Pourquoi les plumes bleues ne sont-elles pas vraiment bleues ?

Pourquoi les plumes bleues ne sont-elles pas vraiment bleues ? Parce que les oiseaux, à ce que l’on sait, ne fabriquent pas de pigment bleu pour leurs plumes. Le bleu d’une mésange bleue, d’un martin-pêcheur ou d’un geai des chênes est une couleur structurelle : de minuscules poches d’air et de kératine, espacées de l’ordre de 100 à 200 nanomètres à l’intérieur de chaque barbe, renvoient les longueurs d’onde bleues vers l’œil, tandis qu’une couche de mélanine sombre absorbe l’essentiel du reste.

La plume est bien réelle, et le bleu aussi, au sens où la lumière qui arrive à l’œil est réellement bleue. Mais la couleur naît de l’architecture de la plume, pas d’un colorant chimique. Modifiez la structure, ou la façon dont la lumière la frappe, et le bleu disparaît.

En bref : les plumes bleues

• Pas de pigment bleu : on ne connaît pas d’oiseau qui colore ses plumes avec un pigment bleu.
• Couleur structurelle : le bleu vient de nanostructures de kératine et d’air dans les barbes.
• La mélanine aide : une couche de pigment sombre sous la structure absorbe la lumière parasite et intensifie le bleu.
• Faites le test : une plume bleue paraît brune ou grise à contre-jour.
• Écrasée, elle pâlit : broyer une plume bleue détruit la structure, et le bleu avec.
• Le vert est souvent bleu plus jaune : beaucoup d’oiseaux verts combinent bleu structurel et pigment jaune.
• Ce n’est pas de l’irisation : le dos d’une mésange bleue reste bleu sous presque tous les angles, contrairement à la tête d’un canard colvert.

Comment les plumes produisent-elles des couleurs sans pigment ?

Les plumes se colorent de deux grandes façons.

Les pigments absorbent certaines longueurs d’onde et en renvoient d’autres. Les mélanines, que les oiseaux fabriquent eux-mêmes, donnent les noirs, bruns, gris et roux. Les caroténoïdes, tirés de l’alimentation, donnent les rouges, orangés et jaunes, comme la poitrine du bouvreuil pivoine ou le jaune de la mésange charbonnière. Quelques groupes possèdent des pigments particuliers, comme les psittacofulvines qui donnent leurs rouges et leurs jaunes aux perroquets.

Les couleurs structurelles viennent de l’agencement physique des matériaux à une échelle proche de la longueur d’onde de la lumière visible, quelques centaines de nanomètres. Quand la lumière pénètre ces structures, certaines longueurs d’onde se renforcent en ressortant et d’autres s’annulent. Le résultat est une couleur sans aucune substance colorée.

Les ailes de papillons, les carapaces de scarabées et les bulles de savon montrent des couleurs structurelles. Chez les oiseaux, elles produisent presque tous les bleus et violets, beaucoup de verts et l’éclat métallique changeant des plumes irisées.

Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une plume bleue ?

Une plume de contour typique possède un axe central portant des rangées de ramifications, les barbes. Chaque barbe porte à son tour de plus petites ramifications, les barbules. Dans les plumes bleues, la machinerie colorée se trouve à l’intérieur des barbes.

En coupe au microscope électronique, une barbe bleue montre généralement trois couches :

1. Un cortex externe de kératine, une fine peau transparente autour de la barbe.
2. Une couche médullaire spongieuse, faite de kératine parcourue de minuscules poches ou canaux d’air. C’est elle qui produit le bleu.
3. Un cœur de cellules contenant de la mélanine, qui absorbe la lumière traversant la couche spongieuse.

La couche spongieuse est la clé. L’espacement entre kératine et air y est remarquablement régulier, de l’ordre de 100 à 200 nanomètres dans beaucoup de plumes bleues. À cet espacement, les ondes lumineuses renvoyées par différentes parties de la structure s’alignent pour les longueurs d’onde bleues et se renforcent, ce qui renvoie une lumière bleue intense. Les autres longueurs d’onde sont faiblement diffusées ou traversent la couche pour être absorbées par la mélanine.

Le bleu des plumes s’explique-t-il comme le bleu du ciel ?

