S’inspirer de la nature pour innover

Le Prof Olivier Deparis et le Dr Sébastien Mouchet (Université de Namur, Institut NISM, Département de physique) publient un livre sur le thème de l’optique physique et de la biologie environnementale. Sur les traces des recherches du Prof Jean-Pol Vigneron, ce livre, avant-gardiste selon l’éditeur, ouvre la porte aux applications bio-inspirées dans le monde de l’optique, de l’énergie et de l’environnement. Explications.

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Olivier Deparis se souvient : « Le jour où j’ai rencontré Jean-Pol Vigneron en 2005, il me pose cette question : Aurais-tu envie de travailler sur des choses exotiques ?  Il avait besoin d’un chercheur postdoctoral pour travailler avec lui sur un projet européen et il se demandait si le sujet intéresserait un ingénieur.  Et moi, je voulais explorer plus en profondeur les cristaux photoniques, en particulier à appliquer mon expérience à la fabrication de dispositifs bio-inspirés. C'était la combinaison parfaite et le début d'une fantastique aventure dans le domaine de la photonique naturelle et de la bio-inspiration ».

La photonique naturelle, jeune branche « exotique » et innovante de la photonique

Pourtant, le sujet en était encore à ses balbutiements à cette époque et les mots « photonique naturelle », que Jean-Pol aimait à utiliser pour décrire les recherches de son équipe, n'étaient alors pas vraiment d'usage dans le milieu de l'optique.  

« Quant à moi, c’est en 2009, quand je terminais mon baccalauréat en physique, que les recherches de Jean-Pol m’ont inspiré.  Grâce à lui, j'ai opté pour un master à forte orientation nano-optique et photonique naturelle et un stage sur cette thématique au sein du groupe du Pr Doekele Stavenga », nous dit Sébastien Mouchet.

La photonique naturelle s'est développée sur l'arbre de la science optique et est devenue un sujet interdisciplinaire attractif parmi la communauté scientifique, continuant à rassembler beaucoup plus de physiciens, biologistes, chimistes et ingénieurs. À l'aube du XXIe siècle, ce sujet « exotique » a commencé à apparaître régulièrement au programme de conférences de premier plan.

En juin 2013, Jean-Pol Vigneron décède subitement, laissant une contribution exceptionnellement productive et pionnière dans le domaine de la photonique naturelle. Au printemps 2014, Living Light, la première conférence entièrement dédiée à la photonique naturelle, est organisée à l’UNamur en sa mémoire, ce qui a donné naissance à la série Living Light Conferences.

« L'idée de rassembler les travaux pionniers de Jean-Pol Vigneron, ainsi que ceux d'autres des groupes de chercheurs du monde entier dans un livre, y compris nos propres contributions dans le domaine, étaient dans nos esprits depuis son décès.  Le titre du livre, Natural Photonics and Bioinspiration, vise à refléter l'équilibre que nous entendions maintenir entre, d'une part, les aspects fondamentaux de l'optique physique et de la biologie environnementale et, d'autre part, les aspects de science appliquée liés aux observations d’effets optiques chez les organismes naturels », expliquent les auteurs. Le livre contient les observations réalisées sur le terrain sur des espèces naturelles, la modélisation numérique basée sur des caractérisations morphologiques et optiques et, à terme, la conception et la synthèse de dispositifs photoniques bio-inspirés.

Natural Photonics & Bioinspiration - Résumé

Les structures photoniques présentes dans les tissus biologiques telles que les ailes de papillon, les élytres de coléoptères ou les écailles de poisson sont responsables d'un large éventail d'effets optiques, notamment l'iridescence, la réflexion de la lumière à bande étroite, la diffusion à grand angle solide, la polarisation, le mélange de couleurs additif, les changements de couleur induits par les fluides, et la fluorescence contrôlée. Cet ouvrage passe en revue les recherches sur les dispositifs photoniques biologiques en accord avec les aspects fondamentaux de l'optique physique et de la biologie environnementale. Il fournit aux lecteurs une compréhension de la modélisation numérique basée sur des caractérisations morphologiques et optiques ainsi que le traitement quantitatif de la vision des couleurs. Qualifié d’avant-gardiste par son éditeur, ce livre lie ces concepts à la conception et à la synthèse de dispositifs photoniques bio-inspirés et ouvre la porte aux applications des leçons de la nature dans le monde technique.

