Une introduction artistique aux encres à base d’anthocyanes

Longtemps avant l’invention des colorants artificiels, on fabriquait des encres simples mais efficaces à partir de produits naturels (voir l’article de Farusi, 2012) comme on en voit encore aujourd’hui sur les peintures préhistoriques. Ces colorants naturels étaient d’origine minérale ou végétale. L’article de ce jour se concentre sur l’emploi des plantes produisant des anthocyanes (ACY, figure 1).

Natural colours are often less stable than many synthetic dyes, changing colour or disintegrating with temperature, light, pH variation and oxidising agents. This can lead to interesting lessons, and in our work with primary school students we have used anthocyanins as colourants for pH-reactive ink production.

L’origine de la couleur

Les anthocyanes sont des composés organiques dont la couleur peut passer de l’orange au rouge, au violet et au bleu. On les trouve dans certaines fleurs, fruits et racines. Les molécules d’anthocyane contiennent des cycles carbonés qui absorbent la lumière, et qui fonctionnent donc en écran qui protège les cellules de la plante.  Les longueurs d’onde de lumière qui ne sont pas absorbées sont réfléchies, et donnent au fruit sa couleur visible.  Ces couleurs attirent aussi les pollinisateurs et les disperseurs de graines, ce qui favorise la reproduction de la plante.

Les solutions d’anthocyanes  changent de couleur avec le pH, et forment donc un indicateur naturel (figure 2). En général, les anthocyanes sont rouges en milieu acide et bleus en milieu alcalin. Mais souvent la couleur dépend de la nature et de l’origine de l’anthocyane. Ce changement de couleur est dû au fait que l’addition d’un ion H+ sur la structure moléculaire du pigment modifie ses propriétés électroniques, donc la valeur de la longueur d’onde qui sera absorbée. C’est pour cela que les extraits de plantes sont utilisés pour déterminer le pH des eaux claires, ou le point d’équivalence des titrages acide-base. Voir l’expérience du chou rouge (Terci & Rossi, 2002; Rossi & Shimamoto, 2010). Les anthocyanes peuvent aussi servir à former des encres pour la peinture à l’eau.

Qu’est-ce que c’est, une encre ?

Une encre est un mélange de colorants ou de pigments et d’un agent de liaison qui aide l’encre à adhérer sur la surface à peindre. Cette formulation a été utilisée pendant des milliers d’années. Mais aujourd’hui, les encres sont devenues plus sophistiquées, et peuvent par exemple réagir chimiquement avec le support sur lequel on les depose.

Le principal constituant d’une encre est le pigment ou le colorant qui lui donne sa couleur. Un pigment est un solide pulvérisé qui est insoluble dans l’eau ou dans le liquide formant l’encre. Un colorant par contre est un substance soluble dans l’eau ou le liquide de l’encre. Les anthocyanes sont des pigments. Les pigments confèrent opacité et solidité au dépôt.

Encre d’anthocyane pour la peinture au pinceau ou au rouleau, ou pour tampon

Matériel

• Des fruits ou des légumes riches en anthocyane, comme les mytilles, les fraises, les mûres, les framboises ou les choux rouges
• De l’éthanol à 94% en volume
• Du papier filter (un filtre à café peut faire l’affaire)
• Des boîtes de Pétri
• De l’eau
• Du papier de luxe, ayant une densité supérieure à 50 g/m2
• Des tampons, des pinceaux, des rouleaux
• Du vinaigre
• Un produit détergent multi-usage ayant des propriétés alcalines

Mode opératoire

1. Ecraser le fruit ou le légume, et le mélanger pendant 30 minutes avec un volume d’éthanol égal à 3 fois le poids du légume.
2. Filtrer sur papier et distribuer le filtrat dans plusieurs boîtes de Petri.
3. Laisser les extraits de ces boîtes de Petri à l’air pendant 2 jours à l’abri du soleil, jusqu’à evaporation complete du solvant. On peut accélérer cette évaporation en travaillant sous une hotte ventilée.
4. Quand l’extrait d’anthocyane est sec, il a un aspect pâteux, Ajouter à peu près 10 fois son poids d’eau, et homogénéiser.

L’encre ainsi obtenue peut être utilisée avec un pinceau, un tampon ou un rouleau encreur. Comme l’anthocyane est un indicateur, la couleur de l’encre se modifie au contact d’un acide ou d’une base. On peut utiliser une brosse pour appliquer une solution acide (vinaigre) ou basique (détergent ménage) sur du papier coloré avec cette encre.  On peut aussi asperger une solution acide ou basique sur du papier teint au préalable. On peut aussi écrire un message illisible, donc secret, avec un pinceau imbibé d’acide ou de base. On laisse sécher. Puis on pulvérise la solution d’anthocyane avec un spray directement sur le papier afin de révéler le message.

Ce qui s’est produit

Les extraits d’anthocyane sont des indicateurs de pH aussi bien en solution que déposés sur papier. Le changement de couleur est dû à l’interaction entre les molécules d’anthocyane déposées sur le papier et l’acide acétique du vinaigre ou la base du detergent.

Le changement de couleur est lié à l’équilibre chimique décrit sous forme simplifiée en figure 2. Les anthocyanes sont des composés organiques qui ont plusieurs substituants sur lesquels les ions H+ peuvent se fixer ou s’éliminer, ce qui change leur couleur. La figure 2 montre les couleurs que les peintures à l’anthocyane prennent dans trois milieux différents : acide, neutre et basique. On peut aussi comparer les différentes anthocyanes en les trempant dans ces trois milieux.

L’encre à l’anthocyane peut être utilisée par des enfants de moins de 11 ans pour faire de la peinture. L’emploi de vinaigre ou de détergent devrait être réservé aux élèves plus âgés, qui sont plus aptes à établir des comparaisons entre eux. Il est bien sûr possible de modifier le mode opératoire, et la technique d’application de cette encre, car elle n’est pas toxique, et ses déchets et résidus peuvent être sans autre jetés à l’évier.

Le but principal de cette activité récréative est d’éveiller la curiosité des élèves. Mais on peut en élargir l’impact en envisageant une approche interdisciplinaire, qui incorpore une éducation à l’environnement et aux valeurs locales. Pendant la fabrication de l’encre, le maître peut également amener les élèves à réfléchir sur la nature, la biodiversité, et leur exploitation rationnelle, en vue d’obtenir des produits utiles.

Remerciements

Les auteurs remercient le Fondation de recherche de Sao Paulo (FAPESP) pour son support financier.