La première photographie couleur enfin expliquée

L’origine des couleurs de la première photo obtenue par Edmond Becquerel en 1848 restait une énigme. Une équipe française propose une nouvelle hypothèse basée sur des nanoparticules d’argent. 

Edmond Becquerel, Spectres solaires, 1848, images photochromatiques, musée Nicéphore Niépce, Chalon-sur-Saône.

Edmond Becquerel, Spectres solaires, 1848, images photochromatiques, musée Nicéphore Niépce, Chalon-sur-Saône.

Edmond Becquerel, Spectres solaires, 1848, images photochromatiques, musée Nicéphore Niépce, Chalon-sur-Saône.

PHOTOCHROMATIQUE. C’est dans l’ombre que le physicien français Edmond Becquerel (1820-1891) a trouvé la couleur. Dans l’ombre de son père, Antoine Becquerel (1788-1878), lui aussi physicien, qu’il assiste dans son laboratoire au Muséum d’Histoire Naturelle à Paris. En 1848, alors qu’il travaille sur la composition de la lumière, Edmond fait une avancée décisive : il met au point la première photographie couleur de l’histoire, une “image photochromatique” dans le langage de l’époque. Mais depuis lors, l’origine de ces couleurs enregistrées sur une plaque d’argent métallique, est restée incomprise. Impossible d’expliquer, ce qui dans le procédé a permis de capter les nuances de la lumière visible. Après des décennies de débats et même de controverses autour de l’origine des couleurs dans ces images, une équipe française pense avoir enfin trouvé une explication, publiée le 30 mars 2020 dans la revue scientifique Angewandte Chemie International Edition. “La thèse de Victor de Seauve, premier auteur de la publication, a montré que les couleurs des images d’Edmond Becquerel seraient dues à la présence de nanoparticules d’argent. Ces nanoparticules ont des propriétés d’absorption particulières liées à une oscillation collective d’électrons, un phénomène connu des physiciens sous le nom de résonance de plasmon de surface localisée”, explique Marie Angélique Languille, ingénieure de recherche CNRS au Centre de Recherche sur la Conservation, Muséum national d’Histoire naturelle, Ministère de la Culture, CNRS, Paris.

Revenons en 1848. Le jeune Becquerel travaille avec son père au Muséum d’Histoire Naturelle. Il s’intéresse à la composition de la lumière, l’un des grands enjeux de la physique à cette époque. Il utilise un procédé photographique de Louis Daguerre, le daguerréotype, révélé par François Arago à l’Académie des Sciences en 1839. Cette technique est devenue un instrument de laboratoire pour les scientifiques qui étudient le spectre lumineux. Mais jusque-là, le procédé de Daguerre ne fournit que des images monochromes. Becquerel cherche donc un nouveau composé qui permettrait d’enregistrer directement les couleurs. Il utilise un plaqué d’argent comme pour les daguerréotypes, plaqué qu’il sensibilise à la lumière par immersion dans un sel de cuivre ou par électrochimie. C’est ainsi qu’il obtient une couche capable d’enregistrer les couleurs des rayons lumineux avec lesquels il l’expose. La photographie couleur est née. Becquerel parle d’image photochromatique. Mais malheureusement, cette image est éphémère. Le physicien n’a pas trouvé de moyen de la fixer. Elle disparaît lentement à la lumière et doit donc être conservée dans l’obscurité.

NOBEL. Quelques années plus tard, le physicien franco-luxembourgeois Gabriel Lippmann met au point une nouvelle technique de photographie couleur directe grâce à une émulsion argentique placée sur une couche de mercure. Les rayons lumineux qui arrivent sur la plaque interfèrent avec ceux qui sont réfléchis. Ces interférences créent une nouvelle onde, appelée onde stationnaire qui restitue les couleurs. Mieux, les images se conservent très bien dans le temps. Ce nouveau procédé baptisé, photographie interférentielle, permettra à Gabriel Lippmann d’obtenir le prix Nobel de physique en 1908.

