Placé contre un morceau de papier de construction noir, les ailes du papillon cœur de bovin mâle semblent encore plus noires que noires.

"Certains animaux ont poussé le noir à l'extrême, " a déclaré Alex Davis, un étudiant diplômé du laboratoire du biologiste de l'Université Duke Sönke Johnsen.

Les papillons qu'ils étudient sont 10 à 100 fois plus foncés que le charbon de bois, asphalte frais, velours noir et autres objets noirs du quotidien. Aussi peu que 0,06 % de la lumière qui les frappe est réfléchie vers l'œil. Cela se rapproche des revêtements noirs les plus noirs fabriqués par les humains pour aider les panneaux solaires à absorber plus d'énergie du soleil, ou cette ligne se télescope pour réduire la lumière parasite.

Pourtant, ils parviennent à cet effet de piégeage de la lumière en utilisant des écailles d'ailes qui ne font que quelques microns de profondeur, juste une fraction de l'épaisseur des revêtements synthétiques les plus noirs.

Dans une étude publiée dans le numéro du 10 mars de la revue Communication Nature , Les chercheurs de Duke rapportent que les papillons ultra-noirs de régions disparates du globe semblent avoir convergé vers le même tour. Le secret pour rendre les noirs aussi sombres et légers, ils disent, n'est pas un surplus de mélanine, le pigment responsable des plumes d'un corbeau ou de la fourrure d'un chat noir. C'est une illusion d'optique créée par la structure 3-D des écailles des ailes des papillons.

La lumière entre dans leurs écailles, mais très peu rebondit.

Dans l'étude, Davis, Johnsen et Duke, le professeur Fred Nijhout, ont utilisé la microscopie électronique à balayage haute résolution et des simulations informatiques pour examiner les structures microscopiques sur les ailes de 10 espèces de papillons ultra-noirs et de quatre papillons noirs ou brun foncé d'Amérique centrale et du Sud et d'Asie.

Les ailes de papillon peuvent sembler lisses à l'œil nu. De près, c'est une autre histoire. Agrandie des milliers de fois, les ailes de papillon sont couvertes d'écailles avec une surface en forme de maille de crêtes et de trous qui canalisent la lumière dans l'intérieur spongieux de l'écaille. Là, des faisceaux de tissus en forme de pilier diffusent la lumière jusqu'à ce qu'elle soit absorbée.

Jusque récemment, l'explication des incroyables propriétés d'absorption de la lumière de certains papillons noirs était que cela était dû à un motif en nid d'abeille dans les minuscules trous sur la surface des écailles.

Mais la nouvelle étude suggère "cela n'a pas d'importance, " a déclaré Johnsen. En examinant les papillons de quatre sous-familles - la plus large gamme de papillons ultra-noirs qui ont été examinés à ce jour - l'équipe a découvert que d'autres papillons ultra-noirs absorbent des quantités similaires de lumière en utilisant des trous avec une variété de formes et de tailles , des nids d'abeilles et des rectangles à un motif en chevron.

Il s'avère que les principales différences entre les écailles noires ultra-noires et normales se situent ailleurs. Quand ils ont regardé les ailes des papillons au microscope électronique, ils ont découvert que les écailles ultra-noires et noires régulières ont des crêtes parallèles sur leur surface et des piliers à l'intérieur. Mais les crêtes et les piliers sont plus profonds et plus épais dans les écailles ultra-noires par rapport aux écailles noires "normales".

Lorsque l'équipe a imité différentes échelles d'ailes dans des simulations informatiques, les écailles dépourvues de la surface striée ou des piliers intérieurs réfléchissaient jusqu'à 16 fois plus de lumière. Ce serait comme passer de l'ultra noir au marron foncé, dit Davis.

Cette architecture 3D est si bonne pour avaler la lumière que les écailles ultra-noires semblaient toujours noires même lorsqu'elles étaient recouvertes d'or.

"Vous ne pouvez presque pas les rendre brillants, ", a déclaré Davis.

Des noirs profonds similaires sont apparus chez d'autres animaux, comme les araignées paon et les oiseaux de paradis, qui sont connus pour refléter aussi peu que 0,05 % de la lumière visible.

Aucune de ces beautés naturelles n'est aussi sombre que les noirs synthétiques les plus noirs jamais enregistrés, qui absorbent plus de 99,99 % de la lumière entrante à l'aide de « forêts » de nanotubes de carbone d'une hauteur d'environ 10 à 50 microns. Mais qu'est-ce qui rend les papillons intéressants, disent les chercheurs, rivalisent-ils avec la meilleure nanotechnologie de piégeage de la lumière, en utilisant des structures qui ne sont qu'une fraction de l'épaisseur.

Finalement, les résultats pourraient aider les ingénieurs à concevoir des revêtements ultra-noirs plus minces qui réduisent la lumière parasite sans alourdir les choses, pour des applications allant du camouflage militaire - pour les avions furtifs qui ne peuvent pas être vus la nuit ou détectés par radar - aux télescopes spatiaux de doublure visant à faible, étoiles lointaines.

Pourquoi la coloration ultra-noire est-elle apparue encore et encore dans l'arbre généalogique des papillons n'est toujours pas claire, dit Johnsen.

The blackness on the wings of many male butterflies is darker than it is on their female counterparts, so one theory is it helps them show off to potential mates. The black regions always border white, colored, or iridescent patches, so the idea is they might work like a dark picture frame to make the brighter blotches pop.

"Artists have known for a long time that the same color can look very different on different backgrounds, " Johnsen said.

L'étape suivante, Davis said, is to figure out how many times butterflies have evolved ultra-black wings, and determine whether those species have anything in common that might help explain what favored the change.

"Why be so black?" Davis said. "We think it's likely some sort of signal to mates or maybe a predator. But there's a host of other possibilities, and we're hoping to clear that up."