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Un revêtement en graphène inspiré des écailles de poisson

Alexane Roupioz

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Un revêtement en graphène inspiré des écailles de poisson

Inspiré du phénomène d’iridescence, un revêtement à base de graphène change de couleur lorsqu’il se déforme à l’échelle microscopique. L’interaction entre les multicouches de graphène et la lumière est modifiée sous l’effet d’une contrainte mécanique.

On connaissait les fenêtres autonettoyantes plagiant les propriétés hydrophobes des feuilles de lotus, le velcro inspiré des crochets des fruits de la bardane ou encore les combinaisons de plongée imitant la peau de requin. La liste des technologies biomimétiques s’allonge avec un revêtement en graphène capable de changer de couleur lorsqu’il se déforme ou se fissure sous l’effet d’une contrainte mécanique. Pour mettre au point ce revêtement, une équipe de chercheurs de l’Institut Leibniz de recherche sur les polymères (Allemagne) s’est inspirée de l’iridescence naturelle des écailles de poissons.

Dans la nature, les changements de couleurs des écailles de poissons, des plumes d’oiseaux ou de la peau de certains céphalopodes sont dus à l’interaction de la lumière avec des structures photoniques périodiques à l’échelle nanométrique. Pour imiter cela, les chercheurs ont synthétisé par exfoliation de carbone en phase liquide des flocons de graphène en plusieurs couches de différentes taille et épaisseur. Puis grâce à une méthode de dépôt semblable à une chute des dominos, ils ont obtenu un revêtement au sein duquel ces structures de graphène se chevauchent parallèlement les unes aux autres. « Les étapes de synthèse sont respectueuses de l’environnement : elles ont lieu en milieu aqueux et à température ambiante », souligne Shang-Lin Gao, l’un des auteurs de l’étude. Quand le matériau est soumis à une déformation mécanique, il peut se courber ou se fissurer localement.  A cet endroit, la lumière incidente est réfléchie par les flocons de graphène avec un angle différent du reste de la surface. La lumière réfléchie a une longueur d’onde différente donc le revêtement change de couleur ponctuellement. Rouge à l’origine, il vire au jaune lorsque la surface se courbe, puis au vert quand elle se fissure.

Lorsqu’elles vieillissent, les structures construites par l’homme peuvent se fissurer à l’échelle microscopique, puis se rompre sous l’effet d’un stress mécanique brutal et soudain. Ce revêtement pourrait permettre de repérer des signes avant-coureurs de défaillances notamment dans les infrastructures, l’aéronautique et l’industrie navale. « Des recherches et des investissements sont encore nécessaires pour déterminer si ce traitement peut résister en conditions réelles, et s’il peut être utilisé à grande échelle », précise le scientifique.

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