Pendant une grande partie du XXe siècle, beaucoup de scientifiques l’ont cru. Le ciel est bleu à cause de la diffusion de Rayleigh : de minuscules particules disposées au hasard diffusent davantage les courtes longueurs d’onde bleues que les longues rouges. Les premiers chercheurs pensaient que les plumes fonctionnaient de façon similaire et parlaient souvent d’« effet Tyndall ».

À la fin des années 1990, des travaux menés par Richard Prum et ses collègues ont montré que cette explication ne tenait pas. En analysant la kératine spongieuse des plumes bleues, ils ont constaté que les poches d’air ne sont pas disposées au hasard. Elles forment un motif quasi ordonné, avec un espacement régulier mais sans ordre parfait comme dans un cristal. La lumière diffusée par une telle structure interfère de façon organisée, un phénomène appelé diffusion cohérente. Cela explique pourquoi les bleus des plumes sont si saturés et pourquoi la structure peut produire des teintes précises, pas seulement un bleu ciel pâle.

Des recherches ultérieures ont montré que ces nanostructures se forment par auto-assemblage, lorsque la kératine se sépare du liquide aqueux présent dans les cellules de la plume en croissance, un peu comme l’huile se sépare du vinaigre. Deux grands types ont été décrits : l’un à canaux d’air tortueux, l’autre à sphères d’air plus arrondies.

Comment prouver qu’une plume bleue n’est pas vraiment bleue ?

Vous pouvez le constater avec une plume bleue tombée naturellement. En France et dans l’Union européenne, la plupart des oiseaux sauvages sont protégés, et ramasser ou conserver leurs plumes est en principe interdit sans autorisation : faites donc ces tests sur place, ou avec des plumes d’oiseaux domestiques comme la perruche ondulée ou le paon.

Le test du contre-jour

1. Tenez la plume de façon que la lumière l’éclaire de votre côté. Elle paraît bleue.
2. Placez-la maintenant entre vous et la source de lumière, pour que la lumière la traverse.
3. Le bleu disparaît et la plume paraît brune ou grise.

En lumière réfléchie, vous voyez le bleu renvoyé par la couche spongieuse. En lumière transmise, vous voyez surtout ce qui traverse, filtré par la mélanine.

Faites la même chose avec une plume rouge de bouvreuil ou une plume jaune de verdier : elle garde sa couleur dans les deux cas, car un pigment absorbe les autres couleurs quelle que soit la direction de la lumière.

Le test de l’écrasement

Si l’on réduit une plume bleue en poudre, le bleu s’estompe et il reste une poussière grise ou brune. Détruire la structure microscopique détruit la couleur. Une plume rouge, jaune ou brune pigmentée garde une bonne partie de sa couleur une fois broyée.

Le test de l’humidité

Tremper une plume bleue dans certains liquides peut ternir ou décaler la couleur, car remplir les poches d’air change la façon dont la structure interagit avec la lumière. En séchant, la plume retrouve son bleu. C’est une expérience de laboratoire, à ne jamais tenter sur un oiseau vivant.

Pourquoi la couche de mélanine sombre est-elle importante ?

On pourrait croire que la mélanine gâcherait le bleu, mais elle est indispensable. Sans fond sombre, une grande partie de la lumière qui traverse la couche spongieuse serait diffusée au hasard et ressortirait blanche, délavant le bleu. La mélanine absorbe cette lumière parasite, si bien que l’œil reçoit surtout le bleu renvoyé par la structure.

C’est pourquoi certains oiseaux bleus paraissent presque noirs dans la pénombre. Le martin-pêcheur d’Europe en est un bon exemple : posé à l’ombre d’une berge, il peut paraître sombre et terne, puis lancer un éclair bleu électrique quand il file au soleil au ras de l’eau.

En quoi le bleu diffère-t-il de l’irisation ?

Les deux sont structurels, mais ils fonctionnent différemment.

La tête d’un colvert mâle peut paraître noire un instant puis vert bouteille l’instant d’après, parce que les fines couches empilées de ses barbules ne réfléchissent fortement que sous certains angles. La calotte d’une mésange bleue, elle, reste bleue quand l’oiseau se tourne.

Pourquoi tant d’oiseaux verts sont-ils en réalité bleus et jaunes ?

Les plumes vertes associent souvent deux systèmes de couleur. Une couche de bleu structurel se trouve sous un pigment jaune, ou à côté. La lumière bleue traverse le pigment jaune et se mélange à lui, et l’œil perçoit du vert.

