La couleur des plumes

Maurice Pomarède

Dans ce coin du parc, des paons. Des paons bleus, des paons blancs, et dans ma main deux plumes de paons, une de paon bleu, une de paon blanc. Ces deux plumes, à première vue, sont très différentes et pourtant, pour un chimiste, il n'y aurait qu'une différence infime. Il manque dans la plume blanche un pigment qui est présent dans la plume bleue et ce pigment, c'est la mélanine.
La mélanine c'est ce pigment qui chez l'homme colore les cheveux, colore les yeux, et colore les plumes du paon et comme chez l'homme lorsque la mélanine disparaît, les cheveux blanchissent, et bien chez le paon, quand la mélanine disparaît de la plume du paon bleu, on a une plume de paon blanc.

Encore quelques plumes pour ajouter à ma collection. Ce sont des plumes qui viennent de cette population de flamants que vous avez derrière moi. Et la couleur rouge-orangé de ces oiseaux est due à un pigment qui est différent de la mélanine, un pigment qui est ce qu'on appelle un caroténoide. C'est un pigment qui est à l'origine des couleurs rouges, orangées, et puis les couleurs qui en dérivent par dilution.
Et bien, qu'il s'agisse de carotéoides ou de mélanine comme il y en a dans les plumes de paons, ces deux pigments sont mis en place au moment de la mue. Et comme les plumes vont tenir en place pendant une année, pendant une année la couleur sera en quelque sorte garantie par les pigments qui ont été mis en place.

Regardez comme cette plume de paon est belle dans la lumière. Ces variations de couleurs nous montrent le rôle capital de la lumière dans les couleurs du paon. Maintenant, si je regarde une plume de flamant, si je la fais tourner dans la lumière, vous constatez que les couleurs ne varient pas. La lumière n'a pas le même rôle capital que chez le paon.
Pour bien comprendre le rôle de la lumière dans la couleur des plumes, il faut nous intéresser à la structure des plumes.
Une plume comprend un axe, et de chaque côté de cet axe, se trouvent des ramifications, ramifications que l'on appelle les barbes. De chaque côté de ces barbes, nous avons d'infimes barbules, et, fait remarquable, les barbules se voient très bien parce que c'est elles qui miroitent. Les couleurs du paon dépendent de ces barbules, et nous parlons à propos de ces couleurs, de couleurs structurales. Et bien les couleurs structurales chez les oiseaux, on les reconnaît très facilement à ce que ce sont des couleurs vivantes, des couleurs brillantes, des couleurs très lumineuses, qui dépendent de l'inclinaison de la lumière par rapport à la plume.

Et bien il faut savoir que quand la lumière rencontre un objet, elle peut être réfléchie, elle peut traverser l'objet, et elle peut être aussi diffractée. Il y a diffraction lorsque la lumière au contact d'un corps, généralement de toute petite taille, est décomposée en différentes radiations. Et il arrive que certaines de ces radiations s'éteignent, d'autres au contraire sont renforcées, et c'est du renforcement de certaines radiations, de l'extinction d'autres, que naissent toutes les couleurs que nous avons chez le paon.
Mais comment la lumière peut-elle donner autant de couleurs ? Et bien c'est parce qu'elle est décomposée par des microstructures qui sont présentes dans les barbules. Mais alors, quelle est la nature de ces microstructures ?
Et bien nous pouvons pénétrer davantage dans cette structure de la plume de paon, mais pas avec le microscope optique, il nous faut faire appel au microscope électronique.

Nous avons maintenant sur l'écran un tout petit fragment d'une barbule, voilà, vous avez les sections transversales qui pourraient être très intéressantes.
A combien nous sommes comme grossissement, là ?

Homme : 20 000.

Maurice Pomarède

20 000 donc, rendez-vous compte. Vous voyez qu'y a des stries. Et bien ces stries sont en fait des microlamelles, rigoureusement parallèles, qui sont à l'origine des couleurs chez le paon. Comment cela ?
Nous savons que les radiations lumineuses sont des ondes. Lorsque des radiations lumineuses correspondant à une couleur rencontrent deux lamelles successives et qu'elles continuent leur chemin, il peut y avoir un décalage entre ces deux radiations lumineuses de telle sorte qu'elles s'annulent. Et si elles s'annulent, il va y avoir disparition d'une couleur à l'intérieur de la lumière reçue par la barbule.
Mais qui dit disparition d'une couleur, dit automatiquement apparition de la couleur complémentaire. Donc par conséquent, des radiations sont renvoyées par les microlamelles, les autres, qui continuent leur chemin, sont absorbées et la couleur qui va apparaître va dépendre essentiellement de l'écartement entre les microlamelles, écartement qui est de l'ordre de la longueur d'onde, c'est-à-dire de quelques dizièmes de microns, quelques dix millièmes de millimètre.
Et alors pourquoi les couleurs vont-elles changer ?
Et bien l'explication est simple. Lorsqu'on a affaire à deux lamelles, suivant que la lumière est plus ou moins inclinée, le chemin parcouru par la lumière pour aller d'une microlamelle à la suivante n'est pas le même, et par suite, il suffira que l'inclinaison de la lumière varie par rapport aux microlamelles pour que la couleur change légèrement parce que ce ne sera pas les mêmes, ce ne sera pas les mêmes radiations qui seront éteintes. Et c'est ainsi qu'on passera d'un bleu à un vert ou encore d'un rouge à un orangé.

