Mécanismes fondamentaux de la coloration structurale

: addiction et induction de couleurs

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Les structures photoniques naturelles rencontrées chez les organismes vivants forment des matériaux particulièrement sophistiqués, développés durant des millions d'années au cours de l'évolution. En interagissant avec la lumière, elles produisent des effets visuels étonnants. Les élytres de coléoptères et les ailes de papillons en sont des exemples frappants. Les structures retrouvées sur ceux-ci sont poreuses, composées d'un biopolymère, la chitine, et d'air.
Dans le cadre de cette thèse de doctorat, deux propriétés remarquables de ces structures photoniques ont été investiguées : les couleurs additives dues aux effets optiques multi-échelles d'un polycristal photonique et les changements des propriétés optiques induits par des fluides.
En premier lieu, la couleur mate produite par un polycristal photonique présent sur les élytres du charançon brésilien Entimus imperialis a été étudiée. Ce polycristal est composé de domaines iridescents dans lesquels sont retrouvées différentes orientations d'un même cristal photonique tridimensionnel. Le désordre régnant dans les orientations des cristaux photoniques juxtaposés produit une couleur mate non iridescente.
Ensuite, les changements de couleur et d'émission de fluorescence des élytres du coléoptère mâle Hoplia coerulea induits par contact avec différents liquides ont été analysés. Les écailles présentes sur les élytres de l'insecte contiennent une multicouche poreuse enfermée dans une enveloppe empêchant un contact direct avec les liquides. Diverses dynamiques ont été observées et expliquées par la différence de perméabilité de la chitine aux liquides utilisés et la présence de sels au sein de cette dernière.
Enfin, les modifications de couleur induites par des gaz et des vapeurs ont été étudiées et modélisées de façon analytique et numérique dans des structures ouvertes présentes sur des ailes de papillons. Une mise en évidence expérimentale dans le cas de H. coerulea a également été réalisée et expliquée numériquement au moyen d'une combinaison de différents effets.
L'observation et la compréhension de phénomènes rencontrés dans la nature tels que l'addition et l'induction de couleur étudiées dans le cadre de cette thèse de doctorat peuvent permettre à l'être humain de développer des matériaux nouveaux par les voies du biomimétisme et de la bioinspiration.
Date de réussite29 sept. 2015
langueFrançais
Institution diplomante
  • Université de Namur
SponsorsFonds de la Recherche Scientifique F.R.S.-FNRS
SuperviseurOlivier Deparis (Promoteur), Bao Lian Su (Jury), Muriel Lepere (Président), Peter Vukusic (Jury), Serge Berthier (Jury) & Michel Voue (Jury)

mots-clés

  • Coléoptère
  • cristaux photoniques
  • cristaux photoniques naturels
  • Couleurs interférentielles
  • couleurs structurales
  • iridescence
  • couleur
  • méthode numérique
  • électromagnétisme
  • optique
  • photonique
  • fluorescence
  • addition de couleurs
  • induction de couleurs

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Mécanismes fondamentaux de la coloration structurale : addiction et induction de couleurs
Mouchet, S. (Auteur). 29 sept. 2015

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences