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Nanostrutures et optique – Nanophotonique dans la Nature


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Equipe

  • Membres permanents : Serge Berthier, Willy Daney de Marcillac
  • Chercheur émérite : Jacques Lafait
  • CDD : Edgar Attivissimo
  • Membre invitée : Doris Gomez  (CEFE)

 

Depuis plusieurs années, notre groupe travaille sur l’étude des structures photoniques naturelles. Ces structures ont été développées dans un contexte différent de celui des structures artificielles – celui de la sélection naturelle – et leur étude ouvre la voie à de nouvelles approches théoriques et expérimentales et à une nouvelle vision du développement d’un produit industriel.

En effet, lors du développement de dispositifs optiques (tels que les panneaux photovoltaïques ou solaires thermiques, les surfaces d’éclairage, les revêtements colorés, etc. Mais avec de tels systèmes, il est souvent nécessaire de répondre à de nombreuses autres contraintes. Cela nécessite des connaissances et un savoir-faire dans de nombreux domaines de la physique, autres que l’optique ou les matériaux, (chimie, ingénierie, thermique, tribologie…) et conduit souvent à des solutions complexes qui affectent fortement la fonction principale. Cette approche est à l’opposé de celle de la nature. Les structures naturelles sont construites sur trois principes fondamentaux :

  • elles sont multifonctionnelles,
  • leur architecture est complexe et généralement multi-échelle,
  • ils sont développés à partir d’un très petit nombre de composants, et tous ces paramètres sont optimisés.

Ainsi, le cœur de notre travail est le développement de structures photoniques et multifonctionnelles bio-inspirées. Elles sont ensuite orientées vers la transposition des approches naturelles – tant les concepts (désordre, multifonctionnalité…) que les structures elles-mêmes (Figure) – au développement de nanostructures à des fins diverses : énergie renouvelable, principalement solaire, effets de couleur, structures de détection, structures transparentes ou anti-reflets…

Figure : Transfert d’une nanostructure photonique super hydrophobe (échelle de Papilio Ulysse) sur une vitre.

Ces travaux sont donc répartis selon trois axes :

  • reproduction de surfaces structurées naturelles par des méthodes sol-gel et physiques (PVD),
  • modélisation et visualisation des effets optiques, caractérisation des effets désordonnés,
  • recherche de nouvelles structures et de nouveaux effets sur les structures thermochromiques et hygrochromiques, les structures photoniques hydrophobes, les structures absorbantes/émettrices, les structures photoniques anti-abrasives, les détecteurs de molécules…

 

Collaborations

  • Jacques Livage (CMCP)
  • Marianne Elias Institut de Systématique, Évolution, Biodiversité,(CNRS-MNHN)
  • Pascal Jean Lopez, Laboratoire de Biologie des Organismes et ecosystème aquatiques (BOREA)
  • Christophe Moulherat, Musée du quai Branly-Jacques Chirac
  • Chanel
  • CEBIOS (Centre d’excellence en Bio-inspiration de Senlis)

 

Financements

  • ANR Clearwing
  • Bourse HFSP (Transparency)

 

Publications

  • Serge Berthier, Bernd Schöllhorn, Willy de Marcillac, Nguyen Thi Phuong Lien, Camille Aracheloff. Exceptional Fluorescence Properties of Oriental Paper Wasp Nests” (2021) Journal of the Royal Society Interface. Accepté.
  • Doris Gomez, Charline Pinna, Jonathan Pairraire, Monica Arias, Jérôme Barbut, et al.. Transparency in butterflies and moths: structural diversity, optical properties and ecological relevance. 2020. ⟨hal-03012533⟩
  • Mónica Arias, Marianne Elias, Christine Andraud, Serge Berthier, Doris Gomez. Transparency improves concealment in cryptically coloured moths. Journal of Evolutionary Biology, Wiley, 2020, 33 (2), pp.247-252. ⟨10.1111/jeb.13560⟩. ⟨hal-02346924⟩Magali Thomé, Elodie Richalot, Serge Berthier. Light guidance in photonic structures of Morpho butterfly wing scales. Applied physics. A, Materials science & processing, Springer Verlag, 2020, 126 (10), ⟨10.1007/s00339-020-03948-x⟩. ⟨hal-03098652⟩
  • A. Gibaud, J. Villanova, O. Cherkas, A. Bulou, L. Kamtcheu Ouanssi, et al.. Analysis of diatoms by holotomography. Surfaces and Interfaces, Elsevier, 2019, 17, pp.100358. ⟨10.1016/j.surfin.2019.100358⟩. ⟨hal-02340161⟩
  • Hugo Gruson, Marianne Elias, Juan Parra, Christine Andraud, Serge Berthier, et al.. Distribution of iridescent colours in hummingbird communities results from the interplay between selection for camouflage and communication. 2020. ⟨hal-02372238v2⟩
  • Melanie Mcclure, Corentin Clerc, Charlotte Desbois, Aimilia Meichanetzoglou, Marion Cau, et al.. Why has transparency evolved in aposematic butterflies? Insights from the largest radiation of aposematic butterflies, the Ithomiini. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Royal Society, The, 2019, 286 (1901), pp.20182769. ⟨10.1098/rspb.2018.2769⟩. ⟨hal-02135513⟩
  • Hugo Gruson, Christine Andraud, Willy Daney de Marcillac, Serge Berthier, Marianne Elias, et al.. Quantitative characterization of iridescent colours in biological studies: a novel method using optical theory. Interface Focus, Royal Society publishing, 2019, Living light: optics, ecology and design principles of natural photonic structures, 9 (1), pp.20180049. ⟨10.1098/rsfs.2018.0049⟩. ⟨hal-01961448v2⟩
  • Ali Mcheik, Sophie Cassaignon, Jacques Livage, Alain Gibaud, Serge Berthier, et al.. Optical Properties of Nanostructured Silica Structures From Marine Organisms. Frontiers in Marine Science, Frontiers Media, 2018, 5, ⟨10.3389/fmars.2018.00123⟩. ⟨hal-01904909⟩