Physique optique : des coléoptères aident à la recherche fondamentale
La hoplie bleue, insecte de la sous-famille des hannetons, est étudiée depuis plusieurs années à l’UNamur. Des recherches non pas menées par des biologistes, mais bien par des physiciens spécialisés en optique. La hoplie bleue porte en effet sur son dos une carapace aux propriétés de réflexion de la lumière particulières.
Variation de couleur due à la lumière
L’intérêt pour cet insecte n’est pas neuf. Nous retrouvons déjà trace du spécimen dans des ouvrages du 19e siècle, qui décrivaient sa couleur bleue atypique.
« Aujourd’hui, nous savons que cette couleur n’est pas due à des pigments, mais est le résultat des interférences de la lumière au sein de la carapace. De la même manière qu’une marre d’huile sur le sol ou une bulle de savon présentent des reflets multicolores » précise Sébastien Mouchet, chargé de recherche F.R.S-FNRS à l’Unité de Recherche en Physique du Solide. Et actuellement en post-doctorat à l’Université d’Exeter (Angleterre).
Le Pr. Jean-Pol Vigneron, à l’époque directeur du Laboratoire de Physique du Solide, se lance en premier dans l’étude de ce petit scarabée en 2009. Il découvre un peu plus tard, avec ses collaborateurs, que la carapace passe du bleu au vert quand elle entre en contact avec de l’eau.
Cette variation de couleur s’explique par la « structure photonique » de ses écailles. La carapace se compose en effet d’un empilement de plusieurs plaques de chitine, la matière naturelle des carapaces des insectes, séparées entre elles par de petits espaces remplis d’air.
Une carapace perméable à l’eau
« Durant ma thèse financée par le FNRS, j’ai cherché à approfondir l’étude de ces changements de couleur, et tenté d’y trouver une explication » indique le Dr. Mouchet.
Le chercheur a ainsi testé en laboratoire l’influence de l’immersion, de la vapeur, et du dépôt de gouttes de 8 liquides différents sur les élytres de l’insecte. Des effets qu’il a ensuite observés au microscope optique et avec des outils de spectrophotométrie.
Au final, le physicien a démontré que l’eau pénètre plus vite que les autres liquides. Et induit un changement de couleur rapide. La raison ? La chitine est très perméable, percée de micropores et contient ici des sels, qui favorisent l’infiltration de l’eau.
Une fois que l’eau a traversé la première couche de chitine, elle remplit les micro-espaces de la carapace. Cette dernière, une fois gorgée d’eau, présente des changements dans ses propriétés de réflexion de la lumière. L’insecte n’apparait donc plus bleu, mais vert.
A côté de cette variation de couleur, l’insecte présente en plus des propriétés de fluorescence. « La fluorescence est l’émission de lumière en réaction à l’absorption de lumière UV. J’ai étudié cela chez les insectes, dont la hoplie, dans le cadre d’un autre projet de recherche à l’Université d’Exeter terminé en septembre 2017 » précise le physicien.
Des organismes vivants aux matériaux novateurs
Aujourd’hui, les recherches sur les propriétés optiques de la hoplie continuent.
« Avec des collègues belges et anglais, nous étudions les propriétés des ailes de plusieurs insectes au moyen de techniques faisant appel à l'optique non linéaire. Un domaine de l'optique dans lequel les réponses des matériaux sont particulières et généralement obtenues avec une lumière incidente très intense, comme celle d’un laser » stipule le Dr. Mouchet.
L’intérêt derrière ces recherches est de davantage cerner les subtilités de la nature. Nous pourrions ainsi nous en inspirer, et créer des matériaux aux nouvelles propriétés optiques.
Sur un plan plus fondamental, ce type d’étude permet aux physiciens de mieux comprendre des phénomènes en optique dans ce type de structure organique.
Une conférence interdisciplinaire « Living Light », axée sur l'interaction lumière-matière au sein des organismes vivants, se déroule d'ailleurs à l’Université de Cambridge du 11 au 14 avril 2018. Un événement faisant suite à la 1ier conférence organisée à l’UNamur en 2014 en l’honneur de Jean-Pol Vigneron.
C.S.
Pour plus d’information :
Sébastien MOUCHET
Courriel : sebastien.mouchet@unamur.be
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