Une avancée en science des matériaux et en nanotechnologie
Une équipe de chercheurs de l'Université de Sheffield (University of Sheffield) au Royaume-Uni a réussi à reconstituer la recette verrière originale de la « coupe de Lycurgus » (Lycurgus Cup), un vase romain unique datant d'environ 400 après J.-C. et caractérisé par sa propriété dichroïque (Dichroic glass). Cette propriété permet au verre de changer de couleur selon la direction de la lumière qui l'éclaire ; il apparaît vert lorsqu'il est éclairé de l'avant par une lumière réfléchie, tandis qu'il devient rouge foncé lorsqu'il est éclairé de l'arrière par une lumière transmise.
Cet effet visuel saisissant, considéré comme l'une des merveilles de l'ancienne industrie verrière, est dû à la présence de nanoparticules très infimes d'or et d'argent dans la structure du verre. Les chercheurs Lisa Hollands et Caroline Jackson, en collaboration avec le verrier Elliott Walker, ont réussi à transformer cette découverte scientifique en une sculpture en verre moderne qui simule l'effet visuel historique avec une précision extrême.
Comment fonctionnait l'ancienne technologie romaine ?
Le mécanisme de changement de couleur n'a été scientifiquement compris qu'en 2007, lorsque les chercheurs ont découvert que les artisans romains ajoutaient des quantités microscopiques d'argent et d'or moulus au mélange lors de la fusion de la silice (le sable). Les sels contenant des fractions d'or et d'argent provoquent l'agglomération des atomes pendant le processus de fusion et la formation de nanoparticules au sein de la structure du verre.
Ces nanoparticules influencent la façon dont les électrons vibrent à l'intérieur du verre en réponse à la lumière incidente, modifiant l'angle de diffusion de la lumière et la longueur d'onde visible en fonction de la position de l'observateur et de la source lumineuse. Ce phénomène est similaire à la structure micro-réticulaire découverte dans les cristaux photoniques naturels, tels que ceux présents sur les ailes de papillons ou dans les opales précieuses.
Défis de l'élaboration de la recette en laboratoire
Malgré des tentatives antérieures d'incarner ce phénomène à l'aide de matériaux nanocomposites tridimensionnels, l'obtention d'une recette verrière stable et reproductible est longtemps restée un obstacle pour les scientifiques. Cette nouvelle réalisation a nécessité des recherches intensives ayant testé différents types de fours de fusion, niveaux d'oxygène et ingrédients ajoutés pour contrôler les réactions chimiques.
- Contrôle des nanoparticules : Il a fallu inclure les nanoparticules directement à l'intérieur de la matière verrière et non pas sous forme de couche superficielle externe.
- Ajustement des réactions chimiques : Réalisation de multiples expériences pour atteindre la taille et la forme idéales des nanoparticules au sein du mélange.
- Applications modernes : Ces recherches s'inscrivent dans le cadre d'initiatives technologiques visant à développer de nouveaux matériaux exploitant les propriétés de la lumière pour bâtir des technologies durables.
Pourquoi cette application scientifique est-elle importante ?
L'importance de cette réalisation ne se limite pas aux aspects historiques et artistiques, mais s'étend aux applications de la nanotechnologie moderne et au domaine de la photonique (Photonics). Comprendre comment les nanoparticules diffusent la lumière permet d'améliorer l'efficacité des matériaux optiques, de développer des capteurs de précision et de concevoir de nouveaux écrans et technologies d'affichage basés sur des matériaux avancés. La sculpture en verre moderne sera exposée à l'Institut de Sheffield et au Musée du verre Turner pour permettre au public et aux chercheurs de l'étudier et de l'examiner.