Controverse entre Becquerel et Lippmann

C’est alors le début d’une controverse qui va durer jusqu’à nos jours. L’origine des couleurs dans le procédé de Becquerel n’est pas connue. Mais pour de nombreux physiciens, Edmond est l’oublié du Nobel. Il aurait inventé la photographie interférentielle, avant Lippmann, mais sans le savoir. En effet, dans son procédé comme dans celui de Lippmann, l’argent joue un rôle fondamental. Dans la photographie interférentielle, c’est notamment la façon dont les couches de grains d’argent se forment au cours de l’exposition à une lumière colorée qui permet à l’onde stationnaire qui restitue la couleur, de s’établir. Une autre hypothèse alimente la controverse sur le procédé de Becquerel : la couleur serait due à des pigments, une substance chimique colorée.

Nos travaux ont permis d’infirmer ces deux hypothèses qui prévalent dans la littérature”, explique Marie Angélique Languille. Les chercheurs ont en effet reproduit le procédé de Becquerel en se basant sur ses publications. Ils ont alors réalisé une batterie d’analyses pour caractériser pour la première fois, la composition chimique et la structure de la couche sensible à la lumière. Celle-ci se compose  d’une matrice de grains de chlorure d’argent dans laquelle se trouvent enchâssées des nanoparticules d’argent métallique. Cette couche  rosée, est ensuite exposée à des lumières de couleurs  pour produire des échantillons colorés. “Lors de nos analyses, nous avons pu écarter l’hypothèse interférentielle comme dans le cas des photographies de Lippmann pour expliquer l’origine des couleurs car nous n’avons pas trouvé de structures périodiques nécessaires à la production d’interférences.  Nous avons observé une baisse de l’absorption dans le visible caractéristique de l’énergie d’exposition. Nous avons  également pu écarter l’hypothèse des pigments car les analyses montrent que la composition chimique reste la même quelle que soit la couleur des échantillons. Il s’agit toujours de chlorure d’argent et d’argent”, précise Marie-Angélique Languille.

TROU. L’équipe du Muséum formule alors une nouvelle hypothèse. Ce serait les nanoparticules d’argent qui seraient responsables de la couleur des images de Becquerel. Les scientifiques ont en effet montré que les “cortèges” de nanoparticules, caractérisés par leurs formes, tailles et localisations dans la matrice de chlorure d’argent, changent après chaque exposition à une lumière colorée. Et ce sont les capacités d’absorption de la lumière de ces nanoparticules qui seraient responsables de la couleur de l’image. “Nous pensons que l’exposition à la lumière, modifie les cortèges de nanoparticules d’argent et en conséquence leurs propriétés d’absorption. Après exposition à la lumière, nous observons la disparition d’un type de nanoparticules. Par exemple, les nanoparticules qui, dans la couche sensible, absorbent dans le bleu disparaissent au cours de l’exposition à la lumière bleue. Alors apparaît un « trou d’absorption » à cette énergie et nous voyons donc l’échantillon bleu”, indique Marie-Angélique Languille.

Ces propriétés d’absorption seraient liées au fameux phénomène de résonance de plasmon de surface localisée évoqué plus haut. Le plasmon  correspond à une excitation collective des électrons d’un métal (ici l’argent) et dans une nanoparticule métallique il peut résonner dans le domaine visible quand il est excité par de la lumière. Les couleurs de la première photographie de l’histoire auraient donc une origine plasmonique. Si Edmond Becquerel avait pu le montrer à son époque, il n’aurait de toute façon pas pu décrocher le prix Nobel qui n’existait pas encore avant sa mort. Ce ne fût que partie remise chez les Becquerel, puisque l’honneur du prestigieux prix est revenu au fils, Henri, en 1903 avec Marie et Pierre Curie, pour la découverte de la radioactivité. Mais ça, c’est une autre histoire.

Source: Sciencesetavenir.fr

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