Lundi 17 Octobre 2005

De toutes les couleurs

par Jacques Livage et Serge Berthier

Collège de France
Université Paris VII


La maîtrise de la couleur est un soucis constant de l'homme, depuis les peintures rupestres de la préhistoire jusqu'aux écrans plats des télévisions modernes. C'est l'avènement des colorants synthétiques qui, au 19ème siècle, a été responsable du développement de l'industrie chimique.

En fait, un objet n'apparaît coloré que s'il est éclairé. La couleur perçue par notre oeil résulte de l'interaction entre la lumière et la matière. Les caractéristiques du rayon lumineux (vitesse, direction, longueur d'onde) sont alors modifiées par les nombreux chocs qu'il subit en traversant la matière. De ces chocs naît la couleur !

 

Déjà à l’époque de la préhistoire, l’homme utilisait des pigments colorés pour orner ses grottes.


L’iridescence des ailes de papillons est une couleur physique due à la diffusion de la lumière.

La vitesse de la lumière diminue lorsqu'elle pénètre dans un milieu plus dense (indice otique). Elle est aussi déviée et c'est la diffusion responsable de la couleur bleue du ciel. Ces phénomènes de diffusion, lorsqu'ils sont cohérents, donnent naissance aux couleurs physiques responsables de l'iridescence des nacres et des opales. De telles couleurs apparaissent lorsque l'objet présente des structures parfaitement régulières dans lesquelles les distances sont du même ordre de grandeur que la longueur d'onde de la lumière. C'est ainsi que la nature joue avec la lumière pour colorer les ailes des papillons ou les plumes des oiseaux.

La matière peut aussi absorber une partie de l'énergie que transporte la lumière. Ce sont les chocs inélastiques responsables de la couleur des pigments et des teintures. L'énergie absorbée permet de modifier le mouvement des électrons au sein de la matière. Pour qu'un objet soit coloré, il faut donc que les électrons puissent bouger et la couleur obtenue dépendra de l'ampleur du mouvement ainsi créé. Les oxydes de transition (fer, chrome, cuivre, cobalt,...), caractérisés par des couches électroniques partiellement vides, sont utilisés pour colorer les verres et les céramiques. Les oxydes de fer qui donnent à la terre sa belle couleur ocre sont des pigments bien connus depuis la préhistoire. Selon le traitement thermique qu'ils subissent ils peuvent donner des teintes allant du jaune au rouge sombre et même au noir.

Les propriétés des plantes tinctoriales sont dues à des molécules organiques dont la couleur est liée à la délocalisation des électrons au sein d'orbitales ?. On peut donc la régler chimiquement en jouant sur le jeu des doubles liaisons conjuguées. D'où la richesse des colorants synthétiques qui ont fait la fortune de l'industrie chimique du 19ème siècle. De la même façon, la couleur des pigments semi-conducteurs (HgS, CdSe, ZnS, ....) peut être modifiée lorsque les particules solides atteignent des tailles nanométriques (quantum dots).

Les pigments sont aussi capable d'émettre de la lumière. Pour cela, il faut au préalable qu'ils aient été excités par chauffage, décharge électrique ou bombardement électronique. Ces luminophores font actuellement l'objet de nombreuses recherches dans le domaine de l'affichage et de l'imagerie médicale. Depuis longtemps certains organismes vivants utilisent la bioluminescence pour attirer leur partenaire ou dissuader les prédateurs.

 

 

 

La bioluminescence des animaux marins offre des spectacles innoubliables.

Programme 2005