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Les diodes électroluminescentes

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Au moment de la disparition des lampes incandescentes classiques, économies d’énergie obligent, les professionnels de l’éclairage recherchent de plus en plus l’efficacité énergétique. Si les leds constituent l’une des réponses, leurs limites techniques sont à connaître pour en tirer le meilleur parti.

Une led est essentiellement composée d’une puce, qui émet des photons, et d’un boîtier, qui protège l’assemblage. Dans les diodes, l’émission de lumière est provoquée par la recombinaison des électrons et des ions positifs à la séparation d’une jonction n-p (voir encadré), sous l’influence d’un champ électrique continu. C’est en 1907 que l’anglais Henry Joseph Round découvre la possibilité d’émettre de la lumière par un semi-conducteur. Vingt années plus tard, le technicien radio russe Oleg Vladimirovich Losev explique comment les électrons, en perdant de l’énergie, peuvent produire de la lumière sans dégager de chaleur. Sa demande de brevet restant sans réponse, il faudra attendre 1955 pour que le physicien américain Rubin Braunstein découvre l’émission infrarouge de l’arséniure de gallium et d’autres types de semi-conducteurs.

Enfin, en 1962, l’Américain Nick Holonyak Jr. Américain (Compagnie General Electric) est le premier à créer une diode à spectre visible. Mais en 1992, le Japonais Shuji Nakamura met au point une led bleue à base de nitrure de gallium (GaN), un matériau semi-conducteur beaucoup plus efficace que ses prédécesseurs ; il réalise ensuite une led blanche qui va révolutionner le monde de l’éclairage, en particulier avec le développement des leds de forte puissance (supérieur à 1 W).
 

Les indicateurs lumineux

 
Les premières leds commercialisées se limitèrent tout d’abord aux indicateurs lumineux rouges car leurs composants (arséniure phosphure de gallium : GaAsP) ne permettaient pas d’obtenir d’autres couleurs. Entre 1960 et 1970, elles pénètrent le marché de l’affichage numérique, dans les calculatrices, puis dans les montres-bracelets. Mais, les industriels, séduits par leur faible consommation (moins de 1 W) et leur longue durée de vie (100 000 h), provoquent une production de masse entraînant une diminution de leur coût de fabrication. Dans le même temps, les progrès réalisés dans la technologie des semi-conducteurs GaP (phosphure de gallium) permettent l’apparition des leds vertes. Bien que leur efficacité soit moindre, la sensibilité de l’œil humain dans le vert compense cet effet (une led verte avec la même brillance que la rouge).
 
Les premières utilisations des leds sont assez limitées car leur efficacité lumineuse générale est faible, de l’ordre de 1 lumen par watt (lm/W), mais suffisante pour la signalisation sur tableau, ou pour les feux de circulation (feux tricolores, passages piétons). Une diode électroluminescente appliquée à l’éclairage apparaîtra dans les années 90. À compter de cette date, il est possible de créer une lumière blanche : sur la base d’un mélange de rouge, vert et de bleu ou sur la base de bleu et d’ajout de phosphore jaune.
 
Les leds deviennent ensuite des éléments incontournables des applications colorées en balisage, ou illuminations. Cependant, les résultats sont incertains. Pierre Martin, directeur Service prescription grands comptes, chez Thorn, se souvient : « Au début des années 2000, nous avons éclairé une façade d’immeuble de bureaux avec des leds blanches. au moment de l’installation, nous avons constaté qu’il y avait trop de nuances de blanc et avons dû remplacer toutes les sources par des tubes fluorescents. » Et Philippe Ferreira, chargé de projet, spécialiste[…]

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