La couleur bleu du Morpho : une origine structurelle

La couleur n’est pas une caractéristique intrinsèque (propre à) des objets et des organismes vivants. Elle dépend du type de récepteurs et du processus de traitement de l’information de celui qui regarde. En effet, un coquelicot, que nous voyons rouge, sera perçu différemment par une abeille qui ne perçoit pas les longueurs d’onde correspondant au rouge mais aux ultra-violet (300-400nm).

Photo 1 : Morpho peleides (Source : Bernard Dupont - Flickr.com)

Photo 1 : Morpho peleides (Source : Bernard Dupont – Flickr.com)

La couleur est générée à partir de la couleur blanche, constituée de l’ensemble du spectre visible (ici, en ce qui concerne les humains), où certaines longueurs d’onde sont éliminées par des pigments (absorption optique) et les autres réfléchies, qui selon leur nature, renvoient une couleur spécifique. Ainsi, un objet qui émet l’ensemble du spectre (aucune absorption) apparaîtra blanc, à l’inverse, si toutes les longueurs d’onde sont absorbées, l’objet apparaîtra noir.

Le processus à l’origine de la production de couleur peut être de deux types : chimique (pigmentaire) ou structurel.

Chez les insectes, les couleurs proviennent de pigments ou de structures présents sur la cuticule, l’épiderme si celle-ci est transparente.

La coloration structurelle la plus connue et la plus étudiée chez les insectes est celle des papillons du genre Morpho (famille des Nymphalidae). Ce sont des papillons d’Amérique du sud et centrale dont la coloration alaire, aux reflets métalliques, s’étend, selon les espèces, d’un bleu pâle à un bleu profond, parfois visible à de grandes distances (voir photo 1 ci-dessus).

Illustration 1 :

Illustration 1 : a) Photo d’écailles de Morpho au microscope électronique (barre horizontale : 50μm) ; b) Coupe transversale d’une écaille de Morpho au microscope électronique (barre horizontale : 1μm) (Source : Vukusic et al., 1999 – Modifié par Benoît GILLES)

Les ailes des papillons sont recouvertes de toutes petites écailles disposées à la manière d’ardoises (200 à 600 par mm2). Leur configuration structurelle permet de ne réfléchir que certaines longueurs d’onde bien spécifiques : processus d’interférence. La surface de chaque écaille est constituée de crêtes, formées de couches successives, séparées d’une distance correspondant à un quart d’une longueur d’onde déterminée (ici celle du bleu : 120nm). Ce principe permet la superposition de ces longueurs d’onde, renforçant ainsi leur réflection, les autres, s’opposant, sont annulées et donc disparaissent (voir illustration 1).

Le nombre de couches constituant chaque crête détermine la brillance de la lumière réfléchie. Par exemple, l’espèce Morpho rhetenor, avec des écailles constituées de crêtes de 8 à 12 couches, émet une couleur bien plus lumineuse que l’espèce Morpho didius, présentant 6 à 8 couches : réfléchissant respectivement 80% et 40% des longueurs d’onde correspondant au bleu.

Chez ces papillons, cette configuration est particulièrement précise et régulière (dite pure), limitant le phénomène d’irisation : changement de couleur d’une surface lors du déplacement de l’angle d’observation. La modification de l’angle d’observation équivaut à augmenter la distance de trajet de la longueur d’onde entre les interfaces (crêtes) et donc de la longueur d’onde réfléchie (voir illustration 2).

Illustration 2 :

Illustration 2 : (a) et (d) photo d’une aile de l’espèce Morpho didius observée à deux angles différents (10° et 40°) – (b) vue de dessus d’une écaille, la ligne rouge correspondant  au site de coupe – (c) coupe transversale d’écailles (Source : Saito et al., 2009)

Les distances séparant les crêtes et les couches déterminent les longueurs d’onde qui vont être réfléchies. Les espèces du genre Eurema (famille des Pieridae) émettent par exemple des longueurs d’onde d’environ 365nm, des couleurs non visibles par les humains car faisant partie du spectre des ultra-violets.

L’iridescence se rencontre également chez d’autres groupes d’insectes comme les Odonates (libellules) et les Coléoptères.

Les propriétés physiques et optiques étonnantes des ailes de Morpho font l’objet de nombreuses études scientifiques pour reproduire artificiellement ces caractéristiques étonnantes. De multiples applications sont envisageables dans bien des domaines. La complexité et la difficulté résident cependant dans l’échelle de taille dans laquelle ces processus se réalisent. Il s’agit en effet de fabriquer des surfaces dont les structures sont de l’ordre du nanomètre (un milliardième de mètre !).

Vidéo (par Pierre Kerner : blog) :

Source :

Vukusic P. ; Sambles J.R. ; Lawrence C.R. & Wooton R.J. (1999) : Quantified interference and diffraction in single Morpho butterfly scales. The Royal Society, 266:1403-1411 (lien)

Saito A. et al. (2009) : Reproduction, mass-production, and control of the Morpho-butterfly’s blue. SPIE vol. 7205 (lien)

Chung K. et al. (2012) : Flexible, angle-independent, structural color reflectors inspired by Morpho Butterfly wings. Adv. Mater. 24:2375-2379 (lien)

– The Insects : Structure & Function (5ème édition, 2013) – Edition : S.J. Simpson & A.E. Douglas – Cambridge University Press

Recommandation d’ouvrage sur cette thématique

The Insects: Structure and Function (R.F. Chapman & Stephen J. Simpson – Edition : Cambridge University Press – 959 pages – 5ème édition : 12 novembre 2012)


Benoît GILLES
Chargé de recherche – Entomologiste chez Cycle Farms


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