Des papillons à l’origine d’une nouvelle peinture ultralégère

L’ensemble des couleurs du commerce sont basées sur les pigments. Ces derniers ont en effet l’avantage d’être réplicables en grands volumes. Toutefois, ils comptent aussi de nombreux défauts : instabilité dans l’atmosphère, perte des couleurs, toxicité environnementale sévère. Une solution pourrait venir de la coloration structurelle artificielle, permise par un phénomène optique produit par les structures micro ou nanométriques. Malheureusement, cette piste a rapidement été abandonnée pour la production de masse du fait des techniques complexes de nanofabrication et des coûts importants. C’était sans compter le professeur Debashis Chanda, de la University of Central Florida, et grand amateur de papillons. Il n’a pas hésité à s’inspirer de leurs colorations flamboyantes pour mettre au point un nouveau type de peinture ultraléger…

Des couleurs vives pour une masse minimale

Dans la nature, les organismes vivants présentent une coloration soit chimique, soit structurelle. Le premier cas explique par exemple la fleur rose de la plante Formasa azaleas, dont les molécules de cyanidine (un pigment présent dans la vacuole de la plante) sont absorbées. À l’inverse, le bleu métallique du papillon Morpho didius provient de la diffusion de la lumière sur ses ailes (pourvues de nanostructures lamellées). En général, les animaux recourent à un mélange de ses deux possibilités pour leur coloration. Debashis Chanda, lui, a voulu reprendre à son compte la couleur vive du papillon péruvien. Pour ce faire, il a dû se pencher vers le domaine de la plasmonique, qui étudie l’interaction entre un rayonnement électromagnétique (la lumière ici) et les électrons libres à l’interface entre un métal et un matériau diélectrique (l’air dans ce cas).

Comme présenté dans Science Advances le 8 mars 2023, le chercheur a cherché à obtenir une cavité plasmonique auto-assemblée. Il s’est donc muni d’un évaporateur à faisceau d’électrons qu’il a braqué sur un miroir à revêtement en oxyde d’aluminium transparent. En fait de cavité, Debashis Chanda a récupéré en sortie des nanoîles d’aluminium apportant une réponse optique personnalisée en fonction des paramètres géométriques sélectionnés durant l’assemblage. Le résultat final est une peinture prête à l’emploi, et ce sur n’importe quelle surface ! Sa densité de surface d’à peine 0,4 g/m² fait d’ailleurs d’elle la peinture la plus légère au monde. À titre de comparaison, un Boeing 747 nécessite actuellement environ 500 kg de peinture. Avec la découverte du professeur à la University of Central Florida, il suffirait désormais de 1,3 kg maximum… Soit près de 400 fois moins ! Une affaire à suivre donc, d’autant plus que l’évaporateur à faisceau d’électrons est un appareil déjà largement répandu dans les industries électronique, optique et aérospatiale…