Au IV^e siècle, des artisans romains ont produit un objet aux propriétés optiques si singulières qu'elles ont dérouté les savants pendant des siècles. Connue sous le nom de coupe de Lycurgue, