Inspirés par la structure unique des plumes du merle bleu de l’Est, des chercheurs ont réussi à développer un matériau qui non seulement imite cette structure, mais offre également des avantages pratiques potentiels. Découvrez comment cette découverte pourrait révolutionner divers domaines, de la filtration de l’eau à la durée de vie des batteries.
Le merle bleu de l’Est est un oiseau remarquable. La couleur bleue de ses plumes est unique et n’est pas basée sur des pigments, mais sur la structure spéciale de la plume. Sous le microscope, les plumes sont traversées par un réseau de canaux d’un diamètre de quelques centaines de nanomètres.
Les chercheurs de l’ETH du Laboratoire des Matériaux Souples et Vivants, dirigé par l’ancien professeur de l’ETH Eric Dufresne, ont été tellement fascinés par le bleu du merle bleu qu’ils ont décidé de reproduire ce matériau en laboratoire.
Le matériau de départ utilisé par les chercheurs était un caoutchouc de silicone transparent qui peut être étiré et déformé. Ils ont placé ce caoutchouc dans une solution huileuse et l’ont laissé gonfler pendant plusieurs jours dans un four à une température de 60 degrés Celsius. Ils l’ont ensuite refroidi et extrait de la solution huileuse.
Une structure similaire à celle des plumes d’oiseau
Les chercheurs ont pu observer sous le microscope comment la nanostructure du caoutchouc avait changé pendant le processus, et ils ont identifié des structures de réseau similaires à celles qui donnent à la plume du merle bleu sa couleur bleue. La principale différence réside dans l’épaisseur des canaux formés – la plume de l’oiseau mesure environ 200 nanomètres et le matériau synthétique 800 nanomètres.
Le principe derrière la formation du réseau est la séparation de phase. Ce phénomène peut être observé dans la cuisine avec une vinaigrette à base d’huile et de vinaigre. Les deux liquides se séparent dès que l’on arrête de les agiter. C’est précisément le principe que les chercheurs ont appliqué pour mélanger le caoutchouc de silicone et la solution huileuse, ce qui a entraîné la formation d’un réseau microscopique de canaux à l’intérieur du caoutchouc.
Des applications techniques et durables
Le nouveau matériau offre un potentiel pour des applications techniques et durables. Les batteries sont un domaine d’application possible. Les ions dans les batteries se déplacent généralement entre les électrodes à travers un liquide appelé l’électrolyte. Une des principales raisons pour lesquelles les batteries perdent leur capacité de charge au fil du temps, ou finissent même par échouer, est que les ions réagissent avec l’électrolyte liquide, ce qui provoque un contact physique entre les deux électrodes et endommage la batterie.
Les filtres à eau pourraient être une autre application. Les bonnes propriétés de transport à travers les canaux interconnectés et les grandes surfaces sont avantageuses ici. Le rapport surface/volume est énorme dans le cas des structures en forme de canal. Cela permet l’élimination efficace des contaminants tels que les bactéries ou d’autres particules de l’eau.
En synthèse
En dépit de ces avancées prometteuses, le produit est encore loin d’être prêt pour le marché, selon Carla Fernández Rico, l’auteure principale de l’étude. Bien que le matériau caoutchouteux soit bon marché et facile à obtenir, la phase huileuse est assez coûteuse. Un couple de matériaux moins coûteux serait nécessaire ici.
Fernández Rico souhaite orienter ses recherches futures vers la durabilité : « De nombreux polymères naturels, tels que la cellulose ou la chitine, ont une structure similaire à celle du caoutchouc utilisé dans notre travail. »
Travailler avec un matériau naturel comme la cellulose reste en revanche plus respectueux de l’environnement que les caoutchoucs de silicone dérivés du pétrole. La chercheuse postdoctorale souhaite donc découvrir à l’avenir comment de tels matériaux peuvent être rendus plus fonctionnels afin d’exploiter leur potentiel.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le merle bleu de l’Est?
Le merle bleu de l’Est est un oiseau remarquable dont la couleur bleue unique des plumes est basée sur leur structure spéciale, et non sur des pigments.
Comment les chercheurs ont-ils reproduit la structure des plumes de cet oiseau?
Les chercheurs ont utilisé un caoutchouc de silicone transparent comme matériau de départ, qu’ils ont placé dans une solution huileuse et laissé gonfler pendant plusieurs jours dans un four à une température de 60°C.
Qu’est-ce que la séparation de phase?
La séparation de phase est le principe derrière la formation du réseau de canaux dans le caoutchouc de silicone. C’est un phénomène qui peut être observé dans la cuisine avec une vinaigrette à base d’huile et de vinaigre.
Quelles sont les applications potentielles de ce nouveau matériau?
Le nouveau matériau offre un potentiel pour des applications techniques et durables, comme les batteries et les filtres à eau.
Quels sont les défis à surmonter pour rendre ce matériau prêt pour le marché?
Le principal défi est le coût de la phase huileuse utilisée dans le processus de fabrication. Un couple de matériaux moins coûteux serait nécessaire pour rendre ce matériau économiquement viable.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| La couleur unique des plumes du merle bleu de l’Est est due à leur structure spéciale. |
| Les chercheurs ont réussi à reproduire cette structure en utilisant un caoutchouc de silicone transparent. |
| Le principe de la séparation de phase a été utilisé pour créer un réseau de canaux dans le caoutchouc. |
| Le nouveau matériau a des applications potentielles dans les batteries et les filtres à eau. |
| Le coût de la phase huileuse est un défi à surmonter pour rendre ce matériau prêt pour le marché. |
Références
Légende illustration principale : Le prototype est un oiseau chanteur d’Amérique du Nord : Les chercheurs de l’ETH ont créé un nouveau matériau pour reproduire la structure responsable du bleu profond de ses plumes.
Fernández-Rico, C., Schreiber, S., Oudich, H. et al.: “Elastic microphase separation produces robust bicontinuous materials”, Nature Materials, 26 October 2023, DOI: external page10.1038/s41563-023-01703-0call_made
