Bien plus que des couleurs

Galinski donne un autre exemple : en collaboration avec l'Empa, les scientifiques de l'ETH ont appliqué le concept de capteur aux textiles. "Nous avons appliqué un système thermochromique sur des fibres textiles qui signale en couleur les dommages matériels dus à la chaleur", ce qui peut sauver des vies dans certaines circonstances. Les pompiers sont souvent exposés à des situations qui sont très critiques. Si un matériau comme une corde ou un vêtement surchauffe en raison d'un incendie ou d'un frottement important, sa fonction est compromise. Le changement de couleur signale le dommage et avertit de la nécessité de continuer à l'utiliser.

La couleur devient ainsi le reflet de la fonction et une composante sensorielle. "En effet, nous, les humains, évaluons toute la journée notre environnement en fonction des couleurs. Le rouge dans la circulation routière signifie par exemple 'stop'", explique Galinski. Et Spolenak d'ajouter : "Les dommages causés au matériau sont en fait microscopiques, mais notre système de couches renforce les effets et c'est ainsi qu'ils deviennent finalement visibles à l'?il nu gr?ce au changement de couleur". Le système sur les fibres textiles se compose de plusieurs couches. Toutefois, seule la couche extérieure, d'une épaisseur de 20 nanomètres seulement, réagit à la température. Elle se cristallise et la couleur change.

Peu de matière, beaucoup de lumière

"Mais nous nous intéressons aussi aux interactions lumineuses à grande échelle, basées sur des couches minces", raconte Ralph Spolenak. Et ce pour une bonne raison : si beaucoup de lumière peut être captée dans peu de matériau jusqu'à ce qu'elle soit complètement absorbée, cela a un énorme potentiel dans le domaine des cellules solaires et d'autres matériaux énergétiques. "Si ce type de concentration de lumière, qui peut également être utilisé pour créer des couleurs, ne nécessite qu'un faible volume de matériau, c'est très efficace", ajoute le physicien Galinski.

Récemment, le groupe de Spolenak a développé un principe permettant de capter efficacement la lumière gr?ce à des réseaux nanoscopiques. Ces réseaux sont constitués d'un alliage spécial et permettent d'absorber jusqu'à 99% de la lumière, en grande partie indépendamment de l'angle d'incidence de la lumière.

Il y a quelques années déjà, le groupe a développé avec succès, en collaboration avec une équipe internationale de chercheurs, un principe permettant de produire des revêtements métalliques de différentes couleurs. Le matériau de revêtement est constitué d'une structure fine spéciale composée de deux couches différentes. La couche inférieure est constituée d'un réseau de métaux parsemé de minuscules pores. La partie supérieure est constituée d'une fine couche d'oxyde. La couleur résulte principalement de l'interaction de la lumière avec la couche limite désordonnée des deux matériaux. L'épaisseur de cette couche détermine la couleur : 12 nanomètres rendent par exemple le matériau verd?tre, 24 nanomètres jaune et 48 nanomètres bleu.

Claudiadele Polinari, de l'école de maturité gymnasiale R?mibühl, a elle aussi fabriqué des couleurs structurelles dans le cadre de son travail de maturité. Elle voulait reproduire une palette de couleurs aussi large que possible et non pas seulement quelques couleurs isolées. Avec son principe de deux couches, la jeune chercheuse a toutefois atteint ses limites avec les tons verts. Malgré cela - ou peut-être justement gr?ce à cela - elle a beaucoup appris pendant son court séjour de recherche à l'ETH. Et les nombreux échantillons de couleur réussis sont désormais encadrés et accrochés au mur au-dessus de la table de réunion. C'est beau quand les résultats de recherche sont aussi visibles.