De plumes d’oiseaux à peaux de fruits, le monde naturel a deux manières principales d’afficher la couleur: à travers substances pigmentaires qui fournissent une absorption sélective de la couleur, ou par couleur structurelle – l’utilisation de structures microscopiques pour contrôler la réflexion de la lumière.
Aujourd’hui, les scientifiques ont mis au point un modèle informatique qui explique pourquoi les couleurs structurelles mates les plus brillantes de la nature sont presque toujours le bleu et le vert: parce que ce sont les limites de la couleur structurelle dans le spectre visible de la lumière.
En plus de nous donner une meilleure compréhension de la façon dont les bleus et les verts les plus brillants sont créés dans le monde naturel, la recherche pourrait également être importante pour développer des peintures et des revêtements dynamiques et respectueux de l’environnement qui ne se décoloreront pas avec le temps ni ne libéreront de produits chimiques toxiques.
“En plus de leur intensité et de leur résistance à la décoloration, une peinture mate qui utilise une couleur structurelle serait également beaucoup plus écologique, car des colorants et pigments toxiques ne seraient pas nécessaires”, dit le physicien Gianni Jacucci de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni.
“Cependant, nous devons d’abord comprendre quelles sont les limites de la recréation de ces types de couleurs avant que toute application commerciale ne soit possible.”
Avec la couleur structurelle, le cadre nanométrique sur la surface est ce qui dicte la couleur réelle elle-même.
Parfois – comme sur les plumes de paon, par exemple – cette couleur peut être irisée et passer d’une teinte de couleur à un autre sous différents angles et sous différentes lumières. Ceux-ci sont produits par des structures cristallines ordonnées.
Les plumes de paon sont un exemple classique de couleur structurelle. (Tj Holowaychuk / Unsplash)
Avec d’autres structures, vous obtenez une couleur mate qui ne change pas en raison de structures désordonnées; dans la nature, cela n’a été observé que dans la production de teintes bleues et vertes. Le but de la nouvelle étude était de voir s’il s’agissait d’une limitation inhérente auxdites structures.
Le nouveau modèle informatique, basé sur des matériaux artificiels appelés verres photoniques, montre que le rouge est en effet hors du champ d’application des techniques de diffusion derrière les couleurs structurelles mates: la région de grande longueur d’onde du spectre visible ne peut pas être facilement réfléchie en utilisant les techniques de ces structures de surface microscopiques.
“En raison de l’interaction complexe entre la diffusion unique et la diffusion multiple, et les contributions de la diffusion corrélée, nous avons constaté qu’en plus du rouge, le jaune et l’orange peuvent également difficilement être atteints”. dit la chimiste Silvia Vignolini, de l’Université de Cambridge.
Les cotingas à gorge prune affichent des bleus mats structurels vifs. (redabbott / iNaturalist / CC-BY-NC)
Ce doit être la raison pour laquelle les rouges mats brillants sont produits à l’aide de pigments naturels, plutôt que de couleur structurelle. L’équipe pense que l’évolution de la nature a conduit à différentes façons de produire des couleurs rouges, en raison des limites des structures sous-jacentes.
En savoir plus sur la création de ces couleurs structurelles mates nous rapprochera de la production de peintures exemptes de pigments et de colorants – une avancée significative dans les matériaux durables et respectueux de l’environnement pour de nombreuses applications.
C’est encore loin, et il semble qu’une approche différente sera nécessaire pour les rouges et les oranges – d’autres types de nanostructures pourraient faire le travail, après une recherche plus détaillée à leur sujet, mais pour l’instant les scientifiques des matériaux ont les mêmes problèmes que le monde naturel.
“Lorsque nous avons essayé de recréer artificiellement une couleur structurelle mate pour les rouges ou les oranges, nous nous retrouvons avec un résultat de mauvaise qualité, à la fois en termes de saturation et de pureté des couleurs”, dit le chimiste Lukas Schertel, de l’Université de Cambridge.
La recherche a été publiée dans PNAS.
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