Simuler les étonnants effets visuels des surfaces nanostructurées

La vision s’enrichit de nombreux effets parfois spectaculaires comme l'iridescence créée par les ailes de papillons, les plumages vivement colorés chez les oiseaux, ou la couleur de certains fruits. Ces effets proviennent pour la plupart d'interférences créés par des nanostructures présentes en surface. S’inspirant de la nature, une grande variété de « couleurs structurelles » ont ainsi été reproduites en gravant la matière à l’échelle nanométrique. Toutefois, la couleur n’est qu’un des nombreux attributs de l’apparence visuelle. Le brillant et la translucidité sont tout aussi essentiels pour notre perception qui dépend également de la forme des objets et de leur environnement lumineux. Autant d’aspects qui ont été négligés jusqu’à présent dans les nombreux travaux consacrés à l’apparence des matériaux nanostructurés.

Dans cette étude publiée dans la revue Nature Materials, les auteurs ont développé un outil numérique mêlant simulation électromagnétique, modèle de diffusion multiple et synthèse d’images afin de prédire l’apparence visuelle d’objets macroscopiques nanostructurés en surface, ou métasurfaces, dans des environnements lumineux réalistes. Cet outil a permis de montrer que des métasurfaces désordonnées constituées de nanorésonateurs avaient des effets visuels impressionnants. Par exemple, des taches de couleurs semblent glisser sur l’objet à mesure que l’observateur change son angle de vue. Ce travail a été réalisé grâce à des collaborations entre différentes équipes du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N, CNRS/IOGS/Univ. de Bordeaux) et la plateforme Renatech.

Pour parvenir à un tel résultat, les chercheurs ont dû travailler à plusieurs échelles. A l’échelle nanoscopique afin de simuler le comportement des rayons lumineux vis-à-vis des nanostructures. A l’échelle intermédiaire, mésoscopique, pour reproduire les interactions existantes entre les nanostructures. Et enfin à l’échelle macroscopique ce qui a permis de générer des images simulant les effets visuels ainsi obtenus. Le tour de force de cette étude a consisté à lier ensemble les résultats obtenus à chaque niveau.

Ces travaux pourraient contribuer à la mise au point de verres intelligents (écrans transparents …), à la lutte contre la contrefaçon de documents ou cartes bancaires, ou encore à la fabrication de revêtements d’objets de luxe.