Rouge incarnat, vert émeraude, bleu électrique… Derrière les couleurs du vivant se cachent des mécanismes complexes où pigments et structures microscopiques agissent de concert. Des découvertes qui éclairent autant l’évolution des espèces que l’innovation technologique.
Ici, le rouge d’un coquelicot. Là, le jaune d’une mésange. Plus loin, le bleu d’une libellule. Et, partout, le vert du feuillage. Une simple promenade printanière révèle combien le monde vivant regorge de couleurs.
Ce foisonnement de nuances fascine non seulement les promeneurs, mais aussi les scientifiques, qui cherchent à percer les secrets d’une telle diversité. En collaboration, biologistes, physiciens et chimistes multiplient les recherches pour mieux comprendre comment les couleurs sont créées, façonnées et quels rôles elles jouent.
Des couleurs sans pigment
Le travail de décryptage de cette symphonie chromatique a progressé au fil des années. Cependant, les chercheurs continuent d’être surpris, même par des espèces communes. Une étude récente d’une équipe pluridisciplinaire du CNRS remet en question l’idée selon laquelle la couleur des coccinelles est uniquement due à des pigments.
En étudiant deux espèces de coccinelles (Adalia bipunctata et Calvia quatuordecimguttata), les scientifiques ont montré que la structure microscopique des élytres contribue également à leur coloration.
Deux mécanismes distincts expliquent les coloris des plantes et des animaux. D’une part, les pigments, molécules présentes dans les organismes, apparaissent colorés car ils absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière visible et en reflètent d’autres. D’autre part, ce qu’on appelle les « couleurs structurelles » provient de structures de taille inférieure au micromètre qui décomposent la lumière et renvoient certaines longueurs d’onde.
Bleu structurel
Grâce à la physique, qui permet d’identifier par microscopie électronique les différentes structures, on sait désormais que de nombreuses espèces animales exhibent ces couleurs structurelles : oiseaux, insectes, serpents, poissons… La liste s’allonge régulièrement.
« Chez les animaux, le bleu est, à quelques exceptions près, toujours produit par une structure. Les pigments bleus, difficiles à synthétiser, sont remplacés par des structures qui créent facilement cette couleur », précise Serge Berthier, professeur à Sorbonne Université.
Des exemples incluent le bleu chatoyant des plumes du paon et le bleu électrique du museau du mandrill. Dans certains cas, pigments et structures se combinent pour créer la coloration, comme chez la perruche ondulée.
Le rouge des coccinelles
Jusqu’à présent, aucune étude n’avait examiné l’existence de couleurs structurelles chez les coccinelles. On pensait que leur coloration était due à des pigments comme les caroténoïdes et les mélanines.
« Nos observations montrent que les élytres se comportent comme un système optique complexe, où l’organisation des structures et les pigments interagissent pour créer la couleur perçue », explique Marzia Carrada, chercheuse au CNRS. Pour la coccinelle à deux points, des couches de chitine fines produisent des interférences, créant une coloration orange pastel, intensifiée par les pigments de caroténoïdes.
Même sans pigments, les élytres apparaissent orange pastel. La coccinelle à quatorze points tire également sa couleur d’un phénomène d’interférence et de concavités à la surface de ses élytres qui diffusent la lumière.
Les couleurs, histoires d’évolution
Comprendre la formation des couleurs dans le monde vivant éclaire leur rôle. Les couleurs, fruit de millions d’années d’évolution, sont cruciales pour l’adaptation des organismes à leur environnement.
« Les couleurs servent à se cacher des prédateurs ou, au contraire, à se montrer. De nombreuses espèces toxiques arborent des couleurs vives pour dissuader les prédateurs », détaille Jean-Michel Gibert, biologiste au CNRS.
Communication par les couleurs
Pour les coccinelles, les motifs colorés constituent un signal d’avertissement. La découverte d’une composante structurelle ouvre de nouvelles perspectives pour mieux comprendre cette communication.
« Les études se concentraient sur la quantité de caroténoïdes dans l’alimentation des coccinelles. Nos travaux montrent que la structure des élytres joue également un rôle important », souligne Marzia Carrada.
La génétique des couleurs
Établir les bases génétiques des couleurs aiderait à mieux comprendre leur développement et l’impact de la sélection naturelle.
Des applications dérivées du vivant
Les recherches sur les couleurs structurelles commencent à porter leurs fruits. Une équipe a développé des papillons à la couleur bleue à partir d’individus bruns en sélectionnant ceux ayant des écailles bleues.
Les physiciens ont également développé des applications inspirées des couleurs du vivant, comme des capteurs capables de changer de couleur en fonction de la vapeur à laquelle ils sont exposés.
À lire / à voir
• Les Couleurs du vivant, de Jean-Michel Gibert, CNRS Éditions, 2024.
• Voir la coccinelle autrement, avec Marzia Carrada (vidéo CNRS Occitanie Ouest).
Vers des pigments à base de nanoparticules
La nature offre d’autres couleurs inattendues. Par exemple, l’or, habituellement jaune doré, se pare d’un rouge rubis lorsqu’il est réduit à des particules nanométriques. Cette couleur est due à un phénomène connu des scientifiques.
Les travaux d’Olivier Pluchery, enseignant-chercheur à Sorbonne Université, ont confirmé que des échantillons de nanoparticules d’or en suspension apparaissent rouges ou violettes selon leur taille.
Des simulations numériques ont permis de développer un logiciel de prédiction des couleurs, promettant de nombreuses applications pour ces pigments d’un nouveau genre.
« On peut imaginer l’utilisation de nanoparticules d’or dans les encres ou les peintures pour remplacer certains pigments toxiques », conclut Olivier Pluchery.
Consultez aussi
Couleurs toxiques (BD sur le blog Focus sciences)
La science éclaire la couleur (vidéo).
