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Les LED blanches : la lumière du futur

Les LED blanches : la lumière du futur . L’éclairage en quelques chiffres :.  30 Mds de lampes éclairent chaque jour  16 Mds de nouvelles lampes chaque année  300 centrales nucléaires 24h/24 - 7J/7  20 % de l’électricité mondiale. Prof. Nicolas Grandjean.

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Les LED blanches : la lumière du futur

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Presentation Transcript

  1. Les LED blanches : la lumière du futur L’éclairage en quelques chiffres :  30 Mds de lampes éclairent chaque jour  16 Mds de nouvelles lampes chaque année  300 centrales nucléaires 24h/24 - 7J/7  20 % de l’électricité mondiale Prof. Nicolas Grandjean

  2. Les LED blanches : la lumière du futur • L’éclairage : des économies d’énergie importantes • les lampes à incandescence sont condamnées • - L’Europe vient d’interdire les lampes à incandescence (septembre 2012) • - Les USA suivent le chemin avec l’interdiction des lampes de 100 W et plus L’alternative : les lampes basse consommation

  3. Qu’est-ce que la lumière? La lumière est une onde (aussi des photons) L’œil humain: du rouge (0,8 m)aubleu (0,4 m) 5500°C M. Planck (Nobel 1918)

  4. Un bref historique La maîtrise du feu (>400’000 ans) La lampe à incandescence (1878) Joseph Swan (1873) Thomas Edison (1878)

  5. Comment fonctionne une ampoule? Le courant passe à travers un tout petit filament (tungstène) e 2500°C e e e e e e e Effet Joule e e e filament (1/10 mm) Fil électrique (1 mm) Les électrons ont de la “place” et se déplacent facilement les électrons n’ont plus de “place” et se bousculent : ça chauffe! seulement 5 % de lumière “utile” Chaleur = énergie perdue

  6. Un bref historique Le tube fluorescent (1934) Humphry Davy (1808) G. Claude (1910) A. Compton (1934) Aujourd’hui : une décharge électrique dans de la vapeur de mercure produit un rayonnement UV qui excite des luminophores Lumière blanche Bonne efficacité mais présence de mercure

  7. La lampe idéale Convertir toute l’énergie électrique en lumière blanche • Pas d’émission de chaleur du blanc avec du bleuet du jaune Quantité de lumière «utile» Efficacité lumineuse = (lm/W) Energie électrique consommée Efficacité théorique maximum  300 lm/W Lampe à incandescence : 15 lm/W

  8. La LED : une lampe « parfaite » Une LED transforme le courant électrique en lumière visible, et uniquement en lumière visible C’est une caractéristique des semiconducteurs par effet quantique 1947

  9. L’émission de lumière «forcée» Transports des électrons sur 2 niveaux courant Energie photons Longueur d’onde  ~ 1/Eg Eg Semiconducteur type p Semiconducteur type n La jonction p-n Prix Nobel 1956 à John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain

  10. La fabrication des LEDs  Semiconducteur (type p) ̶ 5 microns Zone active Semiconducteur (type n) Substrat Saphir (Al2O3)

  11. Au cœur de la LED : le puits quantique Les électrons sont à la fois onde et corpuscule Puits quantique e Quantification de l’énergie Largeur du puits : 2,5 nm Largeur du puits: 4,0 nm

  12. La fabrication des LEDs blanches LEDs Lampes à LEDs

  13. Conclusion Les LEDs, la prochaine révolution de l’éclairage • Excellente efficacité lumineuse (80 lm/W  100 lm/W) • Très grande durée de vie (pas sensibles au start/stop) • Pas de mercure • Couleurs à la demande Présentation téléchargeable sur nccr-qp-epfl.ch

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