Un pigment artificiel vieux de 2800 ans laisse perplexes les physiciens modernes

Le pourpre de Han est un pigment artificiel créé par les Chinois il y a plus de 2500 ans. Il a été utilisé dans les peintures murales et pour décorer les fameux guerriers de terre cuite, aussi bien que des céramiques, des objets en métal et de la bijouterie. Ce pigment est une merveille technologique, fait par un processus complexe de broyage d’aliments brut dans des proportions précises et en le chauffant à des températures très élevées. Le processus était si complexe qu’il n’a pas été reconstitué avant 1992, quand les chimistes ont finalement été à même d’identifier sa composition. Ce n’était pourtant que le début. La recherche a depuis lors découvert les propriétés étonnantes du pourpre de Han, comprenant la capacité d’émettre de puissants rayons de lumière près du champ de l’infrarouge, ainsi que le passage de trois dimensions à deux sous les bonnes conditions.

La production du pourpre de Han remonte jusqu’à 800 av. J.-C. . Il semblerait pourtant qu’il n’ait pas été utilisé dans l’art avant les dynasties Qin et Han (221 a. J.-C. – 220 apr. J.-C.) lorsqu’il a été appliqué aux fameux guerriers de terre cuite aussi qu’à des céramiques et à d’autres objets.

« Avant le XIXe siècle, lorsque les méthodes de production modernes ont rendu courant la production de teintures synthétiques, il n’y avait que des teintures pourpres très chères, deux minéraux pourpres peu courant, et des mixtures de rouge et de bleu mais pas de vrai pigment pourpre – excepté durant quelques centaines d’années dans l’ancienne Chine », a écrit le journaliste scientifique Samir S. Patel dans un article sur ce pigment.

Pour une raison inconnue, l’utilisation du pourpre de Shan s’est entièrement arrêté en 220 apr. J.-C. et n’a plus jamais été utilisé jusqu’à sa redécouverte par des chimistes modernes dans les années 1990.

Des traces de pourpre de Han peuvent être vu sur de nombreux guerriers de terre cuite. (Wikimedia Commons)

La synthèse du pourpre de Han

Contrairement aux teintures naturelles comme la pourpre de Tyr (vers 1500 av. J.-C.) qui sont des composés organiques et généralement faits à partir de plantes ou d’animaux, comme le coquillage murex, le pourpre de Han était un pigment synthétique fait de matériaux inorganiques.

Seuls deux autres pigments bleus sont connus pour avoir existé dans l’ancien monde – le bleu maya (vers 800 apr. J.-C.) fait d’une mixture chauffée d’indigo et d’argile blanche, et le bleu égyptien qui a été utilisé autour de la Méditerranée et dans le Proche et le Moyen-Orient de 3600 av. J.-C. à la fin de l’empire romain.

Un gobelet tripode « bleu égyptien ». La composition du pourpre de Han diffère du bleu égyptien seulement par l’usage du baryum à la place du calcium. (Wikimedia Commons)

La scientifique Elisabeth FitzHugh, conservatrice pour la Smithsonian Institution, a été la première à identifier le composé synthétique complexe qui fait le pourpre de Han – le silicate de baryum et de cuivre, un composé qui diffère du bleu égyptien seulement par son usage du baryum au lieu de calcium.

Les similarités entre le pourpre de Han et le bleu égyptien ont mené certains chercheurs à conclure que les Chinois pourraient avoir appris à fabriquer les pigments par les Égyptiens. Cette théorie a cependant été mise en doute car le bleu égyptien n’a pas été trouvé plus à l’est que la Perse.

« Nous ne connaissons pas encore de raison claire de pourquoi les Chinois, s’ils avaient appris la formule égyptienne, auraient remplacé le calcium par du baryum qui nécessiterait une augmentation de la température de cuisson de 100° ou plus », écrit Patel.

Comment donc les Chinois ont-ils pu trouver la formule exacte pour prédire le pourpre de Han, qui implique de combiner de la silice (du sable) avec du cuivre et du baryum dans des proportions précises et le chauffer à 850-1000°C ?

Une équipe de physiciens de Stanford a publié un article dans le Journal of Archaeological Science qui propose que le pourpre de Han aurait été un sous-produit du processus de fabrication du verre, le verre et le pigment pourpre contenant de la silice et du baryum. Io9.com écrit que le baryum rendrait le verre plus brillant et nuageux, ce qui veut dire que ce pigment pourrait être l’œuvre d’anciens alchimistes essayant de synthétiser du jade blanc.

Des propriétés fluorescentes

Depuis la découverte de sa composition, les scientifiques ont continué à étudier ce pigment unique. Les chercheurs du British Museum ont découvert que lorsqu’il est exposé à une simple lampe de poche à LED, le pourpre de Han émet de puissants rayons de lumière dans la longueur d’onde de l’infrarouge proche.

Selon leur étude publiée dans la revue Analytical and Bioanalytical Chemistry, les pigments de pourpre de Han se montrent d’une clarté étonnante sous les bonnes conditions. Cela veut dire que même de faibles traces de la couleur, qui sont invisible à l’œil nu, peuvent être vues avec des capteurs infrarouges.

Le pourpre de Han et le passage à deux dimensions

Les propriétés fluorescentes du pourpre de Han n’ont pas été la seule surprise. Des physiciens quantiques de Stanford,  du laboratoire national de Los Alamos et l’Institut de physique des solides (université de Tokyo) l’ont étudié. Ils ont indiqué que lorsque le pourpre de Han est exposé à un froid extrême et à un fort champ magnétique, la structure chimique de son pigment entre dans un nouvel état appelé le point critique quantique, dans lequel le matériau en trois dimensions « perd » une dimension.

« Nous avons montré pour la première fois que la conduite collective dans une masse à trois dimensions peuvent en fait se dérouler en seulement deux dimensions », a déclaré Ian Fisher, professeur assistant de physique appliquée de Stanford dans un communiqué de Stanford. « Une faible dimensionnalité est l’ingrédient clé dans de nombreuses théories exotiques prennent pour acquis de nombreux phénomènes mal connus, comprenant une supraconductivité à haute température, mais jusqu’à présent il n’y avait pas d’exemple clair de ‘réduction de dimension’ dans des matériaux réels. »

Les scientifiques ont suggéré que cet effet serait dû au fait que les composants du silicate de baryum et de cuivre sont arrangés comme des couches de tuiles, et ne s’empileraient donc pas d’une manière ordonnée. Chaque couche de tuiles serait légèrement désaxée par rapport à la couche en dessous. Cela pourrait déranger l’onde et la forcer à passer en deux dimensions.

Les chercheurs ont exprimé que cette découverte pourrait aider à comprendre les propriétés requises de nouveaux matériaux, comprenant des supraconducteurs plus exotiques.

Fisher a déclaré « Le pourpre de Han a été synthétisé pour la première fois il y a plus de 2500 ans, mais nous avons seulement découvert récemment combien son comportement magnétique est exotique. Cela vous laisse songeur de ce que peuvent receler d’autres matériaux que nous n’avons pas encore commencé à explorer. »

Courtoisie d’Ancient Origins : Han Purple: A 2,800-Year-Old Artificial Pigment That Quantum Physicists Are Trying to Understand

 
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