Une feuille de papier ordinaire paraît blanche parce qu'elle diffuse tous les rayons de manière chaotique. En revanche, l'aile d'un papillon scintille de bleu et de vert sans une seule goutte de peinture : sa surface est couverte de microsillons qui éteignent certaines ondes lumineuses et en amplifient d'autres. Les ingénieurs rêvent depuis longtemps de reproduire ce tour de passe-passe : créer un matériau qui se colore lui-même, simplement en piégeant la lumière aux bons endroits.
Dans cette nouvelle étude, des chercheurs ont creusé de minuscules cavités dans une plaque de silicium. Leur diamètre est de quelques centaines de nanomètres, soit des centaines de fois plus fin qu'un cheveu humain. Lorsque la lumière frappe une telle cavité, elle ne se réfléchit pas immédiatement : elle tourbillonne à l'intérieur, comme l'eau dans un entonnoir. La profondeur de l'entonnoir détermine quelle partie de l'arc-en-ciel reste piégée et laquelle s'échappe – et c'est précisément celle-ci que nous percevons comme couleur.
L'astuce principale réside dans la méthode de gravure. La plaque est recouverte d'un vernis photosensible, puis exposée à un faisceau d'électrons d'intensité variable. Là où le faisceau frappe plus longtemps, le vernis se ramollit plus profondément, et après développement, il reste des marches. Ensuite, le motif est transféré sur le silicium – et l'on obtient des cavités de profondeurs différentes. Sur une seule plaque tient toute une palette : du violet au rouge, avec des couleurs vives et durables, car il ne s'agit pas de peinture, mais de la structure même du matériau.
Ces surfaces ne se décolorent pas au soleil et ne craignent pas l'humidité. On peut les imprimer sur des films souples, les appliquer sur des verres de lunettes ou des carrosseries de robots. On peut aussi les utiliser à la place de l'encre dans les hologrammes de sécurité : contrefaire une couleur structurelle est bien plus difficile que de la peinture ordinaire.
Les couleurs les plus éclatantes de la nature – sur les ailes des papillons et les plumes du paon – naissent exactement de cette manière : sans pigments, uniquement grâce à des cavités et des sillons microscopiques qui piègent la lumière.
Dans le film « Avatar », les plantes luminescentes et les motifs sur la peau des Na'vi scintillent de couleurs structurelles – précisément celles que l'on peut désormais imprimer sur du silicium.