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Jan 17, 2024

La peau de calmar inspire de nouvelles « fenêtres liquides » pour de plus grandes économies d’énergie

Jennifer Ouellette - 2 février 2023 21h01 UTC Les calmars et plusieurs autres céphalopodes peuvent rapidement changer les couleurs de leur peau, grâce à la structure unique de cette peau. Ingénieurs à l'Université de

Jennifer Ouellette - 2 février 2023 21h01 UTC

Le calmar et plusieurs autres céphalopodes peuvent rapidement changer les couleurs de leur peau, grâce à la structure unique de cette peau. Des ingénieurs de l'Université de Toronto se sont inspirés du calmar pour créer un prototype de « fenêtres liquides » capables de modifier la longueur d'onde, l'intensité et la distribution de la lumière transmise à travers ces fenêtres, économisant ainsi considérablement sur les coûts énergétiques. Ils ont décrit leur travail dans un nouvel article publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences.

"Les bâtiments utilisent une tonne d'énergie pour chauffer, refroidir et éclairer les espaces qu'ils contiennent", a déclaré le co-auteur Raphael Kay. « Si nous pouvons contrôler stratégiquement la quantité, le type et la direction de l’énergie solaire qui pénètre dans nos bâtiments, nous pouvons réduire considérablement la quantité de travail que nous demandons aux appareils de chauffage, de refroidissement et d’éclairage. » Kay aime considérer les bâtiments comme des organismes vivants qui ont également une « peau », c'est-à-dire une couche extérieure de façades et de fenêtres extérieures. Mais ces caractéristiques sont en grande partie statiques, ce qui limite la mesure dans laquelle le « système » du bâtiment peut être optimisé dans des conditions ambiantes changeantes.

Installer des stores qui peuvent s'ouvrir et se fermer est un moyen rudimentaire d'alléger la charge sur les systèmes d'éclairage et de chauffage/refroidissement. Les fenêtres électrochromatiques qui changent d’opacité lorsqu’une tension est appliquée constituent une option plus sophistiquée. Mais, selon Kay, ces systèmes sont coûteux, ont des processus de fabrication compliqués et une gamme limitée d'opacités. Il n’est pas non plus possible d’ombrer une partie d’une vitre mais pas une autre.

Ils se sont donc inspirés de la nature. L'année dernière, les ingénieurs de Toronto ont construit un système doté de réseaux de cellules optofluidiques inspirées des arthropodes marins, tels que le krill, les crabes et les poissons comme le tilapia, qui peuvent disperser et collecter des granules de pigment dans leur peau pour modifier leur couleur et leur nuance. Ces cellules prototypes étaient constituées d’une fine couche d’huile minérale entre deux feuilles de plastique transparentes. L'injection d'un peu d'eau contenant un pigment ou un colorant à travers un tube relié au centre de la cellule crée une floraison de couleur. La forme de la floraison est liée au débit, qui peut être contrôlé par une pompe numérique. Un faible débit produit des fleurs circulaires ; des débits plus rapides créent des modèles de branchement complexes :

La peau du calmar est translucide et comporte une couche externe de cellules pigmentaires appelées chromatophores qui contrôlent l'absorption de la lumière. Chaque chromatophore est attaché aux fibres musculaires qui tapissent la surface de la peau et ces fibres, à leur tour, sont reliées à une fibre nerveuse. Il suffit de stimuler ces nerfs avec des impulsions électriques, ce qui provoque la contraction des muscles. Et parce que les muscles tirent dans des directions différentes, la cellule se dilate, ainsi que les zones pigmentées, changeant de couleur. Lorsque la cellule rétrécit, les zones pigmentées rétrécissent également.

Sous les chromatophores se trouve une couche distincte d’iridophores. Contrairement aux chromatophores, les iridophores ne sont pas basés sur des pigments mais sont un exemple de couleur structurelle, semblable aux cristaux des ailes d'un papillon, sauf que les iridophores d'un calmar sont dynamiques plutôt que statiques. Ils peuvent être réglés pour refléter différentes longueurs d’onde de lumière. Un article de 2012 suggérait que cette couleur structurelle dynamiquement réglable des iridophores était liée à un neurotransmetteur appelé acétylcholine. Les deux couches travaillent ensemble pour générer les propriétés optiques uniques de la peau de calmar.