L'histoire des ampoules, de la diode au LED

La LED. Une des technologies qui a connu le développement le plus rapide de l'histoire. À tel point que quelques mois suffisent pour qu’une ampoule à LED moins énergivore chasse l’autre. Retour sur l’irrésistible ascension de la LED.

De la diode au LED

Article publié le 11/05/2022

À l'origine, il y avait la diode...

Un drôle d’effet semi-conducteur : En 1867, le physicien Karl Ferdinand Braun découvre que les cristaux de sulfure conduisent l’électricité dans une seule direction.

L’effet Edison : En 1873, Frederick Guthrie découvre que le courant électrique ne peut circuler que dans une direction : le principe de base des diodes est né. Cet effet sera éprouvé à nouveau par Thomas Edison, il sera baptisé « l’effet Edison » et breveté en 1883.

Une diode fonctionne comme une valve unidirectionnelle qui permet à l’électricité de circuler dans une direction tout en bloquant tout flux de courant dans la direction inverse. A l’origine, la diode est utilisée pour la détection des ondes magnétiques ou le redressement du courant alternatif en courant continu.

L’étymologie du mot de « diode » est discutée : il peut provenir du grec ancien, díodos (« passage au travers »), à moins qu’il ne soit composé du grec dís (« deux ») et de hodós (« chemin, passage »), par analogie avec électrode         (« chemin par où passent les électrons »). Une diode comporte deux électrodes, la triode trois, la penthode cinq…

Les diodes sont utilisées à des fins diverses : pour produire des signaux analogiques, des fréquences micro-ondes et même la lumière de différentes couleurs.

La LED en fait voir de toutes les couleurs à l'ampoule incandsecente

Une diode électroluminescente (DEL ou LED) est un composant électronique capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique.

Le phénomène de l’électroluminescence a été découvert en 1907 par Henri Joseph Round, un ingénieur anglais, proche collaborateur de Marconi, considéré comme l’un des inventeurs de la radio et de la télégraphie sans fil. Lors d’une expérience avec des détecteurs de moustaches de chat utilisant diverses substances, il remarque que certaines d’entre elles dégagent de la lumière quand elles sont traversées par du courant. Il consigne ce qu’il appelle « un phénomène curieux » dans un rapport publié dans la revue scientifique Electrical World.

La découverte d’Henri Joseph Round ouvre la voie à la fabrication de la première diode électroluminescente, que l’on doit au chercheur russe Oleg Vladimirovitch Losev qui étudie les phénomènes d’électroluminescence dans les diodes utilisées pour les appareils radios.

En elle-même, la diode électroluminescente produit peu de lumière. Mais la technologie LED va précipiter au placard l’ampoule incandescente inventée par Thomas Edison, comme l’a prédit dans le Reader’s Digest Nick Holonyack, l’inventeur de la LED rouge, la première diode électroluminescente à spectre visible. Pour lui, la lampe LED est la « lampe suprême », car c’est le courant qui est lui-même lumière.

La production en masse de LED rouges commence dès 1968, sous l’impulsion de Fairchild, une société américaine spécialisée dans les semi-conducteurs : calculatrices de poche, lampes à incandescence et montres à affichage lumineux rouge deviennent hyper tendance. Toutefois, elles sont encore énergivores et leur rendement lumineux extrêmement faible (0,1 lumen / watt).

À partir de 1971, des semi-conducteurs toujours plus performants et efficaces sont développés. Il devient possible d’obtenir une lumière de couleur jaune, verte et orange. Mais toujours peu de domaines d’application jusqu’au début des années 1980 : l’efficacité de la source lumineuse LED colorée dépasse pour la première fois celle des lampes à incandescence conventionnelles. Nos feux de circulation et nos panneaux publicitaires les adoptent.

À SAVOIR

Pour juger de l'efficience d'une ampoule, il suffit de comparer la quantité d'énergie qu'elle consomme avec la quantité de lumière qu'elle produit. Il faut pour cela diviser la quantité de lumière émise par une ampoule (on parle de lumens) par la puissance qu'elle nécessite pour produire cette lumière (on parle de watts).

Juger l'efficience d'une ampoule

Et la LED bleue fût

1990 : La première LED bleue voit le jour : la lumière blanche devient possible (sur la base d'un mélange de rouge, vert et bleu ou sur la base de bleu et d'ajout de phosphore jaune). Cette découverte est capitale : les LEDs peuvent dorénavant être utiliser pour éclairer.

À SAVOIR

La création des LEDs bleues a aussi permis de créer nos lecteurs Blu-Ray : grâce à la longueur d’onde du bleu, inférieure dans le spectre de la lumière, on peut stocker davantage de données sur un disque optique, contrairement aux lecteurs CD / DVD traditionnels qui utilisent un laser rouge (à longueur d’onde plus grande).

La création des LED bleues

Aujourd’hui, avec son rendement lumineux supérieur à 100 lumens par watt, la LED blanche a supplanté toutes les techniques d’éclairage, en privé comme en public : petite, puissante, économe en énergie, elle est l’amie de toutes les réglementations qui invitent à la sobriété énergétique, mais aussi des ménages qui font face à la flambée des prix de l’électricité

Depuis le 31 décembre 2012, les ampoules à incandescence sont interdites à la vente.

Entre 2013 et 2017, l’ensemble des 250 000 lampes des 301 stations de métro et des 66 gares de RER seront remplacées par un éclairage LED. Soit une réduction de la consommation d’énergie de 77 GWh par an, l’équivalent de 6 000 tonnes de CO2. Une mise en lumière qui fait de la RATP le premier réseau de transport en commun souterrain entièrement équipé de la technologie LED.


Infographie diode à la LED

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