Cette ressource présente une méthodologie pour travailler avec et utiliser la bioinspiration. Il comprend les outils expérimentaux et numériques nécessaires à la caractérisation et à la simulation de structures photoniques et utilise des concepts originaux comme exemples, avec un focus sur les matériaux hygrochromiques bioinspirés. Les explications contenues dans ce livre sur la façon dont les structures photoniques naturelles se comportent comme des absorbeurs solaires ou des dispositifs de gestion thermique efficaces en fait une ressource utile pour les professionnels techniques dans le domaine de l'énergie et de l'environnement, et les concepts présentés ont également des applications dans la conception de revêtements optiques, capteurs et sources lumineuses.

L'avant-propos a été rédigé par le Pr Serge Berthier (Institut des nanosciences de Paris et professeur émérite à l'Université de Paris-Diderot, France) et par le Pr Pete Vukusic (Université d'Exeter, Royaume-Uni). Dr Victoria L. Welch, ancienne chercheuse postdoctorale de l'Université de Namur, qui a travaillé avec l’équipe du Prof Jean-Pol Vigneron et du Prof Olivier Deparis était en charge de la relecture.

Le lectorat visé par ce livre est interdisciplinaire, allant des étudiants de troisième cycle et des doctorants aux chercheurs et universitaires postdoctoraux. Les ingénieurs optiques ainsi que les physiciens seront les plus familiers avec le sujet principal du livre, c'est-à-dire la photonique appliquée.  Le livre est disponible depuis le 1er novembre sur le site de l'éditeur (Artech House)

Ce livre a bénéficié d’un soutien pour publication scientifique de la part du FRS-FNRS.

Les auteurs

Olivier Deparis

Le Professeur Olivier Deparis obtient son doctorat en sciences appliquées en 1997. Il a ensuite effectué des mandats de chercheur post-doctoral dans plusieurs universités à travers le monde. Il rejoint l'Université de Namur en 2005 et devient Professeur en 2010. Il est Directeur du Laboratoire de Physique du Solide du Département de physique depuis 2019. Il est également membre de l'Optical Society (OSA) depuis 1999 dont il a reçu le titre de membre senior en août dernier.

Quinze ans d'expérience dans le domaine de la photonique dans les organismes naturels l'ont amené à co-organiser la première édition de la série « Living Light Conference » en 2014 et maintenant à co-écrire ce livre. Au cours des dix dernières années, il a poursuivi ses recherches en optique, en mettant l'accent sur les matériaux optiques, les nanostructures, l'énergie solaire, la photocatalyse et, plus récemment, la science du patrimoine culturel.

Il est l'auteur de plus de 170 articles dans des revues scientifiques, une grande majorité portant sur la photonique. Il détient deux brevets liés aux matériaux optiques.

Sébastien Mouchet

Le Dr Sébastien R. Mouchet obtient son doctorat en physique à l'Université de Namur en 2015. Il a mené ses recherches en tant que chercheur postdoctoral à l'Université d'Exeter, au Royaume-Uni, pendant environ 5 ans. Il est aujourd'hui chercheur postdoctoral à l'Université de Namur, où il a été nommé chargé de cours honoraire puis maître de conférences honoraire. Il a récemment obtenu une bourse BEWARE, qui lui permet de développer des capteurs d’infrarouge suivant une approche bioinspirée. Le Dr. Mouchet est membre du comité éditorial de Data in Brief (Elsevier). Il a co-organisé les éditions belges de Photonics Online Meetup (bePOM) en 2020 et 2021, ainsi que l'édition 2021 de la série « Living Light Conference » dédiée aux chercheurs et chercheuses en début de carrière. Il co-organisera également la prochaine édition de « Women in Science » en février prochain.

Ses recherches portent sur les origines physiques de divers effets visuels développés par les organismes naturels : des couleurs additives dans les polycristaux photoniques et les changements de couleur induits par les fluides à l'émission de fluorescence dans les structures photoniques naturelles et à la diffusion UV dans les téguments.

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Contact : Olivier Deparis - olivier.deparis@unamur.be