Contrairement à de nombreux insectes aux couleurs vives qui dépendent uniquement des pigments, l'iridescence éclatante des ailes de papillon provient d'une source unique : la structure précise et la disposition des écailles microscopiques. Ces écailles minuscules mais puissantes génèrent des effets irisés, régulent la température corporelle et protègent contre les éléments.
Pour la première fois, des scientifiques du MIT ont développé une méthode pour observer et enregistrer en temps réel la croissance et la superposition de ces écailles sur les ailes d'un papillon en développement à l'intérieur de sa chrysalide. L'équipe a élevé des papillons belle-dame (Vanessa cardui), attendant que les chenilles se transforment en chrysalides. Une fois la métamorphose engagée, ils ont pratiqué une ouverture dans la cuticule de chaque chrysalide et couvert l'incision d'une lamelle de verre, créant une fenêtre d'observation. Ils ont ainsi filmé le développement complet des écailles, de leur formation à leur achèvement, et publié leurs résultats dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
Les écailles de papillon sont des microstructures complexes. Jusqu'ici, les connaissances sur leur formation reposaient sur des images statiques d'ailes en développement ou matures. L'équipe du MIT cherchait une vue dynamique et continue pour mieux comprendre leur fonctionnement.
«Les études antérieures offraient des instantanés convaincants à certains stades, mais ne montraient pas la chronologie continue des événements», explique le co-auteur Matthias Kolle, ingénieur mécanicien, dans un communiqué. «Nous avions besoin d'une observation plus approfondie pour progresser.»
Pour capturer cette séquence, l'équipe a utilisé la microscopie en phase de réflexion à corrélation de chatoiement, une technique optique qui projette un champ de mouchetures lumineuses dispersées sur la cible. Contrairement aux faisceaux laser concentrés qui risquent d'endommager les cellules délicates, cette méthode produit des cartes 3D haute résolution sans dommage. Peter So, co-auteur et ingénieur biologiste, la compare «à des milliers de lucioles créant un champ de points lumineux».
Grâce à cette imagerie, les chercheurs ont observé que les cellules d'écailles s'alignent rapidement en rangées quelques jours après la formation de la chrysalide. Elles se différencient en écailles de couverture (supérieures) ou en écailles de base (inférieures). Au lieu d'un pliage en accordéon attendu, chaque cellule développe une ondulation fluide, semblable aux vagues d'un toit métallique.
Les auteurs ambitionnent d'étudier ce mécanisme ondulatoire pour s'inspirer des écailles de papillon dans la conception de nouveaux matériaux. Ces structures offrent aussi imperméabilité et régulation thermique. «Comprendre la formation des écailles pourrait conférer couleurs et propriétés autonettoyantes à des automobiles et bâtiments. Nous pouvons désormais tirer des leçons du contrôle structural des papillons sur ces matériaux micro-nanostructurés», déclare l'auteur principal Anthony McDougal.
