Les structures de la cellulose végétale détiennent le secret de la couleur éblouissante
Les pigments interférentiels sont souvent utilisés pour donner aux voitures un aspect métallique chic ou encore un éclat séduisant aux rouges à lèvres. Généralement créés en superposant des couches d’oxyde métallique, ils génèrent de la couleur par interférence de la lumière diffusée à l’interface de leurs nanostructures. «Les pigments interférentiels sont différents des pigments basés sur l’absorption de la lumière, d’où leur aspect métallique», explique Silvia Vignolini, coordinatrice du projet PixCell, professeure en chimie et biomatériaux à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. «L’interférence lumineuse est également responsable de la couleur qui apparaît dans une bulle de savon — observée dans un verre, l’eau est incolore, mais sur une très fine couche, les couleurs sont facilement reconnaissables.»
Que la lumière soit
L’industrie des pigments s’est longtemps appuyée sur l’utilisation de colorants synthétiques complexes ou de particules inorganiques pour produire des couleurs et des effets visuels comme les reflets, la luminosité et la brillance. Cependant, le fait que ces pigments soient souvent produits à partir de matériaux inorganiques qui peuvent être difficiles à trouver reste un défi pour l’industrie. Le dioxyde de titane, qui peut être nocif à des niveaux élevés, est également largement utilisé pour de nombreux pigments. «Une alternative pour les entreprises qui cherchent à être plus vertes consiste à créer des structures de pigments interférentiels avec de la cellulose végétale», explique Silvia Vignolini. «En réalité, de nombreuses plantes produisent des couleurs grâce à des nanostructures naturelles.» Dans certains fruits et certaines feuilles par exemple, les fibres de cellulose sont assemblées à l’échelle nanométrique en structures qui réfléchissent intensément la lumière bleue. La réplication du processus d’assemblage naturel au sein de la cellule végétale et son intégration dans les matériaux pourraient être la clé du développement d’une gamme de pigments photoniques à base de cellulose. Le projet PixCell a cherché à approfondir ce concept à deux égards. Il a dans un premier temps identifié les sources durables et renouvelables possibles pour la cellulose, comme le bois laissé par l’industrie de la fabrication du papier. Il a ensuite démontré que la méthode brevetée par le projet de contrôle de l’assemblage de nanocristaux de cellulose pour produire des pigments photoniques pouvait être étendue aux niveaux de fabrication. Un avantage clé de cette approche de l’industrie est que la technique peut être facilement adaptée aux technologies d’émulsion industrielle existantes. «Dans un précédent projet financé par le Conseil européen de la recherche, SeSaMe, nous avons découvert que les nanocristaux de cellulose naturels sont capables d’émettre une couleur spécifique», ajoute Silvia Vignolini. «Avec PixCell, nous voulions tirer parti de cette découverte et en faire un pigment.»
Forger des liens avec l’industrie
La mise à l’échelle a permis au projet de produire suffisamment de matériau à envoyer à des partenaires industriels potentiels. Ces entreprises, dans des domaines allant de l’automobile à la cosmétique, ont ensuite pu le tester dans leurs propres formulations. «Toute industrie qui utilise la couleur peut devenir un utilisateur final potentiel», déclare Silvia Vignolini. «Par exemple, nous avons travaillé avec des sociétés d’impression intéressées par l’utilisation de pigments interférentiels comme encre pour des produits tels que des étiquettes fantaisie.» Silvia Vignolini pense que cette solide collaboration et cet échange de savoir-faire noués avec l’industrie constitue peut-être la plus grande réussite du projet. «Nous avons travaillé en étroite collaboration avec de nombreuses entreprises tout au long du projet et avons pu générer des connaissances et une prise de conscience sur cette nouvelle technologie et apprendre les processus industriels pertinents», explique-t-elle. L’équipe du projet réfléchit actuellement à la création d’une société dérivée pour accompagner la transition vers la commercialisation. «En tant que laboratoire de recherche, cette partie du voyage est difficile», note-t-elle. «Nous devons mettre en place une chaîne d’approvisionnement et être également réalistes quant au temps nécessaire pour porter cette innovation sur le marché. Néanmoins, notre preuve de concept a constitué une étape importante pour démontrer l’évolutivité de la technologie.»
Mots‑clés
PixCell, nanostructure, pigment, couleur, oxyde métallique, métallique, cosmétiques, automobile
