Au IVe siècle de notre ère, un artisan romain a taillé dans un bloc de verre épais un célèbre épisode de la mythologie grecque. Lycurgue, qui était alors roi de Thrace, une région au nord-est de la Grèce antique, avait banni de ses terres le culte de Dionysos, dieu du vin et de l’ivresse. Il persécutait ses fidèles et, un jour, il a essayé de tuer Ambrosia, une ménade (femmes qui accompagnaient le dieu du vin dans ses processions) ; celle-ci a alors supplié la Terre-mère de la sauver. Son appel a été entendu : métamorphosée en pied de vigne, elle a refermé ses sarments sur Lycurgue pour le ligoter jusqu’à le paralyser, sous le regard moqueur de Dionysos.
C’est prisonnier de la plante que le roi apparaît sur l’œuvre de l’artisan, baptisée Coupe de Lycurgue, conservée depuis 1958 au British Museum de Londres. Elle fait partie des quelque quarante « diatreta » (des « coupes-cages », dont le décor ajouré semble flotter autour de la paroi) parvenus jusqu’à nous, et c’est la seule, complète, à posséder une petite particularité. Le verre dans lequel elle est taillée est dichroïque : sous une lumière venue de face, il prend une teinte vert jade laiteuse, et il vire au rouge rubis dès qu’on l’éclaire de l’intérieur, comme vous pouvez le voir sur la vidéo YouTube plus bas.
Un phénomène optique sur lequel de nombreux verriers se sont penchés, sans jamais réussir à l’imiter entièrement. Toutefois, le 26 octobre, l’Université de Sheffield (Angleterre), a annoncé dans un communiqué, que l’une de ses techniciennes était enfin parvenue à reproduire son verre en quantité, une première depuis seize siècles.
Une recette retrouvée à force de persévérance
La technicienne en question s’appelle Lisa Hollands, et elle travaille au sein de l’École d’ingénierie chimique, biologique et des matériaux de l’Université de Sheffield. Spécialiste du verre de longue date, elle s’est servie d’études antérieures portant sur la coupe pour parvenir à recréer son verre. « J’étudie et travaille le verre depuis plus de vingt-cinq ans, alors j’ai mis à profit les connaissances et l’expérience acquises, en les associant à une compréhension scientifique moderne de ce que je cherchais à obtenir », explique-t-elle.
Compréhension qui remonte notamment aux travaux de David Barber et Ian Freestone, deux chercheurs qui, en 1990, avaient passé un éclat de la coupe au microscope électronique. Ils y ont découvert qu’elle renfermait des particules d’un alliage d’argent et d’or de quelques dizaines de nanomètres (un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre).
À cette échelle, le métal se met à interagir avec la lumière de façon étonnante : ses électrons vibrent à son passage, si bien que les particules absorbent certaines longueurs d’onde et en diffusent d’autres. D’où le vert jade que l’on voit lorsque la lumière se reflète sur la coupe, et le rouge rubis lorsqu’elle la traverse. Comprendre le phénomène n’a pourtant pas suffit à le reproduire : dès les années 1960, le chimiste américain Robert Brill avait obtenu des verres expérimentaux au comportement approchant, mais cela n’a débouché sur aucune recette reproductible.
Hollands était ainsi bien consciente, dès le départ, qu’il ne s’agissait pas d’une tâche aisée : « Je savais que fabriquer un verre de ce type serait probablement une tâche complexe, car il ne suffit pas d’ajouter des nanoparticules au verre. » En effet, dans du verre en fusion, l’or et l’argent se dispersent d’abord sous forme d’ions (des atomes ayant perdu un ou plusieurs électrons), sans aucun effet sur la couleur du verre une fois solidifié. Ce n’est que dans des conditions de chauffe très particulières, et en présence de substances capables de leur rendre leurs électrons, qu’ils peuvent se rassembler sous la forme de nanoparticules.
Elle a donc fait appel à une collègue de son université : « Pour commencer, j’ai travaillé avec une grande spécialiste du verre romain, la professeure Caroline Jackson, afin de rassembler ce que l’on savait déjà du verre de l’époque, et j’ai mis au point un verre de base à partir de matériaux modernes pour imiter ce que les Romains auraient pu utiliser. Venait ensuite la partie la plus difficile : réussir à introduire de petites quantités d’or et d’argent dans le verre, sous la bonne forme », raconte-t-elle.
