L’efficacité des LEDs augmentée de 55% grâce aux lucioles !

Des chercheurs belges, français et canadiens ont étudié la structure interne des lucioles femelles, et plus précisément, les organes bioluminescents situés dans leur abdomen, qui ont pour fonction d’émettre ponctuellement une lumière verte (ou parfois jaune), assez puissante pour attirer les mâles.

Les scientifiques ont identifié un motif inattendu aux bords irréguliers permettant d’améliorer la "lanterne abdominale" des lucioles. Ils ont ensuite appliqué ces nouvelles connaissances aux LEDs pour créer une surcouche artificielle imitant la structure naturelle.

Selon eux, la couche en question qui a permis d’augmenter les émissions de lumière LED, jusqu’à 55%, pourrait facilement être adaptée aux diodes actuelles afin d’aider les humains à s’éclairer la nuit, tout en utilisant moins d’énergie. Les travaux ont été publiés dans la revue ‘Optics Express’.

"L’aspect le plus important de ce travail est de montrer combien nous pouvons apprendre en observant attentivement la nature", a expliqué Annick Bay, étudiante, titulaire d’un doctorat à l’Université de Namur en Belgique, qui étudie les structures photoniques naturelles, comme les écailles des coléoptères et autres ailes de papillon. C’est au cours d’un travail de terrain en Amérique centrale sur le petit coléoptère doré, que son conseiller, Jean-Pol Vigneron a remarqué des nuages de lucioles scintillants. Il en a apporté quelques spécimens au laboratoire pour les examiner attentivement.

Les lucioles produisent de la lumière grâce à une réaction chimique qui a lieu dans des cellules spécialisées appelées photocytes. La lumière est émise à travers une partie de l’exosquelette de l’insecte, appelée cuticule. La lumière se propage à travers la cuticule plus lentement qu’à travers l’air. Ce décalage signifie qu’une proportion de la lumière est réfléchie dans la lanterne abdominale, affaiblissant la lueur émise. La surface géométrique unique des cuticules des lucioles, toutefois, peut aider à minimiser les réflexions internes. Cela veut dire que plus de lumière s’échappe pour atteindre les yeux des prétendants potentiels.

Lorsque les chercheurs ont réalisé des simulations informatiques pour modéliser la façon dont les structures étaient affectées par la transmission de la lumière, ils ont constaté que les bords tranchants dentelés des écailles laissaient sortir davantage de lumière. La découverte a été confirmée expérimentalement lorsque les chercheurs ont observé des bords rutilants beaucoup plus brillants lorsque la cuticule était éclairée par en dessous.

Dans le second article publié dans ‘Optics Express’, les chercheurs ont décrit la méthode employée pour créer un revêtement dentelé qui sera superposé à un matériau semi-conducteur de type nitrure de gallium. Ils ont en effet déposé une couche de ce matériau photosensible au-dessus de la LED, puis exposé certaines sections avec un laser, pour créer une forme triangulaire.

"Ce qui est bien avec notre technique, c’est qu’elle constitue un processus facile et nous n’avons pas eu à créer de nouvelles LEDs", a précisé Annick Bay. "Avec quelques étapes supplémentaires nous pouvons enduire et concevoir des motifs au laser sur des LEDs existantes."