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Construire une meilleure ampoule
Les ampoules à incandescence sont déjà interdites par de nombreux pays, mais les rumeurs de leur mort peuvent, pour paraphraser Mark Twain, être grossièrement exagérées. Une innovation du MIT pourrait leur donner un nouveau souffle.
Les ampoules, l'une des inventions les plus célèbres de Thomas Edison, sont une technologie vieille de plus de 130 ans. Ils fonctionnent en chauffant un fil fin à environ 2 700 °C, ce qui lui fait émettre un rayonnement de corps noir, un large spectre de lumière qui donne un aspect chaleureux et un rendu fidèle de toutes les couleurs d'une scène. Mais environ 95 % de l'énergie qui entre dans ces ampoules est gaspillée, la plupart sous forme de chaleur. La nouvelle recherche pourrait enfin changer cela.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2016
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Le professeur de physique Marin Soljacic '96, PhD '00, le postdoc Ognjen Ilic, PhD '15, le chef du département de génie mécanique Gang Chen, et trois autres ont publié leur solution au début de cette année. La clé, disent-ils, est de créer un processus en deux étapes.
Tout d'abord, un filament métallique conventionnel est chauffé. Mais la chaleur résiduelle n'est pas autorisée à se dissiper sous forme de rayonnement infrarouge, comme d'habitude. Au lieu de cela, les structures secondaires entourant le filament captent ce rayonnement et le réfléchissent vers le filament pour qu'il soit réabsorbé. Ces structures, une forme de cristal photonique, sont constituées d'éléments terrestres abondants et peuvent être réalisées à l'aide de la technologie conventionnelle de dépôt de matériaux.
Les longueurs d'onde visibles souhaitées de la lumière traversent ce matériau et sortent de l'ampoule, mais les longueurs d'onde infrarouges sont réfléchies comme si elles provenaient d'un miroir. Ils retournent ensuite vers le filament, ajoutant plus de chaleur qui est convertie en plus de lumière. Étant donné que seule la lumière visible sort, la chaleur continue de rebondir vers le filament jusqu'à ce qu'elle finisse par devenir de la lumière.
Cette deuxième étape améliore considérablement l'efficacité avec laquelle l'électricité est convertie en lumière. Les mesures de l'efficacité lumineuse, qui tiennent compte de la réponse de l'œil humain, sont de 2 à 3 % pour les ampoules à incandescence conventionnelles, entre 7 et 15 % pour les lampes fluorescentes (y compris les LFC) et entre 5 et 15 % pour la plupart des LED compactes. Les nouvelles lampes à incandescence à deux étages pourraient atteindre des rendements aussi élevés que 40 %.
Les premières unités de preuve de concept de l'équipe atteignent déjà une efficacité lumineuse d'environ 6,6 %, un résultat qui se rapproche de l'efficacité de certaines des lampes fluocompactes et des LED compactes d'aujourd'hui et qui représente une triple amélioration par rapport aux lampes à incandescence d'aujourd'hui.
Les chercheurs qualifient leur approche de recyclage de la lumière, explique Ilic, car leur matériau élimine en fait les déchets - les longueurs d'onde d'énergie inutiles et indésirables - de la corbeille à papier et les convertit en une lumière visible agréable et utile.