Des chercheurs décrivent des méthodes simples et fiables d’utilisation d’un laser émettant des impulsions de l’ordre de la nanoseconde afin de créer une large palette de couleurs sur le métal. © SD-Pictures, Pixabay, CC0 Creative Commons

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Quand un laser change les métaux en toutes les couleurs

ActualitéClassé sous :physique , technologie , Chunlei Guo

Des méthodes de coloration laser des métaux accessibles aussi bien aux artistes qu'à la production en série : c'est ce que proposent aujourd'hui des chercheurs russes. Un nouveau moyen d'expression efficace et précis, qui se passe de produits chimiques potentiellement toxiques.

Des images en couleur marquées au laser sur des métaux, ce n'est pas une nouveauté. Mais des chercheurs de l'université ITMO (Russie) expliquent aujourd'hui comment, grâce à un seul et unique laser émettant des impulsions nanosecondes, ils ont pu mettre en œuvre trois techniques de colorisation différentes.

« Après le traitement au laser, diverses micro et nanostructures se forment. Ceci crée des effets optiques qui modifient la couleur de la surface traitée », explique Nadezhda Shchedrina. Une technique qui peut être mise en œuvre en un temps limité, pour créer aussi bien de petites que de grandes images.

Les chercheurs russes affirment être en mesure d’élargir la palette des couleurs accessibles à leurs techniques. Ils travaillent aussi à augmenter le nombre de métaux sur lesquelles elles peuvent être appliquées. Ici, des bijoux en argent colorés par la technique des nanoparticules. © Optical Society of America

Un laser et trois techniques pour une palette de couleurs

La couleur du métal peut d'abord être modifiée par oxydation. Le laser produit un mince film d'oxyde sur la surface métallique. Lorsque la lumière frappe ce film, une couleur apparaît du fait de l'interférence. Autre méthode : la formation de nanoparticules de tailles comprises entre 5 et 50 nanomètres. Dans ce cas, c'est le phénomène de résonance des plasmons de surface qui donne ensuite naissance à des couleurs, en fonction de la taille des particules. Enfin, la technique de structuration laser consiste à faire fondre une partie de la surface métallique pour créer un réseau périodique de rainures ou de fentes. La lumière diffusée produit alors des couleurs qui dépendent de l'angle d'observation.

Ces méthodes peuvent trouver des applications dans le domaine de l'art, mais aussi dans celui de la production en série de bijoux, par exemple. Elles pourraient aussi servir à créer de systèmes aidant à lutter contre la contrefaçon.

Pour en savoir plus

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.

Article de Jean-Luc Goudet paru le 05/02/2008

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)

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)

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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