L’année 2015 – proclamée «Année de la lumière et des techniques utilisant la lumière» par l’assemblée générale de l’ONU – a pour but de rappeler l’importance vitale de la lumière pour les hommes, les animaux et les plantes et la position centrale que celle-ci occupe ainsi aussi dans les sciences et les techniques. C’est dans cet esprit que l’Empa présente au 10e Swiss Innovation Forum trois projets qui reposent sur l’utilisation de technologies basées sur la lumière.

De nouvelles substances luminescentes qui jettent de la lumière dans l’obscurité

Que ce soit sur les cadrans de montre ou sur les panneaux de sortie de secours, les matériaux luminescents nous sont familiers. Il a environ cent ans, on a commencé à utiliser le radium mélangé à des pigments phosphorescents pour faire luire les cadrans de montre dans l’obscurité. Plus tard, le radium a été remplacé par le tritium dont le rayonnement radioactif est plus faible. Depuis 1998, ces éléments radioactifs sont remplacés par des pigments phosphorescents non radioactifs qui sont depuis sans cesse perfectionnés pour améliorer la durée, la clarté et surtout la bancheur de la lumière qu’ils émettent. Dans un projet soutenu par la Commission pour la technologie et l’innovation (CTI), et en collaboration avec l’Université de Genève et des partenaires industriels, l’Empa a maintenant développé une nouvelle génération de pigments phosphorescents qui présentent de meilleures caractéristiques de durée et de couleur de la lumière émise. Cette innovation qui fait l’objet d’un brevet sera présentée lors du SIF.

De la lumière au lieu d’une seringue – mesure du glucose sanguin sans aucune prise de sang

L’Empa et l’Hôpital universitaire de Zurich ont développé en commun un capteur qui mesure le taux de glucose sanguin par contact avec la peau sans nécessiter de prise de sang, pas même pour le calibrage du capteur. Ce capteur, dénommé «Glucolight», sera tout d’abord utilisé sur les nouveau-nés prématurés pour déceler à temps chez eux une hypoglycémie qui peut provoquer des dommages au cerveau. Ce capteur comporte une membrane «intelligente» qui peut être activée par la lumière ultraviolette et devient ainsi perméable. Les molécules de glucose peuvent alors diffuser relativement facilement à travers la membrane depuis la peau vers le capteur où elles sont alors mesurées.

Puces optiques

Normalement les micro-puces et les capteurs fonctionnent avec des micro-courants. Leurs fonctions sont assumées par de minuscules transistors à effet de champ qui – suivant la fonction désirée – commutent, filtrent, dirigent dans le sens désiré ou stockent ces micro-courants. Les composants les plus récents de la technologie des capteurs et des télécommunications utilisent souvent la lumière au lieu d’électricité. Par exemple, dans un pixel de caméra d’un type nouveau qui analyse de manière flexible les composantes de couleur de la lumière (voir illustration). Un guide d’onde optique est incorporé dans un substrat optique à l’extrémité duquel se trouve un miroir dont la distance au substrat peut être modulée. Des nano-barreaux d’or de dimensions très précises sont déposés sur le substrat. Suivant comment ces nono-barreaux sont touchés par le rayon lumineux, la lumière est plus ou moins dispersée et cette lumière dispersée émerge à la surface du substrat. Si l’on fait varier la distance du miroir à l’extrémité du dispositif, il se produit alors sur les barreaux d’or des superpositions entre la lumière traversant le dispositif et celle qui est dispersée, ce qu’on appelle des interférences. Ces interférences produisent sur les barreaux d’or des motifs caractéristiques des couleurs que renferme le rayons lumineux à partir desquels ont peut calculer, avec la distance à laquelle se trouve le miroir, les composantes de couleur. Un consortium d’instituts de recherche, dont l’Empa, élabore des solutions novatrices d’avenir dans ce domaine et d’autres domaines apparentés.

L’Empa au Swiss Innovation Forum - Des innovations lumineuses