Conférence : Histoire de l'éclairage

Par Jean-Pascal Duchemin :

• Depuis que l’homme a découvert le feu et sait le maitriser, il y a plusieurs centaines de milliers d’années, c’est en brûlant des matières organiques qu’il s’est éclairé à l’intérieur de ses habitats et quand il faisait nuit. Ensuite, l’invention de l’électricité et la découverte de l’effet Joule ont permis la réalisation de lampes à filament de tungstène, matériau réfractaire qui peut être maintenu dans une atmosphère inerte à une température de 2500°C pendant plusieurs milliers d’heures.
   
• Il fallait se tourner vers des sources qui émettent une plus grande proportion de leur énergie dans le domaine visible pour augmenter l’efficacité des éclairages. Cela s’est d’abord produit avec les lampes dites fluorescentes, plus communément mais improprement, appelées tubes à néon car elles ne contiennent pas de néon (sauf celles qui émettent dans le rose). Dans de telles lampes, la faible pression partielle de mercure qui y est entretenue émet deux raies dans le domaine ultra-violet, une émission qui n’est pas perçue par l’œil mais qui peut, si elle est absorbée par des pigments luminophores, réémettre un rayonnement visible dont la composition est choisie pour que l’œil ait la sensation de recevoir la lumière du soleil. Un facteur voisin de quatre était gagné par rapport aux lampes à filament de tungstène.
   
• Une autre rupture technologique apporta un gain supplémentaire, les diodes électroluminescentes blanches (LED en anglais pour Light Emitting Diodes). Les éclairages LED émettent une lumière blanche soit parce qu’ils sont composés de plusieurs LED, bleues, vertes, rouges dont la superposition reconstitue la lumière du soleil, soit parce que ce sont des LED bleues recouvertes d’un élément luminophore qui absorbe partiellement le bleu pour réémettre une lumière complémentaire verte, jaune et rouge pour reconstituer la lumière blanche.
   
• Mais pendant plusieurs décennies, il fut impossible d’obtenir du bleu car pour obtenir l’émission dans le bleu, il faut maitriser la croissance des alliages du type GaAlInN, dit à grand gaps que l’on ne peut faire croitre que sur des substrats de saphir, de carbure de silicium et plus récemment de silicium, matériau bon marché. C’est un Japonais Shuji Nakamura, ingénieur dans la PME japonaise Nichia qui a inventé les diodes bleues à fort rendement. Les diodes blanches actuellement disponibles sur le marché ont maintenant un rendement de 120 lumens par watt soit un facteur dix par rapport aux meilleures lampes à incandescence.
   
• En ces années 2025, les LED se sont imposées pour l’éclairage, elles semblent toutes venir de Chine mais cette dernière, malgré les apparences maitrise essentiellement l’assemblage des puces élémentaires en une multitude de lampes. Les réacteurs d’épitaxie pour la croissance des hétérostructures GaAlInN/saphir sont fabriqués en Allemagne (Aixton), la technologie des semiconducteurs se fait à Taiwan. Nakamura qui avait reçu le prix millenium pour l’invention de diodes bleus en 2006 se vit récompensé du prix Nobel de physique en 2014 avec deux universitaires japonais.