VOLVOX – installation éphémère

Volvox - Plonger vers la lumière

Grande lanterne magique, Volvox plonge les spectateurs dans un environnement lumineux et sonore, dévoilant le phénomène physique de résonance plasmon, interrogeant la relativité́ de la couleur et la modification des propriétés optiques de la matière à petite échelle.

Fruit d'une collaboration entre scientifiques – de l’Université Paris-Saclay et de l’Institut Polytechnique de Paris – et de deux artistes, une plasticienne et un compositeur, l’installation Volvox s'inspire de l'algue microscopique éponyme.
L'enveloppe de cette algue sphérique d'eau douce relie des centaines d'unités unicellulaires indépendantes. Elles s’y regroupent au sein de colonies elles-mêmes sphériques. Pour que tous les membres d’une colonie puissent recevoir la lumière et se nourrir, le mouvement de leurs flagelles, qui leur permettent de se déplacer, doit se synchroniser. Le Volvox exécute alors une danse alternant mouvement cohérent et réorientation aléatoire. Pour les sciences de la vie, le Volvox – organisme multicellulaire développant une communication mécanique et chimique entre les cellules – représente une étape dans l'évolution, un pas vers la complexité.
L'installation Volvox est une métaphore de la vie dans laquelle la recherche sans fin de la lumière est transposée dans le monde minéral à l'aide de nanoparticules d'or en suspension dans l'eau. Elles remplissent des capsules de verre qui sont elles-mêmes prises dans une danse à la fois aléatoire et synchronisée à l'intérieur d'une sphère transparente en rotation. L’installation est accompagnée d’une création sonore qui retranscrit les mouvements des algues Volvox, de la coordination vers le processus naturel du chaos.
L’effet coloré observé résulte d’un phénomène appelé résonance plasmon localisée dans les nanoparticules métalliques, grains de métal de taille de quelques nanomètres à quelques centaines de nanomètres. Les électrons qui assurent la conduction électrique et thermique dans les métaux sont mis en mouvement par la lumière de manière collective, dans chaque nanoparticule, en étant soumis à une force électrique oscillante. Pour une certaine fréquence d’oscillation de cette force (correspondant à une « couleur » spécifique de la lumière) l’amplitude du mouvement des électrons est maximale. On parle alors de résonance. Elle a lieu dans le domaine du visible ou du proche infrarouge pour les nanoparticules de métaux nobles (cuivre, argent, or). Les photons correspondant à cette couleur sont alors efficacement « consommés » par le mouvement électronique (absorption) et disparaissent. La lumière blanche incidente perd ainsi une composante colorée par absorption… résultant en une lumière transmise de couleur (bleue dans Volvox) complémentaire à celle absorbée. Ce phénomène a été exploité depuis plusieurs millénaires dans les arts décoratifs. On a ainsi découvert une « recette » de fabrication de verre rouge, coloré à l’or, dans une tablette cunéiforme assyrienne datant de 2700 ans (bibliothèque d’Assurbanipal, Ninive, actuel Irak). La résonance plasmon localisée a été en particulier exploitée dans l’art du vitrail ; par exemple, le jaune d’argent (première « peinture » colorée sur verre, inventée au début du 14e siècle) doit sa couleur à l’incorporation de nanoparticules d’argent dans les couches superficielles du verre. Malgré cette utilisation très ancienne, l’origine physique de la couleur plasmonique n’a été décryptée qu’au début du vingtième siècle. Encore utilisée à des fins de coloration, la résonance plasmon fait l’objet aujourd’hui d’intenses recherche à travers le monde pour des applications dans les domaines des nouveaux matériaux fonctionnels, des capteurs pour l’environnement et le diagnostic précoce de maladies, le traitement optique ultrarapide de l’information, l’imagerie, la catalyse chimique, les thérapies ciblées du cancer…
Lorsque la taille des nanoparticules est suffisante (entre 40 et 150 nanomètres environ), s’ajoute au phénomène d’absorption celui de diffusion : en plus de la partie absorbée, une autre fraction de la lumière incidente est alors redirigée dans d’autres directions, avec une efficacité maximale pour la couleur de résonance (orange dans Volvox). Ce double effet d’absorption et de diffusion est à l’origine du bichromatisme. L’observation sollicite préférentiellement, selon l’angle, l’absorption ou la diffusion de la lumière. Le public peut alors expérimenter la relativité de la notion de couleur, l'or passant du bleu translucide à l'orange opaque. Ceci est d’autant plus étrange pour l’observateur qu’à toutes les échelles les objets qui interceptent la lumière (grande sphère, capsules en verre, nanoparticules) sont sphériques, donc de haute symétrie.

>> Fruit d'une collaboration entre :
Thomasine Giesecke, artiste plasticienne
Jean-Marc Chomaz, physicien artiste, LadHyX, (CNRS, Institut Polytechnique de Paris)
Bruno Palpant, physicien LuMIn (Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay et CNRS)
Tom Georgel, artiste sonore
Mais aussi ....
Hynd Remita et Mireille Benoit, chimistes, Institut de Chimie Physique (Université Paris-Saclay et CNRS) / Jean-Michel Wierniezky, souffleur de verre, École Polytechnique / Claude Beghin, menuisier, Maïa Menuiserie / Colin Lopez, électronicien LuMIn, ENS Paris-Saclay.

Cette installation éphémère s’inscrit dans la programmation du 27e Congrès Général de la Société Française de Physique qui se tiendra à l’UTT (Université de technologies de Troyes) du 30 juin au 4 juillet 2025.