décoration, Shuji Nakamura, a relaté mercredi le contexte scientifique de sa découverte et a souligné l’impact extraordinaire, « au-delà de ce qu’il imaginait », qu’elle a eu et surtout qu’elle aura pour les populations qui n’ont pas accès au réseau électrique.

M. Nakamura a d’abord rappelé que la première DEL, créée en 1962, était rouge et fut rapidement utilisée comme indicateur de l’état de marche de divers appareils électroniques. La DEL verte fut ensuite mise au point en 1972. « Mais pour obtenir une lumière blanche, il nous fallait réunir des DEL émettant chacune l’une des trois couleurs primaires [de lumière], qui sont le rouge, le vert et le bleu », a-t-il relaté. Or, il fallut attendre 20 ans avant que des chercheurs trouvent le semi-conducteur capable d’émettre une lumière bleue et réussissent à faire croître des cristaux de nitrure de gallium de qualité suffisante.

Avec une simple maîtrise en génie électronique, Shuji Nakamura a travaillé d’arrache-pied « sans subvention de recherche » au sein de Nichia Chemical Ind., une petite compagnie japonaise, avant d’arriver à fabriquer une fine couche de cristaux de nitrure de gallium, et ce, selon un procédé différent, voire plus simple et moins coûteux, que celui utilisé par ses deux compatriotes, Isamu Akasaki et son doctorant Hiroshi Amano de l’Université Nagoya.

Effet néfaste pour la santé

Au cours de son allocution, Shuji Nakamura a avoué que les DEL ont parfois mauvaise presse en raison de leur forte concentration en lumière bleue, qui inhibe la production de mélatonine, l’hormone du sommeil, par notre horloge biologique. C’est pour cette raison que la composante bleue des DEL retarde l’endormissement et peut induire de l’insomnie, ainsi que divers problèmes de santé qui en découlent tels que la dépression, le diabète, l’obésité, voire le cancer.

Projet Montréal, l’opposition officielle à la Ville de Montréal, a justement fait valoir cette semaine cet argument, ainsi que le fait que les DEL sont éblouissantes, dans une motion réclamant « un sursis à la conversion aux DEL blanches de l’éclairage de rue ». L’administration municipale a finalement convenu de reporter la réalisation de son projet à grande échelle. Ce délai permettra probablement d’envisager d’autres options, dont la nouvelle version de DEL blanches mise au point par M. Nakamura et dans laquelle la lumière blanche est obtenue à partir de « lumière violette qui est comme la lumière du soleil et qui comprend toutes les couleurs ».

« Dans cette lumière, le bleu intense est très faible, ce qui réduit la brillance de la lumière, ainsi que les possibles problèmes de santé », affirme le chercheur avant de préciser qu’il a fondé une entreprise qui commercialise ces nouvelles DEL violettes, qui sont déjà utilisées pour des éclairages intérieurs et qui pourraient également servir de lumière de rue.

M. Nakamura, de même qu’Akasaki et Amano ont également conçu un laser bleu à partir de DEL bleues de la taille de grains de sable. Ce laser, qui est au coeur du système de disque Blu-ray, « grave des points beaucoup plus petits que les lasers rouges utilisés pour graver les DVD, ce qui permet d’insérer beaucoup plus d’information sur une même surface », explique le physicien, qui a finalement obtenu son doctorat en 1994.

Aujourd’hui directeur de la recherche au Solid State Lighting Energy Electronics Center de l’Université de Californie à Santa Barbara, M. Nakamura s’applique actuellement à perfectionner un laser bleu dont la puissance serait 1000 fois plus élevée que celle des lasers traditionnels. Par ailleurs, il croit que son rêve de fournir un éclairage au 1,5 milliard d’humains privés d’électricité est possible, car « une DEL alimentée par une cellule solaire ne coûterait que 3 $ par année », fait-il remarquer.


Qu’est-ce qu’une DEL?

Une diode électroluminescente (DEL ou LED en anglais), se compose d’un empilement de couches de matériaux semi-conducteurs, dont l’une contient un surplus d’électrons et l’autre, un nombre insuffisant d’électrons que l’on présente comme un surplus de trous positifs. Entre ces deux couches est insérée une couche dite active, vers laquelle se dirigent les électrons négatifs et les trous positifs quand un voltage électrique est appliqué. La rencontre et la combinaison des électrons et des trous provoquent l’émission d’une lumière, dont la longueur d’onde dépend du type de matériau semi-conducteur utilisé.

L’efficacité énergétique des DEL est 20 fois plus élevée que celle des ampoules à incandescence et quatre fois plus que les fluorescents. Alors que les ampoules à incandescence peuvent durer 1000 heures, et les fluorescents 10 000 heures, la durée de vie des DEL peut atteindre 100 000 heures.