Pour la première fois, des chercheurs ont démontré qu'une DEL pouvait émettre plus d'énergie lumineuse que d'énergie électrique consommée. La démonstration ne marche toutefois, pour l'instant, que pour des DEL ne produisant que peu d'énergie lumineuse.
Une équipe de physiciens du très prestigieux Institut de Technologie du Massachusetts (MIT) a réussi une prouesse sans précédent dans le domaine des diodes électroluminescentes, en parvenant à développer une DEL dont l’efficacité de conversion électrique-optique serait très au-dessus des 100 %.
Une question pourrait alors venir naturellement à l’esprit : « N’est-ce pas là contrevenir au premier principe de la thermodynamique ? », stipulant que lors de toute transformation quelconque d’un système fermé, « la variation de son énergie est égale à la quantité d’énergie échangée avec le milieu extérieur, sous forme de chaleur et sous forme de travail ». Bien heureusement, la réponse est ici négative.
La DEL, mise au point, produit 69 picowatts d’énergie lumineuse, mais n’utilise que 30 picowatts d’énergie électrique (un picowatt équivaut à 10 puissance moins 12 watts, soit un millionième de millionième de watts), ce qui lui assure une très grande efficacité de conversion, de près de 230 %. On est ici très au-dessus de la conversion parfaite de l’énergie, correspondant à un rendement de 100 %, catégorie normalement occupée par les machines à pseudo-mouvement perpétuel.
Malgré tout, alors que la diode conçue par l’équipe de chercheurs du MIT émet plus de deux fois plus de photons qu’elle n’est alimentée en électrons, elle ne viole pas la loi de conservation de l’énergie. En effet, la diode attire à elle et utilise à la place de l’énergie sous forme de chaleur, récupérée dans son environnement immédiat. Lorsqu’elle atteint un pourcentage supérieur à 100 % d’efficacité électrique, la diode commence à se refroidir peu à peu, volant de l’énergie qu’elle convertit en autant de photons.
Concrètement, les chercheurs ont choisi une DEL dont le « gap » était particulièrement petit, pour lui appliquer des voltages de plus en plus petits. Dans la théorie des bandes, le « gap » est l’énergie qui sépare la bande de valence de la bande de conduction. Lorsque le gap entre ces deux bandes est suffisamment faible, les électrons ont une probabilité non négligeable de le franchir par simple excitation thermique lorsque la température augmente, ce qui est notamment le cas pour les semi-conducteurs. Chaque fois que le voltage appliqué à la diode est réduit de moitié, la puissance électrique était divisée par quatre, alors que l’énergie lumineuse ne diminuait que de moitié. L’énergie supplémentaire provenait à la place des vibrations du treillage.
Bien que la quantité de lumière produite soit très petite, compromettant tout type d’utilisation en tant que source lumineuse directe, la diode des chercheurs du MIT pourrait bien avoir d’autres applications en thermodynamique, grâce à son contrôle électrique, donc rapide. Les scientifiques ont publié en détail leur découverte dans la prestigieuse revue hebdomadaire américaine Physical Review Letters, revue gérée par la non moins prestigieuse American Physical Society.
Par Moonzur Rahman
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