Compréhension des mécanismes fondamentaux de la réponse de nanoarchitectures photoniques naturelles à la présence de vapeurs et de gaz : applications aux capteurs optiques bio-inspirés

Une très grande diversité de structures photoniques naturelles, par exemple rencontrées chez les insectes, produit des couleurs dites “structurales” qui sont pour la plupart iridescentes, c’est-à-dire changeantes avec l’angle d’observation. Cette diversité de structures et d’effets, optimisés durant des milliers d’années d’évolution, nous permet d’élaborer des nouveaux concepts et dispositifs par une approche biomimétique. Les cristaux photoniques naturels présents chez les papillons, les coléoptères et d’autres insectes consistent en des structures poreuses ordonnées à base de chitine. Des changements de couleur peuvent être provoqués par des variations de la composition de l’atmosphère ambiante. En se basant sur cet effet, la possibilité d’identifier des vapeurs ou des gaz et de donner au moins une indication qualitative de leurs concentrations a été démontrée récemment. Malgré un intérêt et des investissements de plus en plus importants pour ces nouveaux capteurs de gaz, les mécanismes fondamentaux à l’origine de leur réponse optique sélective ne sont pas encore bien compris.

Ce projet consiste en une recherche interdisciplinaire et fondamentale sur les capacités de détection sélective de gaz par des architectures photoniques naturelles, disponibles sous diverses morphologies dans les écailles des papillons. L’objectif principal de ce projet est de parvenir à une compréhension en profondeur de ces mécanismes qui pourrait mener à une meilleure optimisation et à l’émergence de nouveaux capteurs optiques bio-inspirés. Dans ce but, nous développerons une méthode expérimentale afin d’établir des corrélations entre la réponse optique et la composition de l’atmosphère. Nous identifierons alors les origines physico-chimiques de la réponse optique de ces nanostructures photoniques, nous élaborerons des modèles photoniques pour prédire les variations de couleur et nous proposerons de nouveaux types de capteurs de gaz inspirés par les structures photoniques naturelles étudiées.