L’effet photoélectrique, de Becquerel à Einstein
Le premier dispositif permettant de montrer un effet de la lumière sur le comportement électrique de matériaux à été conçu Par Antoine Becquerel, et montré en 1839. Deux électrodes sont plongées dans un soluté, et lorsque l’on éclaire, il y a émission d’électrons. Mais à ce moment, rien ne permet d’expliquer scientifiquement ce phénomène.
Il faudra attendre les travaux de Heinrich Rudolf Hertz sur les ondes électromagnétiques, pour commencer à formaliser et à expliquer l’effet photoélectrique : une plaque de métal exposée à une lumière va libérer des électrons, à un rythme qui dépendra de la nature du métal, et de l’intensité de la lumière reçue. Nous sommes en 1886. Dans des conditions strictement identiques, de température, de milieu, la quantité d’électrons émise sera proportionnelle à la puissance lumineuse. Wilhelm Hallwachs, élève de Hertz va continuer à définir précisément cet effet, mais à ce moment, la lumière est encore comprise comme une manifestation purement ondulatoire.
Albert Einstein va s’appuyer sur ces travaux, et ceux de Planck, pour émettre l’hypothèse d’une nature particulaire de la lumière. Cette hypothèse permet d’expliquer la manière dont un photon (on ne les appellera ainsi qu’à partir de 1920) d’énergie adéquate va pouvoir déloger un électron dans le métal.
Les applications de l’effet photoélectrique
Considérant le temps qu’il a fallu pour expliquer ce phénomène, les applications pratique de l’effet photoélectrique vont se développer très rapidement. D’abord, il permet de mesurer ou de détecter la lumière. Dès 1914 est inventée une cellule, ou posemètre pour la photographie. Puis dans les annés 50, on commence à réfléchir à des dispositifs permettant la production d’électricité : ce seront les cellules photovoltaïques. Elles seront d’abord utilisées pour alimenter des installations placées dans des régions peu accessibles, pompes à eau en Afrique, bornes de repérage en mer, et bien sûr par l’industrie spatiale pour assurer le fonctionnement des satellites. Très progressivement, les cellules, puis les panneaux photovoltaïques vont trouver leurs place dans le mix énergétique de différents pays. La première installation raccordée à un réseau national sera créée au Japon dans les années 90.
Aujourd’hui, outre l’explosion du nombre d’installations de productions photovoltaïques, l’effet photoélectrique est utilisé partout, des systèmes sécurisés de fermeture des portes au réglage de l’éclairage publique dans les villes.revenir à Fonctionnement du photovoltaïque