Des matériaux colorés sans colorants

Une couche mince d’un alliage, revêtue de quelques nanomètres d’alumine : cela suffit pour créer à volonté toute une palette de couleurs à la surface d’un matériau. Sans le moindre colorant, et pour longtemps, car la couleur résiste à l’abrasion. Le procédé est applicable sur de grandes surfaces, et pourrait donc intéresser l’automobile ou l’aéronautique, entre autres.

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Des matériaux colorés sans colorants

C’est une technique qui a un nom d’oiseau : Cotinga maynana. Ou qui devrait l’avoir, en toute justice, car c’est bien à cet oiseau d’Amérique du Sud d’un beau bleu saturé que des chercheurs sont redevables d’une nouvelle voie pour créer des couleurs - sans colorants. Les chimistes et métallurgistes d’Harvard et de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ) se sont inspirés de la coloration « structurale » des plumes du Cotinga maynana : ce bleu n’est pas dû à des pigments, mais à l’interaction de la lumière avec la kératine (la protéine qui compose les cheveux), qui sur les plumes forme un réseau de pores minuscules de moins de 200 nanomètres (nm) de diamètre.
Sur ce modèle les chercheurs ont inventé un système à deux couches, qui permet d’obtenir des couleurs résistantes sans colorants, et même de choisir la couleur visée. La première couche, de 300 nm d’épaisseur, est un alliage de platine, d’yttrium et d’aluminium, déposé sur le matériau substrat. Après un court séjour dans une solution de soude, l’aluminium se dissous et laisse une surface poreuse. Celle-ci est alors recouverte d’une couche d’alumine. C’est cette opération qui permet d’obtenir une palette de couleurs, la coloration variant avec l’épaisseur : du jaune avec 24 nm d’alumine, du bleu avec 48 nm, etc.

Des cellules solaires plus efficaces

Ce n’est pas la première fois que l’on obtient artificiellement des couleurs « structurales », à l’imitation de la nature, en créant des nanostructures à la surface des matériaux pour contrôler la longueur d’onde de la lumière réfléchie. Mais cette fois, affirment les chercheurs, on dispose d’une technique qui a les qualités requises pour des applications industrielles. D’abord parce que l’effet visuel est robuste : il n’a pas besoin d’une structure régulière et n’est pas affecté par des défauts locaux. Ensuite, les méthodes utilisées sont relativement peu coûteuses et applicables sur des surfaces de plusieurs mètres carrés. Par ailleurs, oubliant un peu le Cotinga maynana qui les a inspiré, les chercheurs estiment qu’ils ont désormais sous la main une méthode très efficace pour, plus généralement, contrôler la lumière qui est piégée ou réfléchie par une surface. Et ils regardent du côté des cellules photovoltaïques, avec l’idée d’augmenter leur efficacité au moyen de couches ultra minces.

Thierry Lucas

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