Les scientifiques des matériaux s'inspirent des propriétés uniques des ailes de papillon pour développer des peintures et cosmétiques exempts de substances toxiques.
Les teintes bleu vif des ailes des papillons Morpho fascinent entomologistes et chimistes depuis des décennies. Ces couleurs proviennent de structures protéiques nanométriques superposées agissant comme des prismes, réfléchissant un bleu azur éclatant. Les experts espèrent reproduire ces structures pour créer des peintures et cosmétiques sans colorants nocifs pour la santé humaine et l'environnement.
Chez Cypris Materials, start-up californienne, les chimistes appliquent cette "couleur structurelle" à une large gamme de produits de manière économique. Après des défis techniques, ils ont développé un colorant sans pigments ni colorants, produisant des nuances dans l'ultraviolet, le visible et le proche infrarouge.
Ce colorant ouvre des applications variées : peintures automobiles, encres d'imprimante, vernis à ongles. « La start-up progresse dans un secteur en manque d'innovation et passe du laboratoire à l'industrie. C'est impressionnant », témoigne John Warner, pionnier de la chimie verte chez Zymergen, non impliqué dans le projet.
Les pigments traditionnels, utilisés depuis des siècles, absorbent ou réfléchissent la lumière pour créer des couleurs. Par exemple, un colorant rouge absorbe tout sauf le rouge. Cependant, certains contiennent des substances cancérigènes, interdites dans de nombreux pays.
La couleur structurelle repose sur des microstructures réfléchissant la lumière différemment. Sur les ailes du Morpho, de minuscules crêtes sur les écailles brisent les longueurs d'onde spécifiques pour un bleu intense. Chez les baies marbrées (Pollia condensata), des microfibres de cellulose spiralées produisent un bleu métallique.
Les mécanismes exacts restent étudiés, mais le matériau, la taille et le volume des structures déterminent la réflexion lumineuse et la couleur perçue.
Cypris Materials utilise des copolymères séquencés auto-assemblés, combinant polyacrylate et polyester. Appliqués comme peinture ou encre, ils forment des couches organisées réfractant la lumière.
Imaginez des oursons gommeux mi-jaunes mi-verts (représentant deux plastiques) s'alignant par couleur : cela crée une structure multicouche. Les copolymères de Cypris s'auto-organisent en solution, la longueur des chaînes déterminant les longueurs d'onde réfléchies – courtes pour UV/bleu/vert, longues pour orange/rouge/infrarouge.
Bien que connus, ces copolymères sont innovants chez Cypris : ils s'assemblent en conditions ambiantes (comme une peinture) et produisent des chaînes longues pour les rouges, inédites en couleur structurelle. « Personne n'avait créé de rouges structurels auparavant. Ils ont dépassé l'imaginable », déclare Robert Grubbs, Nobel de chimie, professeur au Caltech et consultant de Cypris.
Les colorants, sous forme de poudre, s'intègrent facilement aux processus industriels : ajoutés aux aérosols auto ou vernis à ongles, ils agissent aussi comme liants.
« Nous simplifions la formulation des peintures », explique Ryan Pearson, cofondateur et PDG par intérim. « Fini les pigments, colorants et stabilisants supplémentaires. »
Les tensioactifs traditionnels (réduisant la tension superficielle) ou alkylphénols pourraient être évités. « Si ces colorants remplacent les tensioactifs ou évitent les alkylphénols, ce sera un progrès notable », estime Teresa McGrath, directrice de recherche au Healthy Building Network, organisation promouvant des matériaux durables, indépendante de Cypris.
Contrairement aux films isolants IR multicouches limités aux surfaces planes, cette technologie est polyvalente.
Des défis persistent : concurrence des pigments bon marché comme le dioxyde de titane, analyses complètes de sécurité et durabilité en cours. « Pas parfait, mais ces avancées font progresser la science », conclut Warner. « L'ennemi du bien est le parfait. »
