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Science

DEL: La vie en vraies couleurs

Par Marine Corniou - 20/06/2017

Comment les ampoules DEL peuvent-elles  imiter la lumière du soleil ? Des étudiants de l’École de technologie supérieure à Montréal ont relevé le défi.

Voir la « vraie » couleur des choses n’est pas si simple. À preuve, cet étrange débat qui a enflammé les réseaux sociaux il y a quelques mois, après la diffusion d’une banale photo de robe rayée. La robe était-elle noire et bleue, ou dorée et blanche ? En une semaine, le monde était divisé sur la question, chacun défendant avec véhémence sa propre vision de la chose.

En réalité, la robe était bleue, mais cela importe peu (la photo était surexposée et certaines personnes corrigeaient inconsciemment le défaut, se fiant davantage à leur correction qu’à leur vision). Ce que rappelle cette anecdote, c’est que les couleurs sont « fabriquées » et interprétées par le cerveau. « On sait que la perception des couleurs est relative et dépend de l’éclairage », indique Sylvain Cloutier. Ainsi, un citron éclairé avec une lumière rouge apparaîtra rouge ; éclairé par une lumière bleue, il semblera noir.

Or, notre œil est habitué à la lumière du soleil, une lumière « blanche naturelle » qui résulte de la somme de radiations de différentes longueurs d’onde, allant du violet au rouge (les fameuses couleurs de l’arc-en-ciel). C’est cette lumière qui nous permet d’apprécier avec le plus d’exactitude les diverses nuances des couleurs (on dit qu’elle a un excellent indice de rendu de couleur).

Restituer cet aspect naturel a toujours été un défi dans le domaine de l’éclairage. Depuis les lampes au sodium jaunes jusqu’aux néons blafards, pas facile de produire une lumière agréable. « La lumière du jour offre un indice de rendu de couleur très proche de 100. Les ampoules à incandescence, elles, ont un rendu de couleur d’environ 90, alors que celui des DEL conventionnelles tourne autour de 78 ou 80, précise Sylvain Cloutier. Si bien qu’avec les DEL, on économise sur la facture, mais leur rendu de couleur n’est pas très naturel. »

Exit la lumière bleue

La lumière bleutée des DEL leur a en effet longtemps porté préjudice. Mais François Roy-Moisan et Gabriel Dupras, deux étudiants à la maîtrise à l’ÉTS, pourraient bien avoir résolu le problème, en produisant un éclairage à DEL plus vrai que nature… ou presque. « On a atteint un rendu de couleur supérieur à 99 », indiquent-ils. Forts de ce succès, en janvier dernier, ils ont créé la start-up Sollum Technologies. Premier objectif, proposer leur produit à des musées. « Notre éclairage imite la lumière du soleil, mais sans les rayons nocifs, c’est-à-dire les rayons ultraviolets et infra-rouges qui peuvent endommager les œuvres d’art », explique François Roy-Moisan. Mieux, il est ajustable, pouvant fournir diverses nuances de couleurs selon le désir de l’utilisateur.

Comment ont-ils réussi cette prouesse ? Il faut savoir que chaque diode émet dans une longueur d’onde bien précise. En fait, les diodes sont fabriquées à partir de l’empilement de couches de différents matériaux semi-conducteurs. En faisant varier les matériaux et les épaisseurs de chaque couche, on fait varier la couleur émise.

Les deux étudiants ont donc analysé la composition du spectre visible de la lumière du jour (qui contient plus de radiations bleu vert que de rouges, par exemple) et l’ont reproduite. « On a disposé de multiples diodes différentes de façon bien précise, et on les a réglées pour ajuster la couleur finale », expliquent-ils, fiers d’avoir breveté leur technique.

Leur imitation quasi parfaite de la lumière du jour, qui tient dans un luminaire de 10 cm sur 10 cm, pourrait avoir de nombreuses applications. « Comme on peut moduler la lumière, le dispositif pourrait également être utilisé dans des serres, où il permettrait de reproduire la lumière du printemps, de l’été, de l’automne ou de l’hiver de façon cyclique ou encore d’obtenir la lumière du matin, du midi ou du soir », ajoute François Roy-Moisan. Cet éclairage pourrait aussi être employé en chirurgie, ou dans les transports.
 
La révolution DEL

Depuis les lampadaires de rue jusqu’aux musées, en passant par les phares de voiture et les lampes de salon, la diode électroluminescente est en train de révolutionner l’éclairage.
Sur tous les continents, les vieilles ampoules à filament rendent l’âme les unes après les autres. Depuis le 1er janvier 2014 au Canada et depuis fin 2012 en Europe, elles sont progressivement retirées des étalages des magasins.

Nos veillées se déroulent désormais sous les ampoules fluocompactes et les diodes électroluminescentes (DEL, ou LED pour Light Emitting Diode). Mais au train où elles gagnent des parts de marché, ces dernières pourraient vite devenir la norme afin d’éclairer le monde : on estime que, fin 2016, elles auront conquis 45 % du marché mondial, et 70 % en 2020 (selon une étude du cabinet McKinsey). Plusieurs villes, dont Los Angeles ou Pittsburgh, ont déjà opté pour l’éclairage public aux DEL. Et Montréal envisage de changer 110 000 lampadaires au sodium en faveur des lampes à DEL.

Il faut dire qu’elles cumulent les qualités : insensibles aux chocs, leur durée de vie peut atteindre 40 000 heures, contre 8 000 pour les lampes fluocompactes. « La DEL est constituée de couches de matériaux semi-conducteurs, dont la propriété intrinsèque est d’émettre de la lumière quand on y fait passer un courant électrique », précise Sylvain Cloutier de l’ÉTS.
Résultat, la DEL émet très peu de chaleur et est donc très économe en énergie. Un atout considérable, quand on sait que 20 % de l’électricité mondiale sont utilisés pour l’éclairage.
« Malheureusement les DEL sont encore chères, mais on travaille à les rendre plus abordables », affirme M. Cloutier.

Texte réalisé dans le cadre d'un dossier sur la lumière, en collaboration avec le réseau UQ.

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