Eco-conception de phosphores hybrides pour l’ éclairage – Eco-Phos

Les terres rares désignent une série d’éléments correspondant principalement au remplissage de la sous couche 4f et qui de ce fait possèdent des propriétés magnétiques et de luminescence exceptionnelles. Bien que ces métaux soit assez abondants dans l’écorce terrestre, leur utilisation pour des applications de masse comme l’éclairage induit de forte tension sur leur approvisionnements. C’est le cas pour l’Europium et le Terbium qui émettent respectivement dans le rouge et le vert et qui sont massivement utilisés pour la conception de phosphores pour les lampes fluoro-compactes (FCL) et les diodes électroluminescentes (LED). Si rien n’est fait, ces éléments finiront par se raréfier et par conséquence, leur nom de terres-rares sera justifié.
Il y a donc une nécessité croissante de changer de paradigme en proposant de nouvelles voies de synthèse de matériaux émetteurs pour la conception de FCL et LED en prenant en compte leur recyclage dès la conception. C’est l’objectif du projet Eco-phos : fabriquer de nouveaux matériaux émissifs pour l’éclairage en i) optimisant la brillance pour réduire les quantités de terres rares utilisées, ii) tout en tenant compte de la problématique de recyclage. Pour cela, nous proposons d’utiliser des complexes de lanthanide comme émetteurs plutôt que des matériaux oxydes afin d’optimiser l’absorption et donc la brillance à une longueur d’onde donnée (280 nm pour les FLC et 350 pour les LED). Nous avons montré qu’une simple adsorption de ces complexes dans des matériaux siliciques poreux permet d’exalter fortement leurs propriétés de luminescence et qu’un simple lavage permet de récupérer les émetteurs en fin d’utilisation. Le consortium d’EcoPhos regroupe des compétences en chimie de coordination et spectroscopie, en modélisation, en sciences des matériaux et caractérisation avancée de surfaces pour étudier et comprendre les interactions entre les complexes et le support à l’origine des phénomènes d’exaltation de luminescence. Plus généralement, Eco-phos propose d’étudier les phénomènes d’émission en milieu confiné, un domaine relativement vierge dans la littérature. Par ailleurs, la présence d’un partenaire industriel permettra la réalisation de véritables prototypes à base de nos émetteurs hybrides que ce soit pour les FCL ou les LED. Ces prototypes sont des preuves de concept de très haut TRL (7) et permettront de mesurer les efficacités d’éclairage en conditions réelles sur les bancs d’analyses du partenaire industriel et de comparer ces nouveaux matériaux à la réalité du marché. Cet objectif très ambitieux nécessitera d’optimiser la formulation de nos matériaux hybrides émetteurs afin de réaliser des revêtements homogènes et de bonne qualité optique. De telles problématiques sont cruciales pour des applications industrielles mais ne sont pourtant quasiment jamais abordées dans des laboratoires académiques. Enfin, le recyclage de ces matériaux après l’étape de formulation et de réalisation du prototype permettra de valider notre éco-conception a posteriori. En conclusion, Eco-Phos est un projet ambitieux qui aborde des problématiques scientifiques de première importance tout en se projetant dans la réalisation de prototypes d’éclairage de très haut TRL avec un soucis constant de conception écologique et de recyclage.