LABORATOIRE PLASMA ET CONVERSION D’ENERGIE - UMR5213

Le projet Européen NumeLiTe™

Rue Carnot (Albi) éclairée par NumeLiTe™

Ce projet Européen (FP6 Energie) coordonné par le LAPLACE a fédéré pendant 3 ans 11 partenaires de 6 pays Européens et il était doté d’un budget de 6.6 M€. Les résultats obtenus ont mis en évidence une nouvelle approche dans le domaine de l’éclairage public. Cette nouvelle approche, saluée comme révolutionnaire par les médias et la presse aux niveaux national et international, a démontré pour la première fois la possibilité de créer un système d’éclairage économe en énergie qui assure un excellent confort visuel et des meilleures conditions de sécurité à ses utilisateurs. Ce résultat a pu être obtenu grâce à une approche holistique qui a abouti à la conception d’une nouvelle génération de lampes à décharge à iodures métalliques (aujourd’hui commercialisées) dont le spectre d’émission s’adapte, en fonction de la puissance absorbée par la lampe, à la réponse de l’œil humain en conditions photopiques ou mésopiques. Le démonstrateur de 120 points lumineux qui éclaire cinq rues dans la ville d’Albi a été aujourd’hui dupliqué dans plusieurs villes en France et dans le monde.

Les lampes XeCl* pour traitement dermatologique

Lampe excimère XeCl* en fonctionnement (mode filamentaire)

Suite à l’étude et optimisation des lampes à Barrière Diélectrique (DBD) et de son alimentation, nous avons développé le procédé de fabrication d’une lampe à excimères destinée aux applications de photo-médecine. L’utilisation des DBDs nous a permis de démontrer la possibilité d’utiliser des radiateurs moléculaires pour la production du rayonnement dans le domaine de l’UV-B et UV-C en fonction de l’application visée. Nous avons ainsi réalisé un bâti nous permettant de produire de petites séries de lampes DBD utilisant comme émetteur les excimers gaz rare - halogène. Ainsi, en collaboration avec Quantel-Derma nous avons créé et optimisé une lampe XeCl* émettant un rayonnement quasi-monochromatique centré autour de 308nm pour le traitement de maladies dermatologiques comme le psoriasis et le vitiligo. Aujourd’hui, nous produisons à Toulouse les lampes qui équipent en série le dispositif Quantel Derma-308™ qui est aujourd’hui commercialisé.

Etude des oscillations acoustiques

Profl de température calculé avec COMSOL® pour une lampe HID

L’étude des oscillations acoustiques dans les lampes sodium et iodures métalliques haute pression. Un premier volet de cette étude, mené en collaboration avec Philips Lighting BV, concerne la modélisation approfondie du phénomène grâce à un code éléments finis. Le deuxième volet concerne la mise en place d’une topologie d’alimentation permettant de détecter et d’éviter le phénomène avant son apparition. Ce travail est mené dans le cadre de l’action transversale OSDP et fait l’objet d’une thèse dotée d’une bourse "président UPS".

Interaction lampe à décharge - alimentation

Lampe basse pression Ne-Hg à couleur variable (rouge-bleu)

Notre groupe de recherche s’intéressé depuis plusieurs années aux interactions entre la lampe à décharge et son alimentation. Nous avons développé ainsi des modèles destines aux concepteurs de circuits. Nous avons pu montrer que le contrôle de la couleur de la décharge est possible en modulant son alimentation (voir clip ci contre). Nous avons ensuite étendu nos activités à l’étude des interactions entre l’alimentation électronique et la lampe à barrière diélectrique. Elle a été menée principalement dans le cadre de l’action transversale OSDP du laboratoire et elle a abouti à la conception d’une alimentation innovante qui pourrait faire l’objet d’un brevet.

Diodes électroluminescentes organiques (OLED)

OLED verte (TCTA:Ir(ppy)3) gradable réalisée au LAPLACE

La thématique OLED, étudiée au laboratoire depuis 1996, s’est d’abord focalisée sur l’aspect "composant". A partir de 2008, l’obtention d’un poste "rouge" CNRS a permis d’aborder le thème de leur intégration dans les systèmes. Cette évolution est justifiée par le fait que la technologie OLED est aujourd’hui considérée par la communauté scientifique comme relativement mature. Elle est en effet présente dans de nombreux objets commerciaux sous la forme d’afficheurs ; le premier téléviseur organique a été commercialisé en Asie en 2007. La réalisation de composants à émission de lumière blanche a quant à elle été étudiée dès les années 1990 ; l’intérêt récent de l’industrie de l’éclairage est lié à l’arrivée de dopants phosphorescents, qui confèrent aux OLED blanches des rendements semblables à celui des lampes à incandescence. L’utilisation combinée de petites molécules phosphorescentes et fluorescentes et de micro-cavités a permis de produire des OLED bleues nécessaires à la réalisation de biopuces. Une étude sur le vieillissement des OLED a été menée en collaboration avec UDC (USA) et le synchrotron de Trieste. En parallèle, quelques premiers essais de couplage avec des alimentations impulsionnelles ont donné des résultats encourageants.



Cellules photovoltaïques organiques (OPV)

Cellule photovoltaïque « auto-organisée »

Contrairement aux diodes électroluminescentes, les cellules photovoltaïques sont encore considérées aujourd’hui comme une technologie émergente. La faisabilité de ces composants a été démontrée dès les années 1970, cependant le développement n’est soutenu en France, et plus largement en Europe, que depuis quelques années. Notre principal sujet de recherche porte sur la mise en œuvre de cristaux liquides colonnaires à température ambiante et la caractérisation électrique et optique des couches minces et des composants (collaboration avec le CRPP Pessac et le LCC Toulouse).

Couche mince à orientation homéotrope

Par l’exploitation des propriétés d’auto-organisation des molécules discotiques, nous espérons obtenir une augmentation des mobilités de charges et d’excitons, et par conséquent une amélioration des performances des composants. Cependant, si l’obtention de couches à orientation homéotrope (colonnes perpendiculaires aux électrodes) est relativement aisée pour un matériau d’épaisseur supérieure au micromètre pris entre deux lames, le démouillage rend l’opération difficile pour des couches minces. Nous avons pu, par un traitement plasma du substrat ITO, obtenir des couches minces "ouvertes" (à l’air) à orientation homéotrope. Le travail actuel vise à caractériser précisément les couches minces orientées (en particulier, mesures de mobilité de charges et longueur de diffusion des excitons), à réaliser par une méthode la plus simple possible des structures orientées, et à caractériser les composants obtenus.

Spectre d’électro-absorption d’une OPV bicouche

Nous nous sommes par ailleurs intéressés à la mesure du champ électrique dans les OLED/OPV, thème très peu exploré par la communauté scientifique. Nous avons mis en place la technique de spectroscopie d’électro-absorption, basée sur un effet d’optique non-linéaire et permettant la caractérisation de composants en fonctionnement. Nos premières mesures ont mis en évidence, dans une structure multicouche, le champ électrique moyen dans les différentes couches et leur évolution avec la tension appliquée. Cependant, nous avons constaté que cette méthode doit être affinée car des effets dus aux charges internes ou à des phénomènes optiques (interférences dans les couches) sont susceptibles de fausser les hypothèses de base.