Une équipe internationale de scientifiques a développé un procédé permettant d’extraire une palette de couleurs plus riche du spectre disponible, en exploitant des motifs désordonnés inspirés de la nature qui seraient typiquement considérés comme noirs.

Une représentation extrêmement précise des différentes couleurs

Les couleurs que nous voyons dans la nature proviennent souvent de motifs à l’échelle nanométrique qui renvoient la lumière de manière particulière. L’aile d’un papillon, par exemple, peut sembler bleue car les minuscules rainures à la surface de l’aile ne réfléchissent que la lumière bleue. Cependant, lorsque les surfaces apparaissent noires ou blanches, c’est souvent parce que les structures à l’échelle nanométrique sont complètement désordonnées, ce qui fait que toute la lumière est soit absorbée soit réfléchie.

Récemment, une équipe internationale composée de chercheurs des universités de Birmingham (Royaume-Uni), Munich (Allemagne) et Nanjin (Chine) a identifié un moyen de contrôler la façon dont la lumière traverse ces surfaces désordonnées afin de produire une représentation extrêmement précise des différentes couleurs. Leurs travaux ont été présentés dans la revue Nature Communications.

Comme le montre le schéma ci-dessus (a), les couleurs de l’image (d) sont représentées par différentes épaisseurs d’un matériau transparent, comme le verre, placé sur une plaque lithographique. Au-dessus, on retrouve une couche désordonnée, ici composée de grappes aléatoires de nanoparticules d’or, sous laquelle l’équipe a placé un miroir afin de former une cavité transparente, capable de piéger des photons (particules de lumière).

Se comportant comme des ondes à l’intérieur de la cavité, les photons résonnent à différentes fréquences sous la surface lithographique et libèrent différentes couleurs selon la longueur de chaque onde. En utilisant cette technique, l’équipe a pu reproduire cette aquarelle (d) avec une précision chromatique impressionnante (e). – © Nature Communications Creative Commons

« Les différentes façons dont la nature peut produire des couleurs sont réellement fascinantes »

Les chercheurs ont comparé leur méthode à des techniques exploitées par les artistes depuis des centaines d’années. Citant notamment la coupe romaine de Lycurgue, qui date du quatrième siècle : composée de verre et de nanoparticules métalliques d’or et d’argent, elle apparaît verte et opaque lorsqu’elle est éclairée de face, mais rouge lorsque la source de lumière est placée derrière ou à l’intérieur de l’objet (voir vidéo ci-dessous).

Selon le professeur Shuang Zhang, qui a supervisé les recherches : « Les différentes façons dont la nature peut produire des couleurs sont réellement fascinantes. En parvenant à les exploiter efficacement, nous pourrions créer des couleurs encore plus riches et plus vives. »

« En physique, nous sommes habitués à penser que le caractère aléatoire de la nanofabrication est limitant, mais ici nous montrons que ce dernier peut se révéler plus efficace qu’une structure ordonnée pour certaines applications spécifiques », estime le Dr Changxu Liu, co-auteur de l’étude. « L’intensité lumineuse des structures aléatoires que nous avons produites se révèle par ailleurs vraiment forte, ce qui rendrait son utilisation envisageable dans d’autres domaines de la physique, comme les nouveaux types de technologies de détection. »

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