Des algorithmes génétiques « boostent » l’efficacité des ampoules LED

Multiplier par trois la lumière émise par une diode électroluminescente (LED) en y appliquant une méthode d’algorithmes génétiques inspirée de l’observation de lucioles. C’est le résultat d’une étude menée par Alexandre Mayer, chercheur au laboratoire de physique du solide, et Annick Bay, post-doctorante à l’institut d’océanographie « SCRIPPS » de l’Université de Californie, San Diego (UCSD). Leurs recherches ont été mises à l’honneur dans un article du journal Optics & Photonics News .

Grâce à leurs recherches, Alexandre Mayer et Annick Bay ont réussi à tripler la lumière émise par la LED en appliquant une méthode de sélection naturelle, à un niveau informatique, pour déterminer la forme idéale d’une texturation de surface de la LED. Une découverte qui permet de diminuer la consommation en énergie d'une ampoule LED.

Des lucioles comme source d’inspiration

Les deux chercheurs se sont inspirés de la manière dont les insectes ont évolué pour émettre et réfléchir la lumière. Ils ont étudié la morphologie des insectes pour optimiser les systèmes optiques. Un travail original pour Alexandre Mayer et Annick Bay, puisqu’ils se sont inspiré deux fois de la nature. Annick Bay a d’abord centré ses recherches sur les lucioles. Par ses observations elle a découvert que la cuticule des lucioles est recouverte de petites écailles de forme approximativement triangulaire, ce qui améliore l'extraction de la lumière produite dans leurs corps. L'idée a alors été transposée aux ampoules LED.

Alexandre Mayer a ensuite étudié les algorithmes génétiques permettant de généraliser l’étude d’Annick Bay, en augmentant le nombre de paramètres étudiés. On explore de cette manière tout un espace de possibilités.

Les algorithmes reproduisent de manière informatique le processus de sélection naturelle en travaillant sur une population informatique d’individus représentatifs des paramètres à déterminer. Les meilleurs individus sont ensuite croisés de génération en génération jusqu’à obtenir la solution optimale. L’algorithme génétique a permis de déterminer la forme idéale à considérer pour la texturation de surface du matériel émetteur de lumière afin d’obtenir un maximum de rendement. Un premier article a été publié à ce sujet dans Journal of Optics.

Des collaborations à l’horizon

Cette étude ouvre la porte à de nouvelles collaborations pour les deux chercheurs. Une convention est en cours de rédaction avec l’Université catholique de Louvain et l’Université de Sherbrooke (Québec) pour mettre en pratique le résultat de ces travaux avec des matériaux proposés. L’UNamur espère aussi obtenir un partenariat avec l’institut de recherche L-Lab (Allemagne) pour appliquer cette théorie aux ampoules LED des phares de voitures.

Les mécanismes biologiques au service des technologies photoniques

Les chercheurs sont depuis longtemps intrigués par la manière dont les insectes, les animaux et les plantes utilisent la lumière. Inspirés par les résultats de la sélection naturelle et les structures biologiques, les scientifiques ont créé de nombreuses technologies photoniques (permettant la transmission ou la conversion de signaux optiques).

On compte déjà de nombreuses technologies inspirées des structures biologiques : les caméras digitales inspirées par les yeux d’insectes, les matériaux de camouflage imaginés grâce à la peau de certains mollusques, les sources de lumières LED basés sur les écailles de lucioles, les écrans tactiles inspirés des toiles d’araignées, les capteurs d’imagerie thermique établis grâce aux ailes de papillons, etc.

Contact : Alexandre Mayer - alexandre.mayer@unamur.be