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Le scarabée cétoine doit ses belles couleurs irisées à l'organisation en phase cristal liquide cholestérique des molécules de chitine de la partie supérieure de sa carapace.© CNRS-CEMES 2006
Des chercheurs du CNRS du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales de Toulouse (CNRS) sont parvenus à dépasser cette limite de réflexion. Cette découverte ouvre de nombreuses perspectives d'applications dans le domaine de la régulation thermique et des vitragesvitrages intelligents. Ces travaux paraissent dans Nature Materials le 9 avril 2006. Le CNRS a déposé une demande de brevet en relation avec cette innovation.
Les cristaux liquides cholestériques doivent leur nom à leur découverte au XIXème siècle dans des substances naturelles dérivées du cholestérolcholestérol. On les trouve : dans les organisations de l'ADNADN, les os, l'artérioscléroseartériosclérose, la carapace de certains crustacéscrustacés et insectesinsectes, l'écaille des poissonspoissons, la paroi cellulaire des plantes, etc. Ce ne sont pas seulement des filtres de couleur, comme les pigments, mais aussi des réflecteurs et des polariseurs. Leurs molécules allongées s'organisent selon une hélice qui a le pouvoir de réfléchir la lumièrelumière, la couleur réfléchie dépendant de l'amplitude du pas de vis. Comme cette dernière varie avec la température, la pressionpression et l'angle d'observation, on utilise les cholestériques au sein de capteurscapteurs (détection d'une tumeurtumeur, points chaudspoints chauds d'un circuit électronique, pression de la dentition) ou de motifs à couleur changeante suivant l'inclinaison (billets de banque).
La lumière réfléchielumière réfléchie par un cholestérique est polarisée circulairement et le sens de cette polarisation dépend du sens de l'hélice. Supposons que l'on envoie de la lumière polarisée circulaire gauche sur un cholestérique dont le sens de l'hélice est gauche également. 100% de cette lumière sera alors réfléchie. A contrario, 100% sera transmis (c'est-à-dire traversera le cristal liquide sans être réfléchie) si l'hélice est droite. La lumière ambiante n'étant pas polarisée, son champ électriquechamp électrique se déplace dans toutes les directions de l'espace, et la structure en hélice décomposera la lumière en deux ondes, l'une réfléchie et l'autre transmise. Un cholestérique ne réfléchira donc au maximum que 50% de la lumière ambiante.
Des chercheurs du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales du CNRS de Toulouse viennent de dépasser cette limite. Utilisant la particularité qu'ont certains cholestériques de changer de sens d'hélicité avec la température, ils leur ont ajouté quelques pourcents d'une substance capable de former un réseau de polymèrepolymère lorsqu'elle est exposée à la lumière ultraviolette. Cette transformation permet de gélifier le cristal liquide alors que l'hélice cholestérique a un pas et un sens déterminés. Ceci aboutit à deux populations de molécules : celles qui sont liées au réseau polymère ainsi formé in situ qui garde donc en mémoire la structure existante au moment de la gélification et celles, plus éloignées de la surface du réseau, libres, qui gardent la propriété de changer de structure quand la température change. Chaque population de molécule apportant sa contribution, cette méthode permet de dépasser le seuil habituel de lumière réfléchie, typiquement 80% dans les résultats reportés ici dans Nature Materials.
Cette voie d'élaboration originale, qui ne dépend pas du choix de la couleur de réflexion, a été mise en évidence dans le domaine infra‑rouge (de toute première importance pour la régulation thermique, les télécommunications et la furtivitéfurtivité). Un tel résultat permet d'envisager la possibilité de moduler et réfléchir la lumière sur une plus grande échelle, et d'offrir ainsi un plus grand nombre de niveaux de réflectivité. Les applications concernent le filtrage aussi bien passif qu'actif (quand la réflexion peut être modifiée par une tension électrique), tels les écrans plats réflecteurs sans polariseurs ou de futurs vitrages 'anti-caniculecanicule', permettant de gérer la lumière et la chaleurchaleur solaires.
Notes :
Les images sont disponibles à la photothèque du CNRS.
Références :
Going beyond the reflectance limit of cholesteric liquid crystals, Michel Mitov and Nathalie Dessaud, Nature Materials, 9 avril, 2006.
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Contacts :
Chercheur
Michel Mitov
TT 05 62 25 78 61
[email protected]
Presse
Isabelle Bauthian
T 01 44 96 46 06
[email protected]
par CNRS
le 13 avril 2006