La perruche ondulée, petite perruche australienne élevée comme oiseau de compagnie dans le monde entier, le montre clairement. Les perruches sauvages sont vertes. Parmi les couleurs d’élevage courantes, les perruches bleues n’ont pas de pigment jaune et les perruches jaunes n’ont pas de bleu structurel. Les éleveurs ont obtenu ces couleurs en sélectionnant des oiseaux porteurs de mutations génétiques précises.

Beaucoup de perroquets sauvages, de guêpiers et d’autres oiseaux verts utilisent une combinaison similaire. Les touracos d’Afrique sont une exception célèbre : ils possèdent un véritable pigment vert, la turacoverdine, ainsi qu’un pigment rouge contenant du cuivre, la turacine.

Et les oiseaux à peau bleue ou aux œufs bleus ?

Les oiseaux peuvent être bleus ailleurs que sur les plumes, et pas toujours par le même procédé.

• La peau bleue. La peau nue bleue du visage ou des pattes de certains oiseaux est généralement structurelle elle aussi, mais produite par des réseaux de fibres de collagène dans la peau plutôt que par la kératine des plumes.
• Les œufs bleus. Le bleu-vert des œufs de la grive musicienne, du merle noir, de l’accenteur mouchet ou de l’étourneau sansonnet vient d’un pigment, la biliverdine, que la femelle dépose dans la coquille pendant sa formation. Ces oiseaux pondent donc des œufs réellement pigmentés en bleu, alors qu’aucun oiseau connu ne fait pousser de plumes à pigment bleu.

Pourquoi les oiseaux voient-ils les plumes bleues autrement que nous ?

La plupart des oiseaux possèdent quatre types de cônes sensibles aux couleurs, dont un réglé sur le violet ou l’ultraviolet. Beaucoup de bleus structurels réfléchissent fortement dans l’ultraviolet, une partie du spectre invisible pour nous. Nos guides sur la vision des couleurs chez les oiseaux et sur la vision ultraviolette expliquent cette biologie.

Cela compte, car le plumage bleu sert souvent de signal. Chez la mésange bleue, la calotte des mâles réfléchit davantage d’ultraviolet que celle des femelles, une différence que les oiseaux voient et pas nous. Chez d’autres espèces, plusieurs études ont relié l’éclat et la teinte du bleu structurel à la condition du mâle et à son succès reproducteur. La précision de la nanostructure pourrait refléter l’état de l’oiseau au moment où la plume a poussé, ce qui rattache le bleu à la question plus large de pourquoi les mâles ont des couleurs plus vives.

Pourquoi les oiseaux ont-ils évolué vers le bleu structurel plutôt qu’un pigment ?

Personne n’a la réponse complète, mais plusieurs idées aident à comprendre.

D’abord, les pigments bleus sont chimiquement rares chez les animaux. Beaucoup des bleus de la nature, des papillons aux poissons en passant par les oiseaux, sont structurels. Fabriquer un pigment bleu stable semble difficile pour la biochimie animale, alors que dévier la lumière avec une structure utilise des matériaux dont les oiseaux disposent déjà : kératine, air et mélanine.

Ensuite, la structure est souple. De petites variations de taille et d’espacement des poches d’air font passer la teinte du violet au bleu puis au turquoise, et jusque dans l’ultraviolet. L’évolution dispose ainsi d’un simple bouton de réglage. Des études comparatives suggèrent que le bleu structurel est apparu indépendamment de nombreuses fois dans différentes familles.

Enfin, la couleur structurelle est peut-être relativement économe en matières premières. Contrairement aux rouges caroténoïdes, qui dépendent de la bonne nourriture, le bleu structurel repose surtout sur la capacité de l’oiseau à faire pousser une plume bien organisée. Ce n’est pas gratuit pour autant : un oiseau mal nourri ou stressé peut produire une structure moins précise et un bleu plus terne.

Le bleu pâlit-il quand la plume vieillit ?

Oui, dans une certaine mesure. Une plume est inerte une fois formée, et l’usure abîme sa surface au fil des mois qui suivent la mue. L’abrasion, le soleil et les bactéries qui dégradent la kératine peuvent endommager le cortex et la couche spongieuse, et la saleté en surface diffuse la lumière d’une façon qui ternit la couleur.

