Des plumes d’oiseaux aux peaux de fruits, le monde naturel a deux façons principales d’afficher la couleur : par des substances pigmentaires qui fournissent une absorption sélective de la couleur, ou par la couleur structurelle – l’utilisation de structures microscopiques pour contrôler la réflexion de la lumière.
A présent, les scientifiques ont conçu un modèle informatique qui explique pourquoi les couleurs structurelles mates les plus brillantes dans la nature sont presque toujours bleues et vertes : 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 vibrants et écologiques qui ne s’effacent pas avec le temps ou ne libèrent pas de produits chimiques toxiques.
« En plus de leur intensité et de leur résistance à la décoloration, une peinture mate qui utilise la couleur structurelle serait également beaucoup plus respectueuse de l’environnement, car les colorants et les pigments toxiques ne seraient pas nécessaires », explique le physicien Gianni Jacucci de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni.
« Cependant, nous devons d’abord comprendre quelles sont les limites pour recréer ces types de couleurs avant que toute application commerciale soit possible. »
Avec la couleur structurelle, c’est le cadre à l’échelle nanométrique sur la surface 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 à l’autre sous différents angles et sous différentes lumières. Elles sont produites par des structures cristallines ordonnées.
Avec d’autres structures, vous obtenez une couleur mate qui ne change pas provenant de structures désordonnées ; dans la nature, cela n’a été observé que pour produire des teintes bleues et vertes. L’idée maîtresse 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 effectivement hors de portée des techniques de diffusion à l’origine des couleurs structurelles mates : la région à grande longueur d’onde du spectre visible ne peut pas être facilement réfléchie par les techniques de ces structures de surface microscopiques.
« En raison de l’interaction complexe entre la diffusion unique et la diffusion multiple, et des contributions de la diffusion corrélée, nous avons constaté qu’en plus du rouge, le jaune et l’orange peuvent aussi difficilement être atteints », explique la chimiste Silvia Vignolini, de l’Université de Cambridge.
Ce doit être la raison pour laquelle les rouges mats vifs sont produits en utilisant des pigments dans la nature, plutôt que la couleur structurelle. L’équipe pense que l’évolution dans 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 façon dont ces couleurs structurelles mates sont créées nous rapprochera de la production de peintures exemptes de pigments et de colorants- une avancée significative dans les matériaux durables et écologiques pour de nombreuses applications.
C’est encore loin, et il semble qu’une approche différente va être nécessaire pour les rouges et les oranges – d’autres types de nanostructures pourraient être en mesure de faire le travail, après des recherches plus détaillées 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 de la couleur », explique le chimiste Lukas Schertel, de l’Université de Cambridge.
La recherche a été publiée dans PNAS.
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