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L'iridescence chez les papillons


    Phénomène fréquent dans la nature, l'iridescence se rencontre notamment chez les insectes (papillons, coléoptères...), les oiseaux, les poissons ou les céphalopodes...
A l'origine de couleurs plus merveilleuses les unes que les autres, l'iridescence n'en est pas pour autant un luxe. Ses couleurs, fruit d'une longue évolution, sont très importantes à la survie de nombreuses espèces, que ce soit pour attirer un partenaire ou faire fuir un prédateur (les signaux ne sont pas perçus de la même façon selon les espèces).
Mais comment se forment ces couleurs?

  • La structure des ailes des papillons

   Une aile de papillon est constituée de deux membranes accolées, organisée par un réseau de nervures, caractéristique de chaque espèce (très visibles chez les piérides, par exemple). Sur les deux faces, l'aile est recouverte d'écailles.
Ces écailles, elles-mêmes constituées de chitine, ont plusieurs rôles, parmi lesquels celui qui nous intéresse : support de la couleur et des motifs chromatiques. Leur forme, leur taille et disposition influe sur le rendu des couleurs.
Les écailles dont la structure induit la couleur sont dites structurales, les autres contiennent des pigments.
-Chez les Uraniidae, les écailles de fond contiennent des pigments, et forment un écran noir. Sur cet écran se détachent les écailles -structurales- de recouvrement.
-Chez les Morphidae, les écailles de fond sont elles structurales, tandis que les écailles de recouvrement laissent passer la lumière.
   Les écailles structurales présentent, sur leur face supérieure, un réseau de stries parallèles à l'écaille (présence parfois de contre-stries perpendiculaires). Ces stries présentent toutes une structure commune simple, modulable à loisir. 
Elles sont composées de lamelles qui se superposent comme des tuiles, se recouvrant plus ou moins selon les espèces, mais toujours de telle façon, que le nombre de couches soit constant.
Les écailles pigmentaires montrent des contre stries marquées et régulières, qui forment une structure alvéolaire, responsable (conjointement au pigment logé dans l'alvéole) de l'absorption ou de la diffusion des écailles de fond.
   La membrane supérieure de l'écaille est structurée en couches (jusqu'à six ou sept), entre lesquelles une circulation gazeuse est possible.

  • Les Uraniidae : couleurs interférentielles

   Des deux types d'écailles des Uraniidaes, un seul réfléchit la lumière : les écailles structurales de recouvrement. Celles-ci ressemblent à des vagues, sur les crêtes desquelles vient se réfléchir la lumière. Mais les interférences se créent en fait à l'intérieur des écailles.
Elles résultent d'un empilement de couches alternées d'air et de chitine, formant un réseau multicouche. Ce réseau fonctionne comme un miroir à facettes, qui renvoient chacune la lumière dans une seule direction, différente pour chaque. Les rayons ainsi renvoyés interfèrent entre eux (voir la figure : les interférences).

Les interférences de couches minces

Deux ondes sont en phase lorsque les interférences sont constructives.
Si les interférences sont destructives, la couleur correspondante disparaît.

  • Les Morphidae : diffraction et interférences

   On retrouve chez les Morphos les deux couches d'écailles mais, on l'a vu plus haut, les écailles de fond sont ici structurales (et source de couleur), tandis que les écailles de recouvrement sont transparentes ou atrophiées. Elles sont d'ailleurs responsables des différences d'éclat remarquées entre les différents Morphos (rôle de modulateur).
Les écailles de fond sont remarquables par la structure de leurs stries. Elles résultent, comme pour les écailles des Uraniidaes, d'un empilement de couches de chitines, qui forme un réseau de réflexion. Mais, les écailles étant ici rectangulaires et non convexe, ce réseau agit ici comme un miroir unique et non à facettes, et surtout disperse la lumière, au lieu de la renvoyer dans une seule direction(*)
Ce miroir est bien sûr sélectif, puisque seules les couleurs interférant de manière constructive (voir plus haut) dans les couches sont diffractées. 
   Autre point commun avec les Uraniidaes, le contraste est accentué par un fond sombre, du ici aux écailles ventrales, pigmentaires chez les Morphos.

 

  • La diffusion

   C'est le phénomène le plus répandu chez nos papillons des régions tempérées : Piérides (blanches) ou Argus (bleus)...
L'origine de le diffusion se trouve une fois de plus dans les stries, ou plutôt les contre-stries qui sont ici très développées. Ce développement occasionne la formation de cases.
   Chez la piéride, ces compartiments abritent des particules diffusantes (pigment, ici la ptérine).
   L'Argus, quand à lui, se présente comme le négatif de la piéride. En effet, les écailles ne présentent aucune inclusion, et le fond des "cellules" est tapissé d'une structure aérienne en éponge. Cette structure diffuse mal les grandes longueurs d'onde, alors que les petites (bleues ou violettes) le sont beaucoup mieux. Mais l'intensité et la pureté du bleu restent bien inférieures à celles obtenues par les Morphos.

( Ceux qui arrivent au bout et qui ont tout compris ont droit à une barbe à papa! )

  • Bienfaiteurs de la science...

   L'étude et la compréhension des propriétés optiques des ailes des papillons, ainsi que la reproduction des phénomènes observés ont beaucoup apporté à l'optique.
  Les réflecteurs des lampes halogènes et chirurgicales, par exemple, ne reflètent pas les rayonnements infrarouges (et donc ne chauffent pas). C'est une application des phénomènes observés sur les ailes des Uraniidaes.
On utilise également l'iridescence, notamment dans le textile ou la peinture (en incluant des particules enrobées), ainsi que pour empêcher la reproduction des billets de banque...
   Les morphos, quand à eux, ont inspiré les cristaux photoniques, constituants importants des composants intégrés des ordinateurs, téléphones, lasers... et les piérides les vernis et autres peintures, qui influent à la fois sur la couleur et le brillant.
Comme souvent, les insectes, et avec eux la Nature, sont en avance d'une longueur sur les techniques du futur. Peut-être que les étudier un peu plus accélèrerait les découvertes?

 


Lexique :

couleur : résultat de l'interaction entre la lumière et une structure, atomique ou moléculaire.

couleur pigmentaire : absorption ou réflexion sélective d'une partie de la lumière par une molécule (un pigment).

couleur physique ou structurale : interférence, diffraction, diffusion, réfraction.

chitine : polysaccharide, constituant principal des téguments ("carapace") des insectes, crustacés...

* le message envoyé par ces écailles doit justement être vu de partout (entre mâles), c'est pourquoi la lumière est diffractée, alors qu'elle est réfléchie chez les Uraniidaes.
  

 
     
 

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