Depuis des dizaines de milliers d'années, les humains ont créé des couleurs grâce à une chimie simple. Au début, nous utilisions des colorants trouvés dans la nature tels que les baies et le charbon de bois. Plus tard, de nouveaux pigments ont été synthétisés en laboratoire.

A présent, vous pourriez penser que les scientifiques auraient trouvé toutes les couleurs possibles, mais en fait ils continuent d'être inventés pour relever de nouveaux défis :les chars ont besoin d'un meilleur camouflage, les miroirs doivent être plus lumineux, et les satellites ont besoin de nouvelles finitions absorbant la lumière pour pouvoir scruter plus loin dans l'espace.

Aujourd'hui, les chercheurs utilisent la physique pour inventer de nouvelles couleurs, inspiré peut-être par les nuances irisées créées par des structures en ailes de papillon qui diffusent la lumière.

Ces nouvelles couleurs structurelles sont le résultat d'une interaction entre la lumière et des caractéristiques à l'échelle nanométrique beaucoup plus fines que les cheveux humains.

Inventer les couleurs est maintenant une combinaison passionnante de chimie avec de nouveaux matériaux et structures.

L'histoire de Vantablack

Vantablack est un exemple célèbre de couleur créée par la structure.

Les scientifiques de Surrey NanoSystems au Royaume-Uni ont lancé "Vantablack" en 2014. Fabriqué à partir de minuscules tubes de carbone alignés verticalement, la structure et la disposition des tubes renforcent encore la nature noire naturelle du carbone, en le laissant piéger 99,96 % de la lumière.

Pour mettre cela en perspective, si vous pensez à une forêt d'arbres d'environ un mètre de diamètre, alors ces arbres s'écailleraient pour atteindre environ un kilomètre de haut. La lumière tombant sur cette très haute forêt de tubes rebondit et est presque parfaitement absorbée.

Plusieurs groupes de recherche, dont la NASA, se sont concentrés sur des efforts similaires pour atteindre le "noir le plus noir". Bien que plusieurs matériaux puissent être utilisés à cette fin, y compris les nanoparticules et les tiges d'or, il semble que les revêtements en nanotubes de carbone soient l'option la plus efficace.

Bien que n'absorbant pas autant la lumière, la nature a sa propre version de Vantablack. Les écailles dorsales de la vipère ouest-africaine du Gabon, certains des plus sombres trouvés à l'état sauvage, ont une structure spécifique "en forme de feuille". Il utilise sa couleur structurelle noire dans le cadre d'un camouflage élaboré adapté à son habitat forestier.

Pourquoi avons-nous besoin du "noir le plus noir" ?

La recherche d'un matériau noir absolu a été motivée par le besoin d'absorber complètement l'énergie lumineuse et de la convertir en chaleur.

La sensibilité des instruments optiques nécessitant une quantité minimale de lumière parasite ou indésirable, comme les télescopes, pourrait être grandement amélioré avec l'ajout de surfaces revêtues de Vantablack dans leur système optique, par exemple. Cela pourrait permettre l'observation d'étoiles plus faibles.

Dans les systèmes de capteurs infrarouges ou thermiques, son utilisation pourrait également améliorer le rapport signal sur bruit et entraîner une meilleure résolution de la détection de chaleur. Étant donné que des matériaux comme le Vantablack absorbent presque toute la lumière, d'autres applications possibles pourraient résider dans les systèmes de collecte thermique tels que les panneaux solaires.

Le revêtement est relativement fragile, cependant, et doit généralement être protégé ou enfermé dans un instrument.

Perception et réflexion

Nous voyons les couleurs parce que la lumière se reflète sur notre environnement. C'est assez troublant de regarder une surface Vantablack, après tout, car le manque de réflexion de la lumière donne une sensation de vide difficile à traiter pour le cerveau.

Whist Vantablack absorbe la lumière, dans certaines applications, comme les miroirs, nous voulons qu'ils reflètent toute la lumière possible.

Les miroirs pour les applications solaires concentrées ont besoin de revêtements hautement réfléchissants pour refléter toute la lumière et concentrer l'énergie du soleil en un seul point pour créer de la chaleur. Cette chaleur peut ensuite être utilisée pour produire de l'électricité.

Nous développons également des effets visuels pour l'automobile en incorporant des microparticules dans des revêtements, créer une garniture en plastique satiné ou à faible brillance. Ces microparticules sont constituées de verre et diffusent la lumière entrante, rebondissant autour de la couche dans laquelle ils sont incrustés et donnant lieu à un effet satiné uniforme.

Traditionnellement, cela aurait été fait avec de la galvanoplastie, un processus où les métaux sont déposés sur une surface à partir de bains de sels métalliques liquides. Cette technique alternative évite les matériaux cancéreux utilisés dans la galvanoplastie pour offrir des performances similaires mais avec peu de problèmes environnementaux.

De nouvelles couleurs peuvent également être obtenues en superposant des matériaux d'indices de réfraction différents - une mesure de la capacité d'un matériau à plier la lumière. Lorsque vous empilez plusieurs couches avec différents indices de réfraction les unes sur les autres et contrôlez leur épaisseur, vous pouvez produire des interférences. C'est le même phénomène que lorsque vous voyez une nappe de pétrole sur l'eau.

Mais, comme d'habitude, la nature est arrivée la première. La couleur structurelle réfléchissante peut être trouvée sur les échelles de Sardina pilchardus , autrement connu comme l'humble sardine européenne.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.