Des semi-conducteurs au papier électronique

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le figaro a écrit
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Des semi-conducteurs au papier électronique


Découvertes à la fin des années 1980, les propriétés conductrices de certains plastiques ont déjà de nombreuses applications comme les écrans plats. De nombreuses innovations sont encore attendues.

Les semi-conducteurs organiques sont des matériaux plastiques capables de conduire l'électricité. Il y a peu, les matières plastiques, appelées aussi polymères organiques (assemblage de longues chaînes de molécules carbonées), étaient considérées comme isolant.

Les propriétés conductrices de certains plastiques ont été découvertes par hasard vers la fin des années 1970 par le Japonais Hideki Shirakawa. Alors qu'il travaillait sur la synthèse d'un polymère organique, le polyacétylène, il a ajouté par erreur une grande quantité d'un composé habituellement utilisé à très faible dose. À la surprise du chercheur, le plastique a alors pris un aspect métallique argenté. L'histoire aurait pu en rester là, s'il n'avait pas fait la connaissance fortuite du chercheur américain Alan MacDiarmid, lors d'un congrès scientifique. Au détour d'une conver sation, le chercheur japonais lui a fait part de sa surprenante découverte et son collègue, très intéressé, l'a immédiatement invité à l'université de Pennsylvanie pour montrer ce polymère à un collègue physicien, Alan J. Heeger. Ce dernier a alors eu l'idée de mesurer la conductivité du matériau et s'est aperçu qu'elle était dix millions de fois plus élevée que normalement ! Leur découverte, récompensée en 2000 par le prix Nobel de chimie, a ouvert la voie à l'électronique plastique.

Les industriels ont réellement pris conscience des possibilités offertes par les semi-conducteurs organiques à la fin des années 1980, avec la mise en évidence de leur capacité à émettre de la lumière. Des diodes organiques lumineuses de couleurs différentes (OLED) ont ainsi été mises au point. Des industriels ont alors cherché à créer des écrans électroniques en plastique souple à partir de ces diodes. Certaines de ces technologies d'affichage utilisant les OLED sont déjà commercialisées et le marché est en plein essor avec une progression de 65% du chiffre d'affaires en 2005 et 45% de plus prévus pour l'année 2006. Par exemple, certains lecteurs MP3 sont déjà équipés de cette technologie et des écrans de télévision, mais aussi des affichages publicitaires, devraient rapidement suivre.

Des applications dans le domaine de l'énergie solaire

L'entreprise néerlandaise Philips est en train de développer des feuilles en plastique servant d'éclairage d'intérieur et dont la durée de vie pourrait atteindre 10 000 heures ! Partout dans le monde, des équipes de chercheurs travaillent également à la confection de batteries solaires en plastique souple.

Les semi-conducteurs organiques ont également trouvé une autre application dans le domaine de l'énergie solaire. Après la découverte des diodes, M. Heeger et son équipe sont parvenus à créer une cellule photovoltaïque en plastique. «Le fonctionnement de la cellule est exactement l'inverse de celui d'une diode électroluminescente», explique André-Jean Attias, professeur de chimie à l'université Pierre-et-Marie-Curie (Paris). La cellule photovoltaïque utilise l'énergie lumineuse pour produire un courant électrique. Néanmoins, l'énergie solaire plastique est encore en phase de développement et le rendement reste quatre fois inférieur aux cellules solaires classiques utilisant le silicium.

De même, des transistors organiques sont en cours de développement. Le premier transistor organique a d'ailleurs été conçu par un Français, Francis Garnier, professeur au CNRS. Le transistor est le composant de base des microprocesseurs informatiques. Peut-on imaginer à terme des ordinateurs entièrement en plastique ? Selon M. Attias, «ce n'est pas pour demain». Les transistors organiques restent 10 000 fois moins puissants que leurs homologues en silicium. Ces transistors peuvent en revanche trouver des applications dans des systèmes électroniques simples. Ainsi, l'Union européenne finance un projet pour mettre au point des codes barres en plastique équipés d'un capteur vérifiant la continuité de la chaîne du froid.

L'énorme avantage des appareils électroniques en plastique réside dans leur coût de fabrication, notamment pour les affichages-plastique. En effet, les polymères qui composent les OLED sont solubles et peuvent être mis dans des cartouches d'impression. Après, il suffit simplement d'imprimer les OLED sur un support conducteur en plastique souple comme pour une impression papier normale, et le tour est joué ! On obtient alors des écrans d'ordinateurs pliables, ultra-légers, qui consomment peu et qui n'ont pas d'angle limite de vision contrairement aux écrans à cristaux liquides.

Une technologie dépendante du pétrole

Bert de Boer, chercheur à l'université néerlandaise de Groningen, souligne également que ce processus est moins gourmand en énergie que la fabrication de semi-conducteurs en silicium «qui s'effectue sous vide, et à des températures dépassant les 1 000 °C». Les écrans en plastique consomment également moins d'énergie que les écrans rigides qui existent sur le marché.

Plusieurs points d'ombre subsistent néanmoins sur cette technologie prometteuse. Ces matériaux, comme l'ensemble des plastiques, sont tous des produits dérivés du pétrole. Cet essor pourrait à terme être freiné par la raréfaction de l'énergie fossile. M. Attias reconnaît que «les gens qui travaillent dans ce domaine ne pensent pas encore à cet aspect». Il insiste néanmoins sur le fait que «cette filière est très jeune et n'a même pas vingt ans».

Pour Bert de Boer, le risque de ces technologies, «c'est qu'à terme les écrans d'affichage puissent devenir un produit de consommation courante avec un cycle de vie plus court du fait de leur faible prix». Il pense néanmoins que ça n'arrivera pas à court terme, car les écrans restent des produits de luxe, et seront de toute façon utilisés dans des ordinateurs portables ou des téléphones, dont le coeur sera toujours en silicium et donc cher.

Reste que la recherche sur les matériaux semi-conducteurs offre de formidables perspectives technologiques, notamment en matière d'énergie solaire. M. Attias espère maintenant que les semi-conducteurs organiques seront bientôt reconnus par la France comme une discipline à part entière pour «améliorer la communication entre chimistes, physiciens et électroniciens» et faciliter l'obtention de crédits.