La plupart des gens connaissent la nacre, un biominéral irisé aussi appelé nacre, des boutons, bijoux, incrustations d'instruments et autres ornements décoratifs. Scientifiques, trop, admirent et s'émerveillent de la nacre depuis des décennies, non seulement pour sa beauté et ses propriétés optiques, mais aussi pour sa ténacité exceptionnelle.

"C'est l'un des biominéraux naturels les plus étudiés, " dit Pupe Gilbert, un professeur de physique de l'Université du Wisconsin-Madison qui a étudié la nacre pendant plus d'une décennie. "Cela peut ne pas ressembler à grand-chose - juste un brillant, matière décorative. Mais ça peut être 3, 000 fois plus résistante à la rupture que l'aragonite, le minéral dont il est fait. Cela a suscité l'intérêt des scientifiques des matériaux, car il est extrêmement attrayant de fabriquer des matériaux meilleurs que la somme de leurs parties. »

Maintenant, un nouveau, la technique optique non destructive débloquera encore plus de connaissances sur la nacre, et dans le processus pourrait conduire à une nouvelle compréhension de l'histoire du climat. Gilbert, Mikhail Kats, professeur de génie électrique à l'UW-Madison, leurs étudiants et collaborateurs ont décrit la technique, appelée tomographie par interférence hyperspectrale, aujourd'hui dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences.

Gilbert a appris comment se forme la nacre, ordres, résiste à la fracture, et comment sa structure en couches enregistre la température à laquelle il s'est formé. Cette structure en couches de nacre réfléchit la lumière et génère différentes couleurs en fonction de l'épaisseur de la couche. Cela a conduit à un intérêt à trouver un moyen d'évaluer l'épaisseur des couches de nacre qui n'implique pas de détruire la coquille de mollusque dans laquelle elle est déposée.

Pour vous aider à relever ce défi, Gilbert s'est tourné vers Kats et l'étudiant diplômé Jad Salman, experts dans l'étude des phénomènes optiques.

Pour le projet, Salman a préparé 22 coquilles d'ormeau rouges frais pour analyse optique. Mais prendre des spectres optiques de nacre est plus difficile qu'il n'y paraît.

"Si vous voulez sonder ce type de coque, qui a une topographie courbe, il est très difficile d'obtenir un bon spectre avec un spectromètre classique, " dit Salman.

C'est pourquoi l'équipe s'est tournée vers une technologie plus récente, photographie hyperspectrale, pour imager tout le spectre de la coque. Tôt, ils ont photographié les obus chez le partenaire industriel Middleton Spectral Vision avant d'acquérir leur propre caméra hyperspectrale.

"C'est un spectromètre imageur où chaque pixel de l'image donne un spectre complet, " dit Salman. " Lorsque nous utilisons la caméra dans notre configuration, nous pouvons facilement extraire des données spectrales fiables sur le grand, surface inégale d'un obus en un seul coup."

En plus de l'ormeau rouge, l'équipe a également imagé la nacre d'une autre espèce, coquillage paua de Nouvelle-Zélande, aussi appelé ormeau arc-en-ciel. Salman a ensuite utilisé un logiciel de modélisation sophistiqué qu'il a développé pour déterminer l'épaisseur des couches de nacre pixel par pixel à l'aide des données hyperspectrales.

L'équipe appelle la combinaison de techniques tomographie interférentielle hyperspectrale et prévoit qu'elle sera applicable à la mesure d'autres techniques transparentes, structures en couches trouvées dans les plantes, animaux, échantillons géologiques ou matériaux synthétiques.

Pour Gilbert, la nouvelle technique a révélé une surprise au sujet de l'ormeau rouge; elle a montré pour la première fois que l'épaisseur des couches de nacre s'amincit à mesure que le mollusque vieillit. Parce que cette épaisseur enregistre la température de l'eau de mer dans laquelle elle se forme, l'équipe pense qu'il pourrait être possible d'utiliser la technique pour analyser les coquilles de mollusques fossiles pour en savoir plus sur les climats passés.

"Ce projet est composé de plusieurs parties différentes, chacun de ces quelque peu bien compris, " dit Kats. " La puissance de cette recherche est que nous avons apporté toute cette expertise expérimentale et théorique, et ont été capables de modéliser non seulement d'ingénierie, structures en couches bien élevées, mais en désordre, structures biologiques désordonnées. Et nous avons pu en tirer des informations utiles d'une manière qu'un biologiste ou un paléoclimatologue peut utiliser."