Ce qui a commencé comme un effet secondaire fortuit de la technologie radio s'est transformé en un éclairage durable et efficace.
Il y a cinq ans, le 7 octobre 2014, les physiciens japonais Isamu Akasaki et Hiroshi Amano, ainsi que le Japonais américain Shuji Nakamura, recevaient le prix Nobel de physique pour une étape qui marque son 25e anniversaire cette année :la lampe LED. À juste titre, pense le spécialiste de l'énergie Geert Deconinck. Leur découverte était révolutionnaire. Si nous passons systématiquement des lampes à incandescence aux LED, nous économiserons beaucoup d'énergie.'
La lampe LED est l'un des symboles et des manifestations dans notre vie quotidienne des nouvelles technologies du nouveau millénaire. Mais son histoire remonte plus loin dans le temps. Beaucoup plus loin. Même avant la Première Guerre mondiale. Son premier père spirituel est le Britannique Henry Joseph Round. Bizarre, à première vue, car c'est un expert dans un tout autre domaine que l'optique.
La lampe LED tire son nom de la technologie radio
Round est un pionnier de la radio et l'assistant personnel de Guglielmo Marconi. Travaillant pour la Wireless Telegraph Company de Marconi, il mène des expériences avec des détecteurs à cristal, un composant de réception crucial dans les premières radios. Il n'est donc pas focalisé sur la lumière mais sur la transmission du son. Mais en 1907, dans une de ses expériences, il rencontra un effet secondaire. Il s'avère que le point de contact d'un tel récepteur à cristal émet également de la lumière dans certaines circonstances.
Round ne s'y intéresse pas beaucoup et fait sa découverte en deux paragraphes. Une première conséquence durable est que la lampe LED tire son nom de la technologie radio. La fonction d'un détecteur à cristal est celle d'un conducteur unidirectionnel. Une diode, comme on l'appelle dans le jargon technique. Et l'expérience de Round a abouti à une diode qui "émet" de la lumière. Une 'diode électroluminescente' En anglais. Abréviation :led.
Il faudra attendre encore vingt ans pour la prochaine étape cruciale. Le scientifique et inventeur russe Oleg Losev est le premier à étudier l'effet de la lumière. Il essaie d'expliquer théoriquement comment cela fonctionne et réfléchit à d'éventuelles applications pratiques. En tout cas, ceux-ci n'ont été évoqués que depuis le début des années 1960, grâce aux Américains James R. Biard, Gary Pittman et Nick Holonyak Jr. Biard et Pittman travaillent pour Texas Instruments sur le développement de la lumière LED infrarouge. Holonyak, un employé de General Electric, fait une découverte similaire à peu près au même moment. Ce n'est qu'alors que vous parlez de composants particulièrement coûteux et que nous sommes très loin d'une percée commerciale. Les LED rouge, verte et jaune suivront.
Entrez :Shuji Nakamura. En 1993, ce physicien japonais, alors âgé de 39 ans, dirige le département de recherche de la Nichia Corporation à Tokushim, la ville où il a également étudié. Il y développe les premières LED à lumière bleue. À ce stade, cela se résume à trouver le Saint Graal à Ledland. "Led s'est limité à des fins de signalisation pendant très longtemps", explique le professeur Geert Deconinck, professeur ordinaire à la faculté d'ingénierie de la KU Leuven et directeur de recherche à EnergyVille, un centre de recherche sur l'énergie durable et les systèmes énergétiques intelligents. « Vous pouviez produire du rouge, du jaune et du vert avec, mais en raison d'un manque de bleu, il n'était pas possible d'obtenir de la lumière blanche, de sorte que l'application n'était pas encore adaptée à l'éclairage général. Après tout, le but de la plupart des sources lumineuses à la maison est d'imiter la lumière du jour.'
Nakamura fait alors équipe avec ses compatriotes Isamu Akasaki et Hiroshi Amano, tous deux actifs à l'université de Nagoya. Ensemble, ils développent une LED bleue en nitrure d'indium et de gallium et éventuellement une LED blanche. Entre-temps, Nakamura s'installe aux États-Unis en 1999, devient citoyen américain et enseigne à l'Université de Californie à Santa Barbara. Leur travail de pionnier lui a valu, ainsi qu'à Akasaki et Amano, le prix Nobel en 2014 "pour l'invention de diodes à lumière bleue efficaces qui permettent un éclairage blanc économe en énergie".
'Led est beaucoup plus efficace. Vous appuyez sur un bouton et la lumière s'allume. Avec une lampe fluorescente, il faut un certain temps avant que la lampe ne brûle à pleine puissance' Geert Deconinck, Energyville
"Leurs découvertes étaient assez révolutionnaires, oui", confirme le professeur Deconinck. « Si nous passons systématiquement des lampes à incandescence aux LED, nous économiserons beaucoup d'énergie. Regardez, l'éclairage classique peut être divisé en deux catégories. Les lampes à rayonnement thermique, telles que les lampes halogènes ou à incandescence, et les lampes à décharge de gaz, telles que les lampes à économie d'énergie ou les lampes utilisées par exemple dans les stades sportifs. Cela nécessite beaucoup de puissance électrique. Les leds ajoutent une troisième catégorie à cela. Une lampe halogène efficace produit 20 à 25 lumens de lumière par watt de puissance électrique, une lampe LED produit 60 lumens par watt. La LED rayonne également beaucoup plus efficacement, de sorte que moins de lumière est perdue dans le luminaire. Vous appuyez sur un bouton et la lumière s'allume. Avec une lampe fluorescente, il faut un certain temps avant que la lampe brûle à pleine puissance. De plus, c'est une lumière assez froide et fonctionne à basse tension, donc c'est plus sûr.'
