Cette sculpture peinte avec du Vantablack absorbe 99,96 % de la lumière. Photo: (Vantablack) © Surrey NanoSystems 2025
Comment obtenir une couleur noire vraiment… noire ? En s’inspirant de certains animaux, qui parviennent à piéger presque intégralement la lumière.
Connu pour ses tableaux vibrants et colorés, le peintre Henri Matisse considérait aussi le noir comme « une couleur en soi, qui résume et consume toutes les autres ». Il ne croyait pas si bien dire. Sur le plan de l’optique, les objets noirs « avalent » en effet toutes les longueurs d’onde et ne reflètent quasiment aucune lumière.
Les noirs utilisés en peinture, toutefois, sont loin d’être absolus. Car pour atteindre l’ultra-noir, associé à l’absence quasi totale de réflexion lumineuse, les pigments sombres ne suffisent pas. Il faut que la structure même de la matière piège la lumière. Or, dans la nature, certains rares organismes ont trouvé comment y parvenir ! Ailes de papillons, écailles de serpent, plumes d’oiseaux, araignées : plusieurs exemples d’ultra-noir inspirent les scientifiques qui souhaitent copier ce tour de passe-passe optique.
« Il n’y a pas d’ultra-noir possible sans nano ou microstructures, ou les deux », indique par courriel Stanislav Gorb, chercheur à l’Institut zoologique de l’Université de Kiel, en Allemagne. Avec des collègues, il vient de publier une étude sur la carapace d’un insecte brésilien, une « fourmi de velours » de l’espèce Traumatomutilla bifurca. La femelle arbore une tache digne des noirs les plus profonds déjà connus dans le règne animal.
Sa carapace contient bien sûr de la mélanine, un pigment sombre. Mais l’analyse au microscope a révélé que sa cuticule était constituée d’une multitude de lamelles empilées les unes sur les autres, sous des soies denses. « Imaginez une feuille de plastique semi-transparent et sombre. Si vous en empilez beaucoup, vous obtiendrez un noir beaucoup plus foncé », illustre le biologiste. En outre, cet empilement constitue une sorte de labyrinthe dont la lumière peine à s’échapper.
Si T. bifurca mise sur ces minuscules feuillets, les plumes noires des oiseaux paradisiers de Nouvelle-Guinée, elles, possèdent une microstructure encore plus complexe, selon une étude de l’Université Harvard publiée en 2018. Normalement, le long de l’axe d’une plume, chaque branche latérale ou « barbe » se ramifie en barbules, qui ont eux-mêmes une rangée de « barbicelles ». De près, on dirait un peu les dents d’un peigne ou des aiguilles de pin disposées à plat. Sur les plumes des paradisiers, rien n’est plat. Selon l’espèce, les microstructures ont des formes de goupillon en 3D, de coraux, de feuilles de chêne recroquevillées. Les rayons lumineux se butent contre ces reliefs encore et encore, et sont absorbés plutôt que d’être reflétés vers notre œil : certaines plumes absorbent 99,95 % de la lumière !
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- Un paradisier de Victoria, une espèce australienne
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- La fourmi de velours T. bifurca. Ci-haut, les lamelles microscopiques de sa cuticule, qui piègent la lumière.
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- Plusieurs espèces de papillons arborent de l’ultra-noir.
Photos : (Vantablack) © Surrey NanoSystems 2025 ; (lamelles microscopiques) Vinicius Lopez ; (Fourmi) © shrike2/CC BY-NC
Matériaux haut de gamme
Une performance avec laquelle rivalise le célèbre Vantablack. Ce matériau, développé il y a une dizaine d’années par l’entreprise Surrey Nanosystems, est constitué de nanotubes de carbone alignés verticalement. Ces puits profonds emprisonnent 99,965 % de la lumière. En 2019, une équipe du MIT a battu le record en mettant au point un matériau similaire, mais « 10 fois plus noir » ! Les reliefs des objets deviennent invisibles et l’œil a du mal à se focaliser sur la couleur tant elle est intense.
Ces revêtements ultra-noirs ont de nombreuses applications, actuelles et potentielles : ils peuvent améliorer le rendement de panneaux solaires, mais aussi protéger les systèmes optiques sensibles, comme des télescopes spatiaux, de la lumière parasite. Ils intéressent aussi les domaines militaires, artistiques et les designers.
Les nanotubes de carbone sont toutefois fragiles. « Plusieurs structures texturées, comme des colonnes, des cônes, des trous, ont été testées sur du silicium, […] des oxydes métalliques et des polymères », peut-on lire dans un récent éditorial de la revue Surface Engineering, intitulé Ultra-black coatings is the new black.
En 2024, une équipe chinoise a mis au point un revêtement ultra-noir constitué d’une alternance de couches très fines d’un mélange d’aluminium-titane et de silice, qui ont des propriétés absorbantes et antireflets. Ce film sans relief n’absorbe « que » 99,3 % de la lumière, mais il est résistant et peut surtout s’appliquer facilement sur des surfaces complexes ou à l’intérieur de tubes. Un gros avantage pour équiper les dispositifs optiques.
Et dans la nature, alors, quelle est la fonction de ce noir profond ? « Les fonctions peuvent varier selon l’espèce : camouflage, communication ou évitement des prédateurs », énumère Vinicius Marques Lopez, premier auteur de l’étude sur la fourmi de velours et chercheur à l’Université fédérale de Triângulo Mineiro, au Brésil. « La fonction peut aussi différer selon que l’observateur est un oiseau ou une grenouille et selon que l’environnement est une forêt tropicale dense ou une forêt claire. Pour T. bifurca, des résultats préliminaires laissent penser que la combinaison du noir et des bandes blanches pourrait améliorer la capacité de camouflage de la femelle. » Son blanc n’est toutefois pas ultra-blanc, contrairement à la carapace du scarabée asiatique Cyphochilus sp., qui reflète presque 100 % des rayons lumineux. Mais c’est une autre histoire.