Les observateurs remarquent souvent que les mésanges bleues sont à leur plus bel éclat après la mue de fin d’été et un peu plus ternes l’été suivant, quand elles s’épuisent à nourrir leurs petits. La différence reste généralement discrète. Notre guide sur la mue des oiseaux explique ce cycle.

Les erreurs courantes pour identifier les oiseaux bleus

• Prendre un oiseau à contre-jour pour un oiseau noir. Vérifiez la silhouette et le bec avant de conclure qu’un oiseau n’est pas bleu.
• S’attendre à des femelles bleues. Chez beaucoup d’espèces, les femelles sont plus ternes. La femelle de gorgebleue à miroir, par exemple, a peu ou pas de bleu sur la gorge.
• Se fier à la couleur d’une photo. La balance des blancs et l’angle peuvent décaler le bleu structurel vers le violet ou le turquoise. Utilisez plusieurs photos et d’autres critères.
• Supposer que tous les bleus se valent. Le bleu azur du rollier, le bleu cobalt de la mésange et le bleu électrique du martin-pêcheur reflètent des nanostructures différentes.

Quels oiseaux communs doivent leur couleur à leur structure ?

Le bleu est répandu dans de nombreuses familles et sur tous les continents :

• En France et en Europe : mésange bleue, martin-pêcheur d’Europe, geai des chênes (miroir bleu de l’aile), rollier d’Europe, gorgebleue à miroir, monticole bleu.
• En Amérique du Nord : geai bleu, merlebleus, passerin indigo, martin-pêcheur d’Amérique.
• En Amérique du Sud : ara hyacinthe, ara bleu et jaune, nombreux tangaras et cotingas.
• En Asie et en Afrique : rollier indien, nombreux martins-pêcheurs, étourneaux au plumage bleu brillant.

Idées reçues et réalités sur les plumes bleues

Idée reçue : les oiseaux bleus contiennent un colorant bleu. Réalité : à ce que l’on sait, le bleu des plumes est structurel, produit par de la kératine et de l’air à l’échelle nanométrique.

Idée reçue : les plumes sont bleues pour la même raison que le ciel. Réalité : c’était l’hypothèse ancienne, mais les recherches depuis les années 1990 montrent une diffusion cohérente par des structures quasi ordonnées, pas une diffusion aléatoire comme dans le ciel.

Idée reçue : une plume bleue qui paraît brune à contre-jour est fausse ou teinte. Réalité : c’est exactement ainsi que se comporte un vrai bleu structurel.

Idée reçue : tout le bleu de la nature est structurel. Réalité : certains bleus sont des pigments, comme la biliverdine des œufs de grive ou certains pigments végétaux.

Ce que cela change pour l’observateur au jardin

• La lumière change tout. Un oiseau bleu peut paraître noir ou gris à l’ombre ou à contre-jour. Observez si possible avec le soleil dans le dos.
• Ne vous fiez pas à la seule couleur. Silhouette, taille, bec et comportement confirment l’identification.
• Conseil photo. Une lumière de face et un soleil doux révèlent le bleu structurel ; un contre-jour dur le rend boueux.
• Vous trouvez une plume bleue ? Faites le test du contre-jour sur place, puis laissez-la. C’est une façon simple de montrer aux enfants comment fonctionne une couleur structurelle.
• Un bain propre aide. Les oiseaux entretiennent leur plumage en se baignant et en se lissant les plumes, et la saleté ternit les couleurs structurelles.
• Profitez de la physique. Chaque mésange bleue à votre mangeoire est une petite pièce de nanotechnologie, renouvelée à chaque mue.

En résumé

Les plumes bleues ne sont pas bleues comme une clôture peinte. La couleur vient d’une éponge précise de kératine et d’air, auto-assemblée dans chaque barbe et doublée de mélanine sombre, qui renvoie la lumière bleue vers l’œil. C’est pourquoi le bleu disparaît à contre-jour ou quand on écrase la plume, pourquoi un oiseau bleu peut paraître noir à l’ombre, et pourquoi tant d’oiseaux verts combinent en réalité un bleu structurel et un pigment jaune.

Sources

• LPO, Ligue pour la protection des oiseaux
• Oiseaux.net, fiches espèces
• Cornell Lab of Ornithology, All About Birds : Blue Jay
• Cornell Lab of Ornithology, All About Birds : Eastern Bluebird