Deconinck voit également de nombreuses applications possibles. Un exemple. « L'éclairage public actuel fonctionne bien, mais si nous le remplaçons par des LED, nous pourrions améliorer la qualité de la lumière. Par exemple, nous serions mieux en mesure de distinguer les couleurs des voitures. Avec l'éclairage public orange actuel avec des lampes à décharge de gaz sodium, il est difficile de distinguer le marron, le rouge ou le noir les uns des autres. La LED nous permettrait de nous sentir plus en sécurité, elle serait également utile aux services de sécurité pour reconnaître plus facilement les voitures. De plus, il est aussi plus agréablement léger.'
Shuji Nakamura n'aurait jamais pu imaginer que son travail aurait un tel impact, et encore moins remporter le prix Nobel pour cela. "Quand j'ai commencé mes recherches, il n'y avait que des LED rouges", dit-il dans une interview avec le journaliste écologiste Michael Holden de BusinessGreen en 2018. Donc pas de jaune ni de bleu, ni éventuellement de vert. Je voulais vraiment changer ça parce que vous -- on a tous appris ça en cours de dessin à l'école, n'est-ce pas ? — besoin de trois couleurs primaires pour composer n'importe quelle couleur de lumière. C'était tout ce à quoi j'aspirais. Je n'aurais jamais pensé que mon travail créerait un champ d'application aussi énorme.'
Et encore. Une industrie de plusieurs milliards de dollars, même. Nakamura est-elle devenue riche elle-même ? "Non, non," sourit-il doucement. D'accord, quand son employeur, la Nichia Corporation, a commencé à produire en masse des LED bleues, son salaire a doublé, mais :"Je n'ai pas gagné beaucoup d'argent, c'est comme ça dans la culture d'entreprise japonaise."
C'est bien pire que ça. Selon des rumeurs, qui se sont reproduites dans le Wall Street Journal, Nichia lui aurait payé 160 euros la tête en bas pour son invention. Des chercheurs et inventeurs étrangers le surnomment même "l'esclave Nakamura". Cependant, l'esclave se retourne contre son maître et va au tribunal, où il paie des dommages et intérêts de 160 millions. euros, un million de fois le montant initial qu'il a reçu de Nichia. Selon le tribunal de paix de Tokyo, Nakamura a même droit à un montant de… 499 millions d'euros, soit environ la moitié des bénéfices que l'entreprise a réalisés grâce au travail de pionnier de Nakamura.
Nichia fait appel, après quoi le procès s'éternise pendant des années. En fin de compte, les deux parties parviennent à un règlement à l'amiable, qui rapportera à Nakamura un peu moins de 7 millions d'euros. Lui-même l'écarte comme rien de plus qu'un aspect secondaire. En tout cas, ce n'est pas ce qu'il regarde avec le plus de fierté et de satisfaction, souligne-t-il.
Parce que l'aspect fondamental de son travail est quelque chose de complètement différent, dit Nakamura :le respect du climat. La lutte contre le réchauffement climatique est extrêmement importante. L'éclairage représente actuellement environ un quart de toute la consommation électrique, mais en utilisant l'éclairage LED, vous pouvez réduire cette consommation à environ 6 à 8 % à l'avenir. Pour arrêter le réchauffement climatique, nous devrons réduire notre consommation d'énergie. La LED est le moyen le plus simple d'y parvenir."
L'empreinte écologique réduite est aussi un argument sur lequel insiste le professeur Deconinck. « Vous avez besoin de plus d'énergie pour produire des lampes LED que pour des lampes ordinaires, tout comme vous utilisez plus d'énergie pour fabriquer des panneaux solaires. Mais une fois utilisés, ils sont plus économes en énergie, ont une durée de vie plus longue et sont plus sûrs. Pour fabriquer une lampe fluorescente, il faut du mercure. Les ampoules à incandescence dégagent plus de chaleur que de lumière. Une lampe LED dure trois à quatre fois plus longtemps qu'une lampe fluorescente :30 à 40 000 heures au lieu de 10 000. Elle dure même quinze fois plus longtemps qu'une ampoule, qui doit être remplacée au bout de 2 000 heures. Les lampes classiques restent allumées jusqu'à ce qu'elles se cassent. Les lampes LED donnent lentement moins de lumière. En fait, ils durent même 100 000 heures, mais parce que nous supposons qu'ils doivent conserver au moins 70 % de leur valeur initiale, nous supposons que 30 000 heures.'
Alors pourquoi ne sommes-nous pas encore tous passés aux LED ? Geert Deconinck :« La durée de vie d'une lampe à économie d'énergie classique est d'environ 10 000 heures. Si vous savez que nous avons besoin d'environ un millier d'heures de lumière par an, cela signifie qu'une telle lampe durera une dizaine d'années. C'est assez long et cela explique immédiatement pourquoi le remplacement par des lampes à LED est encore assez lent.'
Shuji Nakamura à ce sujet une fois de plus. « Nous pouvons avoir un impact considérable sur la réduction des émissions de carbone. Le département américain de l'énergie a calculé que d'ici 2020, en remplaçant l'éclairage conventionnel, nous pourrions réduire la consommation d'énergie dans le monde de l'équivalent de 60 centrales nucléaires. Si nous pouvions augmenter le taux de pénétration des LED à 30 ou 40 %, cela aurait un impact énorme."
Qu'il en soit ainsi !