Cet ara est l'ara bleu et jaune, il a son dos qui est bleu, son ventre qui est jaune-orangé.
Et bien ces deux couleurs ont une origine différente. L'orangé doit cette couleur à un caroténoide qui est dans les plumes. Et quant au bleu, il ne doit pas sa couleur à un pigment car chez les oiseaux et d'une manière générale dans le règne animal, le pigment bleu n'existe pas.
Si vous regardez la tête de cet ara, vous remarquez un peu de vert. Et bien ce vert vient de ce qu'il y a du caroténoide dans cette partie, et que ce caroténoide combine son action à celle du bleu et cela nous donne un vert plus ou moins foncé. Je tiens dans mes mains une plume d'ara.
Alors le problème qui se pose c'est de savoir comment se trouvent réparties ces couleurs dans chaque barbe.
Ce petit fragment, je vais le coller verticalement. Opération délicate, parce que les barbes sont retenues entre elles par les barbules. Maintenant, nous avons fait la coupe transversale, et nous allons examiner cette coupe sous le microscope. En nous rapprochant davantage, en bas, vous avez une sorte d'anneau, plutôt de croissant bleu, qui entoure une région qui est noire. La région noire, elle est bourrée de mélanine noire. Vers le haut, vous avez le caroténoide jaune, qui produit d'ailleurs une lumière jaune, que vous voyez surtout sur la, la droite et en faisant varier la mise au point, on voit très bien que le cœur est blanc, ce qui correspond à des cellules géantes de ce qu'on appelle la moelle et vous voyez que le caroténoide il est à la surface de la région qui produit le jaune.

Voici maintenant une plume de perruche ondulée, bleue. Oui, Vous voyez que le bleu est bien produit par les barbes et surtout vous notez la partie qui est noire qui est au centre de la barbe.

Nous voyons dans l'écran du microscope électronique à balayage quelques fragments de barbes de plumes de perruche. Alors ce qui nous intéresse c'est une section dans la barbe. En voilà une. Nous allons l'étudier plus en détail en nous approchant de plus en plus pour pénétrer dans cette barbe. A ce stade, on voit les principales régions de la barbe, c'est à dire la cuticule ici qui est grise, qui est formée de cellules très aplaties, cuticule qui a un rôle protecteur puis en dessous vous apercevez une couche continue, grisâtre, qui est cloisonnée. C'est ce qu'on appelle la couche structurale.
Couche structurale, tout simplement parce que c'est sa structure qui va être à l'origine de la couleur. Nous pénétrons. Voilà. Déjà, on voit un peu plus de détails et vous remarquez ici, voyez-vous, une couche qui est au contact entre la moelle et la couche structurale. C'est une couche de molécules géantes de mélanine noire. Quand on regarde attentivement la couche structurale, on s'aperçoit qu'elle a un aspect spongieux. Cette couche est formée de tous petits canaux ou canalicules qui s'enchevêtrent, d'où l'aspect spongieux. Et vous voyez ici des bosses, sur ces canaux. Ces bosses correspondent à la présence de microgranules de mélanine. Autant de boursouflures, autant de microgranules.
Et bien on pense que ce sont ces microgranules qui sont à l'origine de la couleur bleue. Pourquoi cela ?
Et bien, revenons-en à la structure globale de la barbe. Les rayons lumineux viennent frapper la barbe, pénètrent dans la barbe. Et au contact des microgranules de mélanine les radiations de courtes longueurs d'ondes sont arrêtées, renvoyées, et par conséquent vont diffuser dans toutes les directions et notamment vers l'extérieur de la barbe. Elles sont arrêtées justement parce qu'elles sont de courte longueur d'onde. Les autres radiations, vont continuer, arriver jusqu'à la couche qui est formée des macromolécules de mélanine noire, couche que vous avez là, et elles vont être absorbées. Par conséquent, en supprimant de la lumière blanche certaines radiations, on en fait apparaître d'autres, et il apparaît justement du bleu.

Alors maintenant, nous allons comparer une plume de perruche bleue avec une plume de perruche verte.
Plaçons notre lame sous le microscope. Nous éclairons et nous mettons au point. On voit que la couleur bleue est donnée par les barbes, et que les barbules sont incolores. Nous voyons que dans la plume verte, les barbes sont vertes, mais que les barbules sont jaunes, et non blanches. Mais pourquoi les barbes sont vertes ? Tout simplement parce que les barbes produisent encore du bleu, mais il y a en plus dans les barbes le caroténoides jaune que l'on voit dans les barbules. Et le jaune plus le bleu, ça va nous donner le vert.

Ainsi donc, chez les oiseaux, la couleur du plumage est souvent due à une association entre des caroténoides et de la mélanine. Alors, on peut se demander mais à quoi sert cette couleur ?
Et bien la couleur, c'est un peu la carte d'identité de l'oiseau. La couleur, en caractérisant l'espèce, favorise les rassemblements, les regroupements entre oiseaux, et, en quelque sorte, ils se protègent mutuellement parce qu'ils ont la même couleur.
En plus, nous le voyons dans le cas de l'ara, les changements de couleur provoqués par un oiseau qui s'envole, puisque nous disons que l'ara dorsalement est bleu, ventralement il est jaune, le dessous des ailes est jaune, et bien il en résulte là une rupture dans la perception de la couleur qui peut avoir un rôle protecteur vis-à-vis des prédateurs.