Raphaël Kay, Adrian So
Le calmar et plusieurs autres céphalopodes peuvent changer rapidement les couleurs de leur peau, grâce à la structure unique de cette peau. Les ingénieurs de l’Université de Toronto se sont inspirés du calmar pour créer un prototype de “fenêtres liquides” qui peuvent modifier la longueur d’onde, l’intensité et la distribution de la lumière transmise à travers ces fenêtres, économisant ainsi considérablement sur les coûts énergétiques. Ils ont décrit leur travail dans un nouvel article publié dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.
“Les bâtiments utilisent une tonne d’énergie pour chauffer, refroidir et éclairer les espaces à l’intérieur”, a déclaré le co-auteur Raphael Kay. “Si nous pouvons contrôler stratégiquement la quantité, le type et la direction de l’énergie solaire qui pénètre dans nos bâtiments, nous pouvons réduire considérablement la quantité de travail que nous demandons aux radiateurs, aux refroidisseurs et aux lumières.” Kay aime penser que les bâtiments sont des organismes vivants qui ont aussi une « peau », c’est-à-dire une couche extérieure de façades et de fenêtres extérieures. Mais ces caractéristiques sont en grande partie statiques, ce qui limite la capacité d’optimisation du “système” du bâtiment dans des conditions ambiantes changeantes.
L’installation de stores qui peuvent s’ouvrir et se fermer est un moyen grossier d’alléger la charge sur les systèmes d’éclairage et de chauffage/refroidissement. Les fenêtres électrochromatiques qui changent d’opacité lorsqu’une tension est appliquée sont une option plus sophistiquée. Mais, selon Kay, ces systèmes sont coûteux et ont des processus de fabrication compliqués et une gamme limitée d’opacités. Il n’est pas non plus possible d’ombrager une partie d’une vitre mais pas une autre.
Ils se sont donc tournés vers la nature pour trouver l’inspiration. L’année dernière, les ingénieurs de Toronto ont construit un système avec des réseaux de cellules optofluidiques inspirées des arthropodes marins, tels que le krill, les crabes et les poissons comme le tilapia, qui peuvent disperser et collecter des granules de pigment dans leur peau pour changer leur couleur et leur nuance. Ces cellules prototypes consistaient en une fine couche d’huile minérale entre deux feuilles de plastique transparentes. L’injection d’un peu d’eau contenant un pigment ou un colorant à travers un tube relié au centre de la cellule crée une floraison de couleur. La forme du bloom est liée au débit, qui peut être contrôlé par une pompe numérique. Un faible débit produit des efflorescences circulaires ; des débits plus rapides créent des schémas de ramification complexes :
Dans ces prototypes de cellules optofluidiques inspirées des peaux de tilapia, de krill et de crabe, l’injection de colorant à différents débits conduit à différents schémas de ramification. Crédit : Raphaël Kay, Charlie Katrycz.
La peau du calmar est translucide et comporte une couche externe de cellules pigmentaires appelées chromatophores qui contrôlent l’absorption de la lumière. Chaque chromatophore est attaché aux fibres musculaires qui tapissent la surface de la peau, et ces fibres, à leur tour, sont reliées à une fibre nerveuse. Il suffit de stimuler ces nerfs avec des impulsions électriques, ce qui provoque la contraction des muscles. Et parce que les muscles tirent dans des directions différentes, la cellule se dilate, ainsi que les zones pigmentées, changeant de couleur. Lorsque la cellule rétrécit, les zones pigmentées aussi.
Sous les chromatophores, il y a une couche séparée d’iridophores. Contrairement aux chromatophores, les iridophores ne sont pas à base de pigments mais sont un exemple de couleur structurelle, similaire aux cristaux dans les ailes d’un papillon, sauf que les iridophores d’un calmar sont dynamiques plutôt que statiques. Ils peuvent être réglés pour refléter différentes longueurs d’onde de lumière. Un article de 2012 a suggéré que cette couleur structurelle réglable dynamiquement des iridophores est liée à un neurotransmetteur appelé acétylcholine. Les deux couches travaillent ensemble pour générer les propriétés optiques uniques de la peau de calmar.
