Institut des
NanoSciences de Paris
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Photonique : l’étude des Morphos ou l’effet Papillon

Dans la course à la maîtrise de la lumière, les structures photoniques que l’on y trouve ont beaucoup à nous apprendre. C’est ce que nous montre Serge Berthier, chercheur à l’INSP, dans son ouvrage « Photonique des Morphos » . Ce livre correspond à une première étude quasi exhaustive, des structures fines de ce genre de papillons et des propriétés optiques et colorimétriques qu’ils génèrent. Un travail riche pour biologistes et physiciens qui opèrent dans le domaine de la recherche et de l’ingénierie, mais également pour les entomologistes et éthologistes.

La photonique a beaucoup à apprendre de la nature pour expliquer et reproduire certains phénomènes ou encore, les utiliser tels quels. On parle de photonique bio-inspirée.

Ce que la nature nous suggère, pratiquement en premier lieu, c’est que le principe de multifonctionnalité prime. En effet, elle est économe et ne développe pas de dispositifs monofonctionnels ; elle utilise étonnamment peu d’éléments de la classification périodique. Pour tenter de mettre au point des procédés industriels qui calquent les systèmes vivants, les ingénieurs doivent donc faire beaucoup avec peu de matériaux ! Mais les scientifiques sont présents en amont pour comprendre cette physique.

Pour y parvenir, ils cherchent dans des éléments de la nature, leurs caractéristiques structurales, plus que chimiques. C’est ce qu’a fait Serge Berthier, de l’équipe « Milieux désordonnés multi-échelle : bio photonique, couleur » de l’INSP, à travers son ouvrage « Photonique des Morphos ». Ce qu’il nous apprend, avec son étude sur la structure des écailles de ces papillons d’un genre particulier, c’est que celles-ci sont multi-échelles et que le désordre structural assure le lien entre les différentes fonctions et leur optimisation « en moyenne ».

C’est la structure, plus que les propriétés chimiques intrinsèques du matériau qui opère, c’est donc elle que les scientifiques ont explorée. Prenons un des nombreux exemples, avec deux images du livre, ici présentées.

Alors qu’elles génèrent la couleur, les écailles des Morphos doivent remplir d’autres fonctions comme l’auto-nettoyage, via leur forte hydrophobie, la régulation thermique… Elles sont assurées à des niveaux différents de la structure multi-échelle. C’est cette dernière qu’il faut expliquer systématiquement et modéliser. Multifonctionnalité, multi-échelle, désordre et optimisation en moyenne, telles sont les leçons de la nature.

Si les techniques traditionnelles d’imagerie (microscope optique, SEM, TEM …) sont bien adaptées à l’étude des structures les plus petites, l’échelle macroscopique est d’un abord plus délicat. Une technique de Moiré a été nécessaire à la détermination des déformations de l’aile entière.(photo 1)

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De même, pour la modélisation, différentes techniques sont applicables en fonction de la taille d'analyse. Les éléments fins se prêtent bien, en optique, à la modélisation des stries des écailles de quelques microns. {JPEG}

De même, pour la modélisation, différentes techniques sont applicables en fonction de la taille d’analyse. Les éléments fins se prêtent bien, en optique, à la modélisation des stries des écailles de quelques microns.

Pour en savoir plus

[1] Editions Springer. Paru en 2010. Env. 300 p. Env. 400 ill. Broché