Des chercheurs ont mis au point une nouvelle peinture économe en énergie qui repousse la chaleur, est disponible dans n’importe quelle couleur et devrait durer des siècles. C’est aussi la peinture la plus légère créée à ce jour.
Inspirée des ailes de papillon, cette peinture n’est pas faite de pigment. Au lieu de cela, la couleur est créée structurellement par l’arrangement des nanoparticules. L’équipe l’appelle “peinture plasmonique”.
D’après leurs calculs, il ne faudrait que 1,4 kilogramme (3 livres) de peinture plasmonique pour recouvrir un Boeing 747 – il faudrait au moins 454 kilogrammes (1 000 livres) de peinture commerciale conventionnelle pour faire de même.
Cela signifie qu’il pourrait réduire considérablement la quantité de gaz à effet de serre nécessaire au vol.
Pour être clair, cette peinture n’a été créée qu’en laboratoire, nous sommes donc loin de la produire en masse.
Mais les chercheurs ont déjà fabriqué la peinture dans différentes couleurs en utilisant des techniques qui peuvent facilement être étendues, et c’est sur cela qu’ils travailleront ensuite.
Peinture plasmonique peinte sur des ailes de papillon en métal. (Université de Floride centrale)
L’un des principaux facteurs de motivation pour mettre cette peinture sur le marché est qu’elle peut également aider à garder les structures plus fraîches : la structure de la peinture plasmonique reflète l’intégralité du spectre infrarouge, de sorte que moins de chaleur est absorbée.
Les chercheurs disent que les surfaces sous la nouvelle peinture restent 13 à 16 degrés Celsius (25 à 30 degrés Fahrenheit) plus froides que si elles étaient recouvertes de peinture commerciale ordinaire.
“Plus de 10% de l’électricité totale aux États-Unis est destinée à l’utilisation des climatiseurs”, explique le nanoscientifique Debashis Chanda de l’Université de Floride centrale, qui a dirigé l’équipe qui a créé la peinture.
“La différence de température promise par la peinture plasmonique entraînerait d’importantes économies d’énergie. Utiliser moins d’électricité pour le refroidissement réduirait également les émissions de dioxyde de carbone, atténuant ainsi le réchauffement climatique.”
Actuellement, les peintures à base de pigments nécessitent des molécules spécifiques pour construire la couleur, et généralement, dans les peintures modernes, ces pigments sont synthétisés artificiellement.
Les propriétés électroniques de chaque molécule contrôlent la quantité de lumière absorbée et, par conséquent, la couleur de la peinture. Cela signifie qu’il doit y avoir un nouveau pigment pour chaque nouvelle couleur de peinture.
Au lieu de cela, la peinture plasmonique utilise les nanoparticules de deux matériaux incolores – l’aluminium et l’oxyde d’aluminium. En les disposant de différentes manières sur un miroir en aluminium revêtu d’oxyde, il est possible de contrôler la manière dont la lumière est diffusée, réfléchie ou absorbée.
Un processus similaire est responsable de la riche couleur des ailes de papillon.
“La gamme de couleurs et de teintes dans le monde naturel [is] étonnantes – des fleurs colorées, des oiseaux et des papillons aux créatures sous-marines comme les poissons et les céphalopodes », explique Chanda.
“La couleur structurelle sert de mécanisme primaire de génération de couleur dans plusieurs espèces extrêmement vives où l’arrangement géométrique de deux matériaux généralement incolores produit toutes les couleurs. D’autre part, avec [human-made] pigment, de nouvelles molécules sont nécessaires pour chaque couleur présente.”
Comparaison de la couleur moléculaire des fleurs (A) et de la diffusion structurelle observée sur les ailes de papillon (B). (C) montre de la peinture plasmonique appliquée sur un papillon métallique. (Chanda et al., Science Advances, 2023)
La couleur structurelle est ce qui rend la peinture si légère – avec une épaisseur de seulement 150 nanomètres, la peinture atteint une coloration complète, ce qui en fait la peinture la plus légère jamais enregistrée.
Dans cette recherche, l’équipe a créé la peinture structurelle à l’aide d’un évaporateur à faisceau d’électrons qui chauffe une substance à une vitesse hautement contrôlée.
Cette évaporation contrôlée permet à de petits groupes de nanoparticules d’aluminium de s’auto-assembler – les atomes d’aluminium sont plus attirés les uns vers les autres que le substrat d’oxyde sur lequel ils poussent, de sorte qu’ils s’agglutinent naturellement.
En ajustant la pression et la température de l’évaporateur à faisceau d’électrons, l’équipe peut créer des structures qui reflètent différentes couleurs.
“Essentiellement, ce processus à pression et température contrôlées garantit une reproductibilité élevée sur de vastes zones en une seule étape, réduisant le coût de production et permettant une fabrication à grande échelle”, écrit l’équipe dans son article.
Les chercheurs ont également combiné leurs flocons de couleur structurelle avec un liant commercial, ce qui signifie que la peinture durera des centaines d’années, du moins en théorie.
“La couleur normale s’estompe parce que le pigment perd sa capacité à absorber les photons”, explique Chanda.
“Ici, nous ne sommes pas limités par ce phénomène. Une fois que nous peignons quelque chose avec une couleur structurelle, cela devrait rester pendant des siècles.”
Ce n’est pas le premier nouveau type de peinture à promettre des propriétés incroyables. Beaucoup d’entre vous ont entendu parler du Vantablack, l’une des peintures les plus noires au monde, capable d’absorber 99,96 % de la lumière.
Semblable à la peinture plasmonique, cette super noirceur est le résultat de minuscules nanotubes de carbone, et des peintures encore plus noires ont été créées sur la base de la même méthode depuis.
Il existe également une peinture ultra-blanche, qui reflète 98,1 % de toute la lumière et promet de réduire considérablement les besoins en climatisation. Mais contrairement à la peinture plasmonique, la peinture ultra-blanche repose sur des pigments pour réfléchir la lumière, et le Vantablack n’existe actuellement qu’en une seule couleur.
Pourtant, il reste encore un long chemin à parcourir avant que nous personnalisions tous nos propres couleurs de peinture plasmonique et n’utilisions qu’une seule petite boîte pour peindre une maison entière.
“La peinture pigmentée conventionnelle est fabriquée dans de grandes installations où l’on peut produire des centaines de gallons de peinture”, explique Chanda.
“Pour le moment, à moins que nous ne passions par le processus de mise à l’échelle, il est encore coûteux de produire dans un laboratoire universitaire.”
La recherche a été publiée dans Science Advances.
