Réflecteurs animaux - Animal reflectors

Les réflecteurs ou miroirs animaux sont importants pour la survie de nombreux types d'animaux et, dans certains cas, ont été imités par des ingénieurs développant des cristaux photoniques . Des exemples sont les écailles de poisson argenté et le tapetum lucidum qui provoque l' éclat des yeux des chiens et des chats à l'aide de la sclère. Tous ces réflecteurs fonctionnent par interférence de la lumière dans des structures multicouches avec des dimensions inférieures à une longueur d'onde et peuvent donc être classés comme des cristaux photoniques. D'autres cristaux photoniques animaux ont évolué pour refléter des spectres étroits, produisant une coloration animale .

Fonctions des réflecteurs d'animaux

Camouflage

Les écailles des poissons argentés, en réfléchissant la lumière du flanc, rendent la détection par un prédateur difficile car la lumière réfléchie est similaire à la lumière incidente en l'absence de la proie (Fig.1).

Lumière de focalisation

Les yeux de certains mollusques bivalves, comme le pétoncle (Pecten) utilisent un miroir concave, l'argentea, à l'arrière de l'œil, pour créer une image sur la rétine. L'ostracode Gigantocypris des grands fonds a des yeux avec des réflecteurs paraboliques. Les yeux composés de crustacés décapodes à corps long, tels que les crevettes et les homards, utilisent des miroirs dans des boîtes carrées

Augmentation de la sensibilité rétinienne

La plupart des vertébrés nocturnes ont un tapetum lucidum réfléchissant derrière la rétine, ce qui produit le « eyehine » observé chez les chats et les chiens. Les photons entrants qui ne sont pas absorbés par les photorécepteurs sont réfléchis, ce qui augmente leurs chances d'être absorbé et de générer des signaux nerveux.

Mécanismes de réflexion

A. Les cellules du tapetum du chat contiennent des rangées de bâtonnets avec un espacement d'environ λ / 2. B. Différents plans de réseau ont des espacements différents et reflètent différentes longueurs d'onde. C. Les différents domaines des bâtonnets réfléchissent différentes longueurs d'onde pour donner une réflexion globale avec une large gamme spectrale.

Schultze, en 1872, déclara sans réserve que la réflexion de la structure multicouche de la tapeta de Carnivora se faisait par interférence. Rayleigh (1887) mentionne qu'un réflecteur composé d'un empilement de fines couches transparentes réfléchira plus fortement qu'une seule couche, mais ce n'est qu'en 1917 qu'il publie une analyse mathématique. Des réflecteurs multicouches ont été construits par des ingénieurs dans les années 1950 (voir miroir diélectrique ) et en 1966, MF Land a publié une analyse complète d'un réflecteur animal qui comprenait la microscopie électronique, des mesures optiques et une explication claire de la théorie.

Réflecteurs à structure multicouche unidimensionnelle

Les réflecteurs multicouches animaux fonctionnent de la même manière qu'un miroir diélectrique artificiel (ou miroir de Bragg) étant composé de couches alternées d'indice de réfraction élevé et faible, l'épaisseur de chaque couche étant 1/4 de la longueur d'onde la plus fortement réfléchie. Pour refléter une large gamme de longueurs d'onde, l'espacement doit varier dans l'épaisseur de l'empilement. Les réflecteurs constitués d'une alternance de couches de cristaux plats de guanine (indice de réfraction, n = 1,83) et de cytoplasme (n ≈ 1,33) ont évolué indépendamment dans les écailles de poisson et dans la tapeta des yeux des élasmobranches (Gur 2017). Le tapetum du bébé de la brousse, Galago crassicaudatus, a une structure similaire, mais avec des cristaux de riboflavine (n = 1,73).

Réflecteurs à structure bidimensionnelle

Le tapetum de Carnivora (chats, chiens, lions, etc.) contient des tableaux remarquablement réguliers de bâtonnets et réfléchit la lumière des plans du réseau par la loi de Bragg (Fig. 2A). Chaque domaine de bâtonnets a un espacement différent et reflète une couleur différente du plan principal (représenté horizontalement sur la figure 2B) de sorte qu'avec un éclairage presque parallèle, des taches de couleurs différentes sont visibles (figure 1C). Parce qu'il y a des plans de réseau à de nombreuses inclinaisons, le tapetum dans son ensemble réfléchit de manière diffuse et est à peine irisé.

Les références