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La coquille d'un mollusque pourrait inspirer la fabrication d’écrans transparents

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En découvrant les secrets optiques de l'ornementation d'un gastéropode, l'helcion pellucide (Patella pellucida), des scientifiques ont ouvert la voie à une approche inédite et prometteuse pour la conception d'écrans d'affichage transparents. Une nouvelle preuve des possibilités offertes par le biomimétisme.

L’helcion pellucide se protège des prédateurs en arborant ces fines rayures bleu métallisé. En analysant la structure de ce coquillage, des chercheurs du MIT et de l’université d’Harvard ont découvert un système de filtre de la lumière très élaboré qui pourrait inspirer l’ingénierie. © Andy Cowley, Wikimedia Commons, CC by-sa 1.0

L'helcion pellucide (Patella pellucida) est une variété de patelle, de la famille des gastéropodes prosobranches, que l'on trouve en mer du Nord, dans la Manche et l'océan Atlantique nord-est. Sa carapace translucide est recouverte de fines lignes discontinues et parallèles d'un bleu métallique. Le mollusque utilise cette apparence pour leurrer les prédateurs qui le confondent avec un escargot toxique, lui-même paré de ce genre de lignes bleutées. De prime abord, pas grand-chose à voir avec les nouvelles technologies...

Sauf que le mécanisme optique ici à l'œuvre recèle un potentiel prometteur pour les sciences de manipulation de la lumière et en particulier la fabrication d'écrans transparents. C'est en tout cas ce que pensent des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'université Harvard, aux États-Unis, qui viennent de communiquer leurs observations dans un article publié par Nature Communications. Cette équipe a identifié les deux structures optiques à l'origine de cette particularité.

Le microscope optique permet de découvrir le détail de la structure de la coquille de l’helcion dans les zones parcourues de lignes bleues. Dans la partie « b », on observe la structure en deux couches avec d’abord un agencement de strates en zigzags réguliers qui recouvre une seconde structure faite de particules sphériques dispersées de façon aléatoire (colloidal particles, en anglais). La première va filtrer uniquement la lumière bleue et verte tandis que la seconde va absorber le reste de la lumière qui frappe la surface de la carapace. Les vignettes « c » et « d » montrent des vues agrandies de ces structures. © MIT, Harvard University

Sous la surface, une structure photonique complexe

Les chercheurs ont scanné la coquille et remarqué qu'il n'y avait aucune différence de structure entre les zones marquées de lignes et les autres. Ils en ont conclu que le phénomène devait se produire non pas à la surface mais dans la profondeur de la coquille. En combinant une analyse en 2D puis en 3D, ils sont parvenus à visualiser l'architecture photonique. Dans les zones où se trouvent les lignes bleues, les surfaces supérieures et inférieures de la coquille sont uniformes, composées d'un empilement de plaquettes de carbonate de calcium et de couches organiques.

Mais, à 30 microns sous la surface, la structure diffère totalement et présente deux agencements : une structure faite de multiples couches de carbonate de calcium disposées en zigzag selon un espacement régulier et, sous celle-ci, une seconde structure faite de particules sphériques dispersées de façon aléatoire. À l'aide de différents outils de microscopie optique et de spectroscopie, les chercheurs ont pu conclure que la structure en zigzag agit comme un filtre qui réfléchit uniquement la lumière bleue et verte tandis que le reste de la lumière qui traverse la coquille est absorbé par les particules colloïdales. C'est ce processus qui donne un effet de surbrillance aux lignes bleues.

Cette découverte illustre une fois de plus l'énorme potentiel du biomimétisme. En effet, ces propriétés multifonctions si particulières sont potentiellement très intéressantes pour l'ingénierie des matériaux. Ainsi, la structure photonique de l'helcion pourrait servir à concevoir des fenêtres ou des écrans transparents qui afficheraient des contenus comme du texte sur certaines zones. « Les ingénieurs ne cherchent plus seulement à optimiser une seule propriété d'un matériau ou d'un appareil, comme un écran plus lumineux ou une densité de pixels plus élevée, mais plutôt à satisfaire simultanément plusieurs critères de performance et de design », écrivent les chercheurs à l'origine de cette étude. « Nous pouvons nous inspirer de la nature pour cela », concluent-ils.

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