Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les liens entre lumière et insectes sont complexes. La lumière est essentielle à la vie, mais peut aussi s'avérer dangereuse, voire mortelle. Pour gérer ces échanges électromagnétiques entre le monde extérieur et l'organisme, la nature a développé aux interfaces des arthropodes (ailes et cuticule) des structures adaptées aux différentes contraintes. Cet article traite de l'interaction insecte - « lumière entrante », de la façon dont est optimisée l'absorption, et la surchauffe évitée. Il décrit le profil « capteur d'énergie solaire » de l'insecte. Dans une seconde partie, l’article aborde la lumière sortante, c'est-à-dire l'insecte « LED ». Par fluorescence ou bioluminescence, de nombreux insectes émettent de la lumière et ont beaucoup à nous apprendre sur son extraction ! Des pistes ou des réalisations bio-inspirées sont présentées.
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The relationship between light and insects, like all other living organisms, is complex. Light is essential to life, but can also be dangerous, even deadly. To manage these electromagnetic interactions between the outer world and the body of arthropods in particular, nature has developed structures at the interfaces (wings and cuticle) adapted to different constraints.We deal first with incoming light, i.e. the “solar absorber” insect: how it optimizes the absorption, how it prevents overheating, etc. In a second part, we discuss outgoing light, or the “LED” insect. Many insects emit light by fluorescence or bioluminescence, and have much to teach us about its extraction. Bio-inspired avenues of research and achievements are presented.
Auteur(s)
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Serge BERTHIER : Professeur, Université Paris Diderot (Paris, France), Université de Namur Belgique - Member of the UNESCO-UNISA chair in Nanotechnology, Cap Town, Afrique du Sud - Institut des nanosciences de Paris, UMR 7588, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
-
Magali THOMÉ : Institut des nanosciences de Paris, UMR 7588, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
-
Eloise VAN HOOIJDONK : Laboratoire de physique des solides, Biophotonic Group, Université de Namur, Namur, Belgique
-
Annick BAY : Laboratoire de physique des solides, Biophotonic Group, Université de Namur, Namur, Belgique
INTRODUCTION
Domaine : Photonique, optique des solides, énergie solaire
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Spectroscopie, CVD, PVD
Domaines d'application : Énergie solaire, LED, verre, cosmétique
Principaux acteurs français : CNRS, universités
Industriels : Saint Gobain, Chanel
Contact : [email protected]
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Insecte émetteur de lumière « LED »2. Insecte « capteur solaire »
Les insectes sont des organismes poïkilothermes : dépourvus de source de chaleur interne et stabilisée, comme les mammifères et les oiseaux, ils doivent capter une partie de leur énergie du soleil, l'autre étant fournie par l'activité musculaire. Les contraintes thermiques auxquelles sont soumis les insectes sont problématiques. Autrefois qualifié d'animal à « sang froid », il n'en est rien : la température interne d'un papillon en vol se situe, au niveau du thorax, entre 36 et 40 oC, bornes vitales étonnamment proches de celles des mammifères. La limite inférieure, déterminante pour la cinétique de l'activité métabolique, n'est pas la plus préoccupante. L'insecte trop froid ne pourra s'envoler, mais il peut entrer dans une sorte d'hivernation et reprendre son activité ultérieurement. La borne supérieure est au contraire problématique car l'insecte peut mourir d'hyperthermie. Éviter la surchauffe est donc vital. Nous allons rapidement établir le bilan d'un absorbeur photothermique, puis illustrer les différentes techniques mises en jeu par les insectes pour gérer ces contraintes.
2.1 Capteur solaire sélectif
En mettant de côté les sources endothermiques de chaleur, le bilan énergétique Q d'un capteur solaire compte :
-
en crédit, l'énergie solaire incidente sur toute la surface du capteur ;
-
en débit, les pertes optiques (flux réfléchi ou transmis), les pertes convectives et les pertes radiatives, ce qui se traduit par :
![]()
( 1 )
où S a et S c représentent respectivement la surface de l'absorbeur et celle effectivement exposée au rayonnement, Op l'ensemble des pertes optiques, E i l'éclairement incident, T 0 et T a les températures de l'environnement et du capteur, σ la constante de Stefan-Boltzmann, et enfin α et ϵ l'absorptivité...
( 1 )
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Insecte « capteur solaire »
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTHIER (S.) - Iridescence. Les couleurs physiques des insectes. - Springer, France (2008). Trad. « Iridescence. Physical colors of insects », Springer New York (2010).
-
(2) - BERTHIER (S.) - Photonique des Morphos. - Springer, France (2010).
-
(3) - BERTHIER (S.) - Spectral selectivity of the tropical butterfly Prepona meander : a remarkable example of temperature auto-regulation. - Appl. Phys. A, 80, p. 1397 (2003).
-
(4) - SAISON (T.), PEROZ (C.), CHAUVEAU (V.), BERTHIER (S.), SANDERGARD (E.), ARRIBART (H.) - Replication of butterfly wing and natural lotus leaf nanostructures by nanoimprint on silica sol-gel films. - Bioinsp. Biomim., 3, p. 046004 (2008).
-
(5) - BAY (A.), SARRAZIN (M.), VIGNERON (J.-P.) - Search for an optimal light-extracting surface derived from the morphology of a firefly lantern. - Opt. Eng., 52(2) (2013).
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