La structure des écailles des coléoptères Cyphochilus reflète la lumière de manière extrêmement efficace. Des chercheurs se sont inspirés de ces insectes pour créer un matériau noir en inversant la structure microscopique responsable de la blancheur de l'insecte. © Wild Center, Flickr, CC by-nc 2.0

Sciences

Le matériau le plus noir du monde inspiré d'un coléoptère... blanc

ActualitéClassé sous :physique , Université King Abdullah , matériaux ferromagnétiques

Il n'est probablement pas possible de concevoir un matériau parfaitement noir, qui absorberait 100 % de l'énergie venant à le frapper. Plusieurs équipes de recherche s'en sont pourtant approchées de très près. Des scientifiques de l'université King Abdullah, en Arabie Saoudite, viennent de proposer une nouvelle approche inspirée d'un coléoptère d'une blancheur exceptionnelle.

Dans la course à la conception de matériaux toujours plus noirs, Futura-Sciences annonçait un record du monde en 2008 puis, au printemps 2014, une entreprise britannique avait annoncé avoir produit le matériau le plus noir jamais rencontré sur Terre. Le Vantablack, tel qu'il a été baptisé, absorberait 99,965 % de la lumière incidente. Le tout grâce à une structure à base de nanotubes de carbone. Selon un article paru récemment dans les colonnes de Nature Nanotechnology, des scientifiques de l'université King Abdullah, en Arabie Saoudite, ont conçu un matériau de ce genre qui absorberait 26 % de lumière de plus que les nanotubes de carbone à l'état brut.

Rappelons que la couleur noire que nous percevons n'est, ni plus ni moins, que le résultat de l'absorption de la lumière par le matériau. Ainsi le charbon, par exemple, absorbe 99,5 % de la lumière visible et nous apparaît déjà très noir. Le Vantablack, quant à lui, réfléchit tellement peu de lumière qu'il devient impossible de distinguer les reliefs des objets. Plus que comme du noir, il est perçu comme une absence de matière et on imagine assez bien l'intérêt que peuvent y porter les militaires, entre autres.

Les matériaux noirs pourraient aussi profiter au secteur de la production d'énergie solaire. En absorbant la lumière mieux que quiconque, ils pourraient permettre de concevoir des capteurs solaires d'une efficacité redoutable.

Pour obtenir un matériau presque parfaitement noir, les chercheurs de l’université King Abdullah ont fait croître des nanotiges d’or sur des nanophères d’or. Ces structures sont visibles sur ces images en microscopie électronique en transmission. © Nature Nanotechnology

Des tiges de nanoparticules d'or

Les chercheurs de l'université King Abdullah ont cédé aux sirènes du biomimétisme. Ils se sont inspirés de la stratégie mise en œuvre par les coléoptères Cyphochilus, un insecte originaire d'Asie du Sud-Est et... plus blanc que blanc ! La cuticule de ces insectes, en effet, présentent des structures minuscules qui réfléchissent la lumière d'une manière plus efficace que toutes les technologies humaines. Nos chercheurs ont eu l'idée, tout simplement, d'inverser cette structure pour créer un matériau extrêmement noir.

Le matériau est composé de tiges de nanoparticules d’or qui reposent sur des sphères d'or toujours, d'un diamètre qui n'excède pas les 30 nanomètres (nm). De quoi créer une structure désordonnée et composée de motifs en forme de fosses comme autant de guides d'ondes métalliques. Selon les auteurs de l'article, ce matériau est aisé à obtenir et à mettre en œuvre, aussi bien à sec que dans des liquides. Il absorbe entre 98 et 99 % d'une lumière dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 et 1.400 nm et ce sous tous les angles et quelles que soient les polarisations.

Première application concrète obtenue à partir de ce nouveau matériau : une source de lumière monochromatique innovante. En pompant un amplificateur optique à colorant à l'aide d'impulsions nanosecondes de l'ordre de quelque 100 mW de puissance, les chercheurs ont pu exploiter la noirceur structurelle du matériau. Ils ont ainsi créé une source de lumière qui génère des émissions monochromatiques sans avoir besoin de recourir à la résonance. Un résultat obtenu grâce au fait que toute l'énergie électromagnétique absorbée par le matériau génère spontanément une impulsion d'une seule couleur.

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