Nul besoin d'une boule de cristal pour prédire que les diodes électroluminescentes (LED), à base de matériaux semi-conducteurs, essentiellement le nitrure de gallium, s'apprêtent à envahir notre quotidien. C'est déjà fait. Pas un mois ne passe sans que des ingénieurs ne leur trouvent une nouvelle utilité dans les téléviseurs et les télécommandes, les automobiles ou les téléphones portables, pour l'éclairage public ou domestique… « On cherche actuellement à y incorporer des nanocristaux au lieu des couches “classiques” convertissant le bleu en jaune comme dans les tubes fluorescents (les néons) », explique Jean-Yves Duboz, directeur du Centre de recherche sur l'hétéroépitaxie et ses applications (CRHEA) du CNRS. En effet, ces nanocristaux, quand ils sont traversés par des électrons (un courant électrique), émettent des photons (de la lumière). Seulement, les photons émis peuvent, selon leur taille, être source de différentes couleurs.


« Pour obtenir un éclairage blanc, on “mélange” astucieusement des photons rouges, bleus et verts, ce qui suppose de coupler trois LED, dit Jean-Yves Duboz. Pour notre part, nous essayons de mettre au point des LED n'utilisant qu'un seul cristal capable d'émettre directement toutes les couleurs. Pour cela, nous y insérons des éléments nanométriques, des espèces de “grumeaux” de taille variée émettant qui du bleu, qui du vert, qui du rouge…, et produisant, à eux tous, de la lumière blanche. C'est la solution idéale sur le papier. Même, si pour le moment, nos LED manquent de puissance. »
Quid du rendement des systèmes actuels ? Franchement satisfaisant. Les LED blanches commercialisées à ce jour affichent une efficacité lumineuse de 100 lumens 1 par watt (lm/W), contre 60 à 80 lm/W pour les lampes à fluorescence et 16 lm/W pour les ampoules à incandescence. « Des prototypes frisent les 200 lm/W, poursuit Jean-Yves Duboz. Toutefois, les LED sont très efficaces quand elles fonctionnent sous faible courant. Mais aux plus forts courants qu'il faudrait pour assurer l'éclairage public et industriel à coût réduit, leur efficacité chute encore un peu (75 lm/W). »
Faire appel aux cristaux photoniques (des espèces de cages à lumière constituées d'un agencement périodique de nanostructures et fonctionnant grosso modo comme les panneaux catadioptriques installés le long des routes) pourrait « améliorer la directionnalité des LED, autrement dit, les empêcher de cracher de la lumière dans toutes les directions », renchérit Henri Benisty, du Laboratoire Charles-Fabry de l'Institut d'optique (LCFIO)². Les cristaux photoniques pourraient permettre bientôt d'améliorer l'efficacité des LED.