Le scintillement des lucioles inspire des chercheurs

Les clins d’œil que font les lucioles femelles à leurs congénères mâles pour les séduire ne suscitent pas seulement la curiosité des amants de la nature mais également de la communauté scientifique. En effet, des chercheurs belges, français et canadiens ont imité la structure de l’abdomen des lucioles dont les flashs rappellent ceux des appareils photos pour l’appliquer à une nouvelle couche de semi-conducteurs qui augmente de l’ordre de 55 % l’efficacité des diodes électroluminescentes (DEL).

Pour ce faire, l’équipe internationale de chercheuses et de chercheurs a produit un modèle bio-inspiré pour la structuration de la surface des DEL. Ainsi pour leur part, les chercheurs sherbrookois ont recouvert des DEL d’une couche modelée à l’image d’un toit ondulé pour améliorer d’une fois et demie leur luminosité. «Un tel procédé pourrait très bien à court terme être utilisé pour des applications industrielles sans avoir à créer de nouvelles diodes. Quelques étapes supplémentaires au procédé permettraient de couvrir et de modeler au laser des DEL existantes», annonce le professeur Vincent Aimez, directeur du développement de partenariats scientifiques du Centre de collaboration MiQro Innovation (C2MI).

Les spécialistes des semi-conducteurs regroupés au sein de l’Institut interdisciplinaire d’innovation technologique (3IT) ont fabriqué 100 % des composants. «Notre savoir-faire est unique en milieu universitaire canadien dans le domaine des DEL. Pour financer ce projet, nous avons bénéficié de l’apport de partenaires industriels régionaux et de NanoQuébec», mentionne Vincent Aimez, qui ajoute : «La partie conception et analyse est le fruit du travail des scientifiques belges de l’Université catholique de Louvain et de l’Université de Namur.»

Mais comment une luciole peut-elle libérer des photons? Les réactions d’oxydoréduction favorisent cette énergie. Cette faible quantité de lumière est extraite de l’insecte avec une très grande efficacité. «D’autres chercheurs ont étudié les structures photoniques provenant de la luminescence de la lanterne de ces insectes afin de les reproduire pour augmenter la luminosité des DEL mais à une échelle infiniment petite (nanométrique)», dit le professeur au Département de génie électrique et de génie informatique de l’UdeS. À cet égard, l’extraction efficace de la lumière générée vers l’extérieur des dispositifs constitue l’un des problèmes principaux de l’industrie des DEL.

À l’échelle du micromètre

De leur côté, les scientifiques ont identifié des caractéristiques photoniques à l’échelle du micromètre (plus grand que la longueur d’onde de la lumière visible), une première mondiale. «Nos collègues européens ont étudié la structure de la lanterne du genre Photuris, un organe lumineux, et ils ont découvert une configuration inattendue au niveau de l’exosquelette (cuticule ou couche protectrice) de l’insecte qui augmente la luminescence de l’abdomen», explique le spécialiste des semi-conducteurs sherbrookois.

Comme le précise la doctorante Annick Bay, de l’Université de Namur, cette découverte démontre l’importance d’observer la nature pour innover en recherche. Ainsi, les lucioles créent de la lumière par une réaction chimique qui se déroule dans des cellules spécialisées, appelées photosensibles, et ces étincelles de feu sont émises à travers une partie du corps de l’insecte, la cuticule. Puisque la lumière voyage plus lentement à travers cette couche externe que dans l’air, cette disparité fait en sorte qu’une portion de la lumière est réfléchie vers l’abdomen, ce qui atténue le signal lumineux. Toutefois la géométrie unique de la surface des cuticules minimise les réflexions internes, favorisant ainsi une meilleure propagation de la lumière pour attirer d’éventuels prétendants. À cet égard, la partie ciselée de la cuticule qui émet la plus grande quantité de signaux lumineux a servi de modèle aux chercheurs.

Enfin, qui aurait pu affirmer qu’un insecte pourrait un jour nous permettre de consommer moins d’énergie? Les premiers explorateurs avaient-ils une certaine intuition? Dans l’ouvrage Histoire naturelle écrit vers 1685, le jésuite Louis Nicolas s’émerveille de la valse des mouches à feu durant les nuits de canicule : «(…) que si ayant une bouteille de verre on y enferme 15 ou 20 de ces mouches à feu, elles servent de chandelle 8 jours durant.»