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Des métaux de toutes les couleurs grâce à un femtolaser

En sculptant, littéralement, la surface d'un métal à l'aide d'impulsions laser très courtes, une équipe américaine prétend parvenir à donner à peu près n'importe quelle couleur à n'importe quel métal.

Le laser femtoseconde en action. © The Institute of Optics/U. of Rochester (NY) Le laser femtoseconde en action. © The Institute of Optics/U. of Rochester (NY)

Des métaux de toutes les couleurs grâce à un femtolaser - 3 Photos

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En 2006, Chunlei Guo et son équipe de l'Institut d'optique de l'université de Rochester (Etat de New-York) avaient déjà exhibé un étonnant métal noir. Il ne s'agissait pas d'un alliage particulier mais de n'importe quel métal rendu à peu près complètement noir, c'est-à-dire capable d'absorber la lumière dans toutes les longueurs d'onde du visible. La même équipe a perfectionné le principe et se dit capable de changer la couleur d'un métal pour lui donner une teinte quelconque.

Comment font-ils ? Le laboratoire de Chunlei Guo est spécialisé dans l'utilisation des femtolasers, émettant une impulsion d'une durée extrêmement brève, de l'ordre de plusieurs femtosecondes (1 femtoseconde vaut 10-15 seconde). On peut arriver ainsi à des puissances de l'ordre de la centaine de térawatts. Dans leur laboratoire, l'équipe de Chunlei Guo parvient à concentrer ce déluge photonique sur une surface très petite.

A gauche et à droite, ces deux disques dorés sont faits, respectivement, d'aluminium et de platine. Au centre, le disque bleu est une plaque... de titane. © University of Rochester (NY)
A gauche et à droite, ces deux disques dorés sont faits, respectivement, d'aluminium et de platine. Au centre, le disque bleu est une plaque... de titane. © University of Rochester (NY)

Comment tailler des choux-fleurs

L'énergie est telle que le métal se déforme. Tout le secret de ces scientifiques est d'avoir réussi à maîtriser ces déformations pour sculpter des reliefs à l'échelle du nanomètre et du micromètre. En 2006, le métal ainsi obtenu présentait une surface bien plus grande, à cause de cette rugosité qui formait des sillons, des crêtes et des formes variées, en choux-fleurs pour certaines. Cette augmentation de surface faisait de la méthode une voie intéressante pour fabriquer des catalyseurs, par exemple pour les piles à combustible, qui agissent par adsorption, c'est-à-dire en fixant momentanément les principes actifs sur leur surface.

Si le métal virait au noir, c'est parce que ces multiples formes, aux dimensions variées mais de l'ordre des longueurs d'onde de la lumière visible, les absorbaient à peu près toutes. Depuis 2006, l'équipe a fait des progrès et sait maintenant obtenir des motifs de différentes tailles. Chunlei Guo et son assistant Anatoliy Vorobyev se disent désormais capables de choisir la couleur d'un métal. Un acier vert pomme, de l'aluminium jaune citron ou de l'or violet devraient être réalisables... Les auteurs pensent que le procédé pourrait devenir industrialisable, pour teinter des objets sans peinture.

Une plaque métallique sur laquelle un femtolaser vient de dessiner une bande noire. © The Institute of Optics/U. of Rochester (NY)
Une plaque métallique sur laquelle un femtolaser vient de dessiner une bande noire. © The Institute of Optics/U. of Rochester (NY)

Il faudra tout de même résoudre quelques problèmes, comme la réduction du coût des femtolasers et, pour le procédé lui-même, diminuer le temps de traitement, actuellement d'une trentaine de secondes pour une surface de quelques centimètres carrés. Un peu long pour colorer une automobile... Par ailleurs, l'équipe ne dit pas comment ces délicates structures nanométriques ou micrométriques résistent à l'usure.


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