Jeudi 4 octobre 2018 - Le ver luisant et les LED, quel lien ? La chimie de la lumière

 

Conférencier : Peter Reiss. Responsable du Laboratoire STEP (Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels) Institut Nanoscience & Cryogénie CEA Grenoble

 

C’est non seulement avec son ordinateur que Peter Reiss nous a fait la surprise d’arriver, mais également avec tout un petit matériel de démonstration grâce auquel il nous a fait une présentation des plus intéressantes et didactiques.

Pour permettre la compréhension des phénomènes, quelques rappels de la physique de la lumière nous ont été dispensés. Notamment la dualité onde-particule.

La lumière fut comprise tout d’abord comme une onde par les physiciens. Ceux-ci ont évolué dans leur appréhension du phénomène en découvrant l’effet photoélectrique qui ne s’explique que si le faisceau lumineux est aussi composé de particules, nommés depuis lors photons.

La lumière est ainsi produite de différentes manières.

  • Elle provient du rayonnement d’un corps chauffé à haute température, comme par exemple le soleil. Mais également bougies ou ampoules traditionnelles. Il s’agit d’incandescence.

  • Elle provient également d’émissions liées à des changements d’état des électrons qui gravitent autour des atomes. On parlera alors de luminescence atomique.

Peuvent émettre par luminescence des gaz chauffés, des atomes ionisés, comme dans les feux d’artifice, des molécules ou bien des semi-conducteurs.

Pour simuler les feux d’artifices, Peter Reiss a trempé un fil de platine dans divers sels de métaux alcalins, l’a chauffé à l’aide d’un petit chalumeau et ainsi de belles flammes colorées ont pu être observées.

Quant aux molécules, un grand nombre de molécules organiques sont fluorescentes ou phosphorescentes.

Ces molécules présentent également une forte absorption de la lumière. Une application a été montrée sur des cellules solaires organiques sensibilisées par colorants dont un prototype a été réalisé au STEP. En éclairant cette vitre particulière Peter Reiss a pu faire tourner un ventilateur.

Les colorations peuvent être obtenues par des colorants organiques ou bien des solutions de nanocristaux de semi-conducteurs dont la couleur d’émission varie en fonction de la taille du cristal.

En effet la largeur du gap, et donc la longueur d’onde de la lumière émise, varie en fonction de la dimension du cristal. Ces dimensions sont généralement entre 1 et 10 nm.

Les changements d’état des électrons qui induisent une luminescence peuvent être provoqués de nombreuses manières, ce seront les radio, thermo, chimi, bio …. luminescences.

Peter Reiss nous a alors fait un petit inventaire de quelques applications obtenues à partir de diverses formes de luminescence.

  • La radioluminescence a permis l’imagerie à partir des rayons X.

  • La cathodoluminescence a donné lieu au développement des tubes cathodiques pour la télévision ou les ordinateurs.

  • L’électroluminescence est appliquée à la réalisation de nouvelles ampoules, les LED ; aux écrans OLED.

  • La chimiluminescence a des applications en criminologie. Le fer de l’hémoglobine sert de catalyseur pour qu’un mélange luminol eau oxygénée devienne fluorescent.

    Les bâtons fluorescents le deviennent lorsque les deux produits qui les composent se mélangent.

  • Enfin la bioluminescence nous amène au ver luisant (lampyris), à la luciole ou même à 80% des espèces abyssales. Cette lumière est émise par mise en présence de luciférine, luciférase et oxygène.

 

Ainsi donc le lien entre les LED et le ver luisant est leur capacité à émettre de la lumière par luminescence.