Le terme « petites » relève ici de l’euphémisme : la coupe contient seulement un tiers de gramme d’argent et quatre centièmes de gramme d’or par kilo de verre. Pour que les nanoparticules apparaissent dans le verre, Hollands a mené une longue série d’expérimentations. Elle a changé de type de four et de matières premières, fait varier la quantité d’oxygène présente durant la fusion et est même allée jusqu’à ajouter du sucre au cœur de sa préparation.
Fournée après fournée, elle a fini par obtenir un verre dichroïque aux propriétés optiques très proche de celui de la Coupe de Lycurgue, que Ian Freestone lui-même juge « plus ambitieux et plus précis » que les essais des années 1960. Un résultat qui a demandé tant de tâtonnements que Hollands s’en amuse elle-même : « Si les Romains avaient pu me voir faire mes essais, ils auraient sans doute ri en demandant : “Pourquoi est-ce qu’elle ne sait pas faire ça ?” »
À vrai dire, les verriers romains ne maîtrisaient sans doute pas mieux le procédé. Les rares fragments de verre dichroïque antique qui nous sont parvenus présentent des couleurs très inégales d’une pièce à l’autre et même la Coupe de Lycurgue présente certains défauts.
Un chef-d’œuvre antique d’utilité industrielle
La reconstitution de Hollands, par-delà son intérêt patrimonial et historique, a été menée dans le cadre du projet Molecular Photonic Breadboards, qui associe les universités de Sheffield et de Bristol et est financé par l’EPSRC (le conseil britannique de la recherche en sciences physiques et en ingénierie).
C’est sa responsable, Christina Metcalfe, qui avait mis la technicienne au défi de recréer l’effet de la coupe pour le LightFest 2025, où une première pièce a été exposée. Ses chercheurs pourront s’en inspirer pour concevoir des matériaux photoniques, structurés à l’échelle nanométrique pour guider ou filtrer la lumière, utiles aussi bien pour la fabrication de panneaux solaires que pour les technologies quantiques.
Le Laboratoire des sciences de l’immobilisation de Sheffield en profitera également : ses équipes étudient la vitrification des déchets nucléaires, et cherchent à comprendre comment des cristaux se forment dans le verre, afin d’y immobiliser la plus grande quantité possible de déchets en toute sécurité.
Le principe de la vitrification est, sur le papier, simple à comprendre : il consiste fondre les déchets avec du verre pour que leurs éléments radioactifs restent prisonniers de la matière solidifiée. Sa mise en œuvre est, en revanche, bien plus complexe, puisqu’une vitrification réussie dépend de nombreux facteurs (température, composition du mélange, atmosphère du four ou vitesse de refroidissement), du même ordre que ceux que Hollands a dû apprivoiser pour réussir à reconstituer le verre.
L’artisan anonyme à l’origine de la fabrication de la Coupe de Lycurgue nous aura ainsi légué l’un des plus anciens exemples de matériau élaboré à l’échelle nanométrique, seize siècles avant l’invention de ce terme. La recette de Hollands a déjà servi au souffleur de verre britannique Elliot Walker, vainqueur de la deuxième saison de l’émission canadienne Blown Away sur Netflix, pour façonner une sculpture qui mêle l’histoire de Lycurgue à l’Atlas Farnèse, célèbre statue antique dont le globe porté par le titan a été remplacé par une coupe. L’œuvre est exposée jusqu’au 15 novembre à la Millennium Gallery de Sheffield, dans le cadre du Festival of the Mind, et rejoindra définitivement le Turner Museum of Glass de l’université. « On comprend de l’intérieur comment les verriers du passé ont dû s’y prendre avec ce verre. C’est comme leur serrer la main », raconte-t-il au sujet de cette commande.
- La Coupe de Lycurgue, un verre romain vieux de 1 600 ans, change de couleur grâce à des nanoparticules d’or et d’argent.
- Une technicienne de l’Université de Sheffield a réussi à reproduire le procédé de fabrication de ce verre unique.
- Cette découverte ouvre des perspectives pour des applications modernes en photonique et en vitrification des déchets nucléaires.
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