1. Comme dans une ampoule classique, la partie la plus importante d’une diode se trouve au centre du bulbe. Mais au lieu d’un filament, on y trouve une puce essentiellement composée de trois couches superposées.

2. La première partie a une charge négative, avec des électrons en surplus. Elle est appelée « partie N ».

3. La deuxième partie, au centre, est la plus importante. Elle est composée d’un semi-conducteur très mince – un cristal qui conduit mal les charges électriques. On l’appelle le « puits quantique ».

4. La troisième partie a une charge positive, elle est « en manque d’électrons ». Les particules positives sont appelées des « trous ». On l’appelle la « partie P ».

5. Quand un courant électrique suffisant est appliqué, des électrons se retrouvent piégés avec des particules positives, des « trous », dans le « puits quantique ». Lorsque les deux se combinent, la différence d’énergie entre les deux est émise sous forme de lumière.

6. La couleur de la lumière dépend de la composition de la couche centrale, le « puits quantique ». Pour obtenir du rouge, on va utiliser de l’arséniure de gallium, un matériau produit depuis les années 60. Pour le bleu, il a fallu attendre la production de nitrure de gallium de très haute qualité, qu’on combine à de l’indium ou de l’aluminium. C’est ce qu’ont fait les trois chercheurs japonais au début des années 90.

En mettant au point les premières diodes bleues, au début des années 90, trois chercheurs japonais ont littéralement « illuminé le XXIe siècle », selon le comité qui leur a remis le prix Nobel de physique, hier. Cinq questions pour comprendre la portée de cette invention qu’on retrouve aujourd’hui sur nos écrans, nos voitures et nos téléphones.

QUI SONT-ILS ?

Isamu Akasaki, 85 ans, et Hiroshi Amano, 54 ans, sont deux universitaires de Nagoya, au Japon. Shuji Nakamura, 60 ans, était un ingénieur au service d’une entreprise, Nichia Chemicals. Il a quitté le Japon en 1999, est devenu citoyen américain et enseigne aujourd’hui à l’Université de Californie à Santa Barbara.

ONT-ILS INVENTÉ LA DIODE ?

Pas du tout. On connaît le principe de la « diode électroluminescente » (DEL) depuis le début du XXe siècle. En 1962, General Electric a commercialisé la première diode rouge. Pendant trois décennies, on est arrivé à produire des diodes de presque toutes les couleurs, sauf le bleu. Résultat : il manquait une couleur primaire pour obtenir une diode blanche.

QUEL ÉTAIT LE PROBLÈME ?

« La couleur bleue était très difficile à réaliser : on pensait même que c’était impossible, on a besoin de cristaux presque parfaits, sans défauts, sans impuretés », explique Oussama Moutanabbir, professeur adjoint au département de génie physique de l’École polytechnique de Montréal. Les trois chercheurs japonais se sont intéressés aux propriétés d’un cristal particulier, le nitrure de gallium. Les deux universitaires et l’ingénieur sont arrivés à produire un cristal de bonne qualité presque en même temps, vers 1992.

EN QUOI LA DIODE EST-ELLE SI RÉVOLUTIONNAIRE ?

Les ampoules incandescentes, dont le principe a été perfectionné par Thomas Edison, ont deux fâcheux inconvénients : leur courte durée de vie et le fait que 90 % de leur puissance est dissipée en chaleur. La DEL produit autant de lumière qu’une ampoule incandescente avec 13 fois moins d’énergie. Autrement dit, pour obtenir un éclairage satisfaisant de 1200 lumens dans une pièce, une DEL de 6 watts peut remplacer une ampoule de 75 watts. Quant à la durée de vie, elle est de 100 000 heures, contre 1000 heures pour les ampoules conventionnelles. Un quart de l’électricité produite dans le monde est consacré à l’éclairage.

QUE VIENNENT FAIRE LES DIODES DANS NOS ÉCRANS ?

« Chaque fois qu’on a un écran quelque part, on a des diodes bleues », affirme le professeur Moutanabbir. Parce qu’elles consomment peu d’électricité et produisent peu de chaleur, elles ont pu être intégrées à pratiquement tous les appareils – télévisions, ordinateurs, téléphones intelligents – du XXIe siècle. Elles sont la plupart du temps utilisées pour le rétroéclairage des écrans, ce qui donne des images plus nettes et plus colorées. « Si je veux résumer l’histoire de ces trois chercheurs-là, c’est que la persévérance paie », estime M. Moutanabbir.