C'est la peinture la plus légère au monde

Max G. Lévy

Debashis Chanda a eu du mal à trouver un physicien capable de peindre. Les chercheurs de son laboratoire de nanosciences à l’Université de Floride centrale avaient déjà résolu les problèmes des machines haut de gamme nécessaires à la création d’un nouveau type révolutionnaire de peinture refroidissante. Ils avaient rempli des fioles de couleurs vives. Mais quand est venu le temps de le montrer, ils se sont heurtés à un mur. « Nous pouvions à peine dessiner un papillon à la main, ce qui est un peu un dessin d'enfant », explique Chanda.

Ils l’ont fait quand même. La forme et le design quadricolore semblent basiques, mais la simplicité est trompeuse. Si vous zoomez en profondeur, jusqu'à des dimensions invisibles, cette peinture n'a presque rien à voir avec la peinture que vous connaissez.

La couleur nous entoure dans la nature et nous la recréons avec des pigments. Vous pouvez considérer les pigments comme des minéraux pulvérisés, des métaux lourds ou des produits chimiques que nous transformons en huile et étalons sur une toile ou une voiture : le cobalt devient bleu ; rouge ocre; jaune de cadmium. "Mais la nature a une manière très différente de la nôtre de créer de la couleur", explique Chanda. Certains des looks les plus vifs de la nature, ceux portés par les paons, les coléoptères et les papillons, fonctionnent sans pigment.

Ces couleurs proviennent de la topographie. Les paysages submicroscopiques sur les surfaces extérieures des plumes de paon, des coquilles de coléoptères et des ailes de papillon diffractent la lumière pour produire ce que l'on appelle la couleur structurelle. Il dure plus longtemps et ne contient pas de pigments. Et pour les scientifiques, c'est la clé pour créer une peinture qui est non seulement meilleure pour la planète, mais qui pourrait également nous aider à vivre dans un monde plus chaud.

Dans un article publié ce mois-ci dans Science Advances, le laboratoire de Chanda a présenté une peinture unique en son genre basée sur la couleur structurelle. Ils pensent que c'est la peinture la plus légère au monde, et ils le pensent à la fois en termes de poids et de température. La peinture est constituée de minuscules flocons d’aluminium parsemés de nanoparticules d’aluminium encore plus minuscules. L'équivalent d'un raisin pourrait couvrir à la fois l'avant et l'arrière d'une porte. Il est suffisamment léger pour réduire potentiellement la consommation de carburant des avions et des voitures qui en sont revêtus. Il ne retient pas la chaleur du soleil comme le font les pigments, et ses constituants sont moins toxiques que les peintures à base de métaux lourds comme le cadmium et le cobalt.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Julien Chokkattu

Matt Simon

Dayna Baumeister, codirectrice du centre de biomimétisme de l'Arizona State University, n'est pas surprise que la peinture ait autant de fonctions cachées. «C'est une démonstration fantastique de ce qui est possible lorsque nous repensons nos créations en demandant conseil à la nature», dit-elle.

Malgré toutes ses imperfections, la peinture est difficile à battre. Les gens utilisent des pigments depuis des millénaires, donc les astuces pour obtenir le bon aspect sont maîtrisées par les fabricants de peinture. « Ils savent exactement quel additif ajouter pour modifier la brillance ; ils peuvent le rendre plus lumineux ou atténué – ils ont tout compris pendant des centaines d’années », explique Chanda.

Les nouvelles formes de peinture doivent innover au-delà de cela : dans le domaine de la physique, et pas seulement de l’esthétique. Pourtant, les membres du laboratoire de Chanda sont tombés par hasard sur leur innovation. Ils n’avaient pas pour objectif de fabriquer de la peinture. Ils voulaient fabriquer un miroir, en particulier un long miroir continu en aluminium, construit à l'aide d'un instrument appelé évaporateur à faisceau d'électrons. Mais à chaque tentative, ils remarquaient de petits « nanoislands », des amas d'atomes d'aluminium suffisamment petits pour être invisibles mais suffisamment grands pour perturber l'éclat du miroir. Des nano-îles sont apparues sur toute la surface de ce qui n’était plus – malheureusement – ​​plus un miroir continu. «C'était vraiment ennuyeux», se souvient Chanda.

Puis vint une révélation : cette perturbation faisait quelque chose d’utile. Lorsque la lumière blanche ambiante frappe des nanoparticules d’aluminium, les électrons du métal peuvent être excités : ils oscillent ou résonnent. Mais lorsque les dimensions descendent à l’échelle nanométrique, les atomes deviennent encore plus pointilleux. En fonction de la taille des nanoparticules d'aluminium, leurs électrons n'oscilleront que pour certaines longueurs d'onde de lumière. Cela renvoie la lumière ambiante comme une fraction de ce qu’elle était : une seule couleur. La superposition de particules d’aluminium sur une surface réfléchissante – comme le miroir qu’ils essayaient de construire – avait amplifié l’effet coloré.