Les rayons X r\u00e9v\u00e8lent la structure des plumes de martin-p\u00eacheur avec un niveau de d\u00e9tail sans pr\u00e9c\u00e9dent<\/p>\n
Dans la Chine de la dynastie Qing, les artisans embellissaient des pi\u00e8ces d\u00e9coratives en incorporant des plumes iridescentes de martin-p\u00eacheur, une technique connue sous le nom de tian-tsui. Des scientifiques du Centre d’\u00e9tudes scientifiques sur les arts de l’Universit\u00e9 Northwestern ont utilis\u00e9 l’imagerie par rayons X \u00e0 haute \u00e9nergie pour obtenir une r\u00e9solution \u00e0 l’\u00e9chelle nanom\u00e9trique sans pr\u00e9c\u00e9dent de la structure unique de ces plumes, pr\u00e9sentant leurs d\u00e9couvertes lors de la r\u00e9union annuelle de l’Association am\u00e9ricaine pour l’avancement des sciences.<\/p>\n
Comme pr\u00e9c\u00e9demment rapport\u00e9, la nature est l’ultime nanofabricant. Les couleurs iridescentes brillantes des ailes de papillon, des bulles de savon, des opales ou des carapaces de scarab\u00e9es ne proviennent d’aucune mol\u00e9cule de pigment mais de leur structure, des cristaux photoniques naturels. Dans la nature, les \u00e9cailles de chitine (un polysaccharide commun aux insectes), par exemple, sont dispos\u00e9es comme des tuiles de toit. Essentiellement, elles forment un r\u00e9seau de diffraction, sauf que les cristaux photoniques ne produisent que des couleurs sp\u00e9cifiques, ou des longueurs d’onde, de lumi\u00e8re, tandis qu’un r\u00e9seau de diffraction produira tout le spectre, un peu comme un prisme. Dans le cas des plumes de martin-p\u00eacheur, la couleur est due aux cr\u00eates microscopiques qui recouvrent les rang\u00e9es parall\u00e8les de brins de k\u00e9ratine qui poussent le long de la tige centrale.<\/p>\n
\u00c9galement connus sous le nom de mat\u00e9riaux \u00e0 bande interdite photonique, les cristaux photoniques sont accordables, ce qui signifie qu’ils sont pr\u00e9cis\u00e9ment ordonn\u00e9s pour bloquer certaines longueurs d’onde de lumi\u00e8re tout en laissant passer d’autres. Modifiez la structure en changeant la taille des tuiles, et les cristaux deviennent sensibles \u00e0 une longueur d’onde diff\u00e9rente. Ils sont utilis\u00e9s dans les communications optiques comme guides d’ondes et commutateurs, ainsi que dans les filtres, les lasers, les miroirs et divers dispositifs furtifs antireflet.<\/p>\n
Le po\u00e8te du 19e si\u00e8cle Gerard Manley Hopkins a rendu hommage au plumage brillant du martin-p\u00eacheur dans son po\u00e8me As Kingfishers Catch Fire, mais les po\u00e8tes et artistes chinois en faisaient l’\u00e9loge bien avant cela. Le tian-tsui (piquer avec des martins-p\u00eacheurs) est un exemple parfait de la valeur accord\u00e9e aux plumes. Les plumes \u00e9taient d\u00e9coup\u00e9es et coll\u00e9es sur de l’argent dor\u00e9 et utilis\u00e9es comme incrustations pour des objets comme des \u00e9ventails, des \u00e9pingles \u00e0 cheveux, des paravents et des panneaux, ou des coiffes, soigneusement orient\u00e9es en motifs complexes pour rehausser les teintes \u00e9blouissantes. Les plumes \u00e9taient si populaires, en fait, que les populations de martins-p\u00eacheurs ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9clar\u00e9es en danger apr\u00e8s la R\u00e9volution communiste chinoise. Le dernier atelier de tian-tsui a ferm\u00e9 en 1933.<\/p>\n
Une nanostructure spongieuse<\/p>\n
L’\u00e9quipe de Northwestern a commenc\u00e9 \u00e0 examiner les plumes de martin-p\u00eacheur dans les objets tian-tsui via la postdoctorante Madeline Meier, qui a une formation en chimie et en nanostructures, et souhaitait combiner cette expertise avec des \u00e9tudes du patrimoine culturel. La premi\u00e8re \u00e9tape consistait \u00e0 identifier les esp\u00e8ces d’oiseaux qui ont fourni les plumes utilis\u00e9es dans les paravents et panneaux de la dynastie Qing, ainsi que d’autres mat\u00e9riaux utilis\u00e9s. Les chercheurs ont soigneusement gratt\u00e9 les couches sup\u00e9rieures et imag\u00e9 les plumes avec la microscopie \u00e9lectronique \u00e0 balayage pour mieux observer la nanostructure sous-jacente. L’imagerie hyperspectrale a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 comment diff\u00e9rentes zones des paravents absorbaient et r\u00e9fl\u00e9chissaient la lumi\u00e8re.<\/p>\n
L’\u00e9quipe a \u00e9galement utilis\u00e9 le partenariat du centre avec le Field Museum de Chicago, comparant les plumes des paravents avec la vaste collection d’esp\u00e8ces d’oiseaux naturalis\u00e9s du mus\u00e9e. Les paravents et panneaux contenaient des plumes de martins-p\u00eacheurs communs et de martins-p\u00eacheurs \u00e0 coiffe noire, ainsi que de canards colverts (utilis\u00e9s pour ajouter des teintes vertes). Enfin, la fluorescence X et la spectroscopie infrarouge \u00e0 transform\u00e9e de Fourier leur ont permis de cr\u00e9er une carte des divers produits chimiques utilis\u00e9s dans la dorure, les pigments, les colles et autres mat\u00e9riaux.<\/p>\n
Plus r\u00e9cemment, le laboratoire s’est associ\u00e9 au Laboratoire national d’Argonne et a utilis\u00e9 le rayonnement synchrotron pour obtenir une vue encore meilleure de la nanostructure des plumes de martin-p\u00eacheur. Le rayonnement synchrotron diff\u00e8re des rayons X conventionnels en ce qu’il s’agit d’un faisceau mince de rayons X de tr\u00e8s haute intensit\u00e9 g\u00e9n\u00e9r\u00e9 dans un acc\u00e9l\u00e9rateur de particules. Les \u00e9lectrons sont tir\u00e9s dans un acc\u00e9l\u00e9rateur lin\u00e9aire (linac), obtiennent une acc\u00e9l\u00e9ration dans un petit synchrotron et sont inject\u00e9s dans un anneau de stockage, o\u00f9 ils filent \u00e0 une vitesse proche de celle de la lumi\u00e8re. Une s\u00e9rie d’aimants plie et focalise les \u00e9lectrons, et dans le processus, ils \u00e9mettent des rayons X, qui peuvent ensuite \u00eatre focalis\u00e9s le long de lignes de faisceau.<\/p>\n
Cela le rend id\u00e9al pour l’imagerie non invasive, car en g\u00e9n\u00e9ral, plus la longueur d’onde utilis\u00e9e est courte (et plus l’\u00e9nergie de la lumi\u00e8re est \u00e9lev\u00e9e), plus les d\u00e9tails que l’on peut imager et\/ou analyser sont fins. C’est devenu une technique populaire pour imager des artefacts arch\u00e9ologiques fragiles sans les endommager, comme les coiffes de la dynastie Qing avec des incrustations de plumes de martin-p\u00eacheur. Dans ce cas, l’imagerie a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que les cr\u00eates microscopiques des plumes ont une forme sous-jacente semi-ordonn\u00e9e, poreuse et spongieuse qui r\u00e9fl\u00e9chit et diffuse la lumi\u00e8re, donnant ainsi aux plumes leurs teintes glorieusement brillantes.<\/p>\n
Admir\u00e9es depuis longtemps dans la po\u00e9sie et l’art chinois, les plumes de martin-p\u00eacheur ont des propri\u00e9t\u00e9s optiques \u00e9tonnantes, a d\u00e9clar\u00e9 la coauteure Maria Kokkori. Nos d\u00e9couvertes am\u00e9liorent non seulement notre compr\u00e9hension des mat\u00e9riaux historiques, mais remod\u00e8lent \u00e9galement notre fa\u00e7on de penser l’innovation artistique et scientifique, et l’avenir des mat\u00e9riaux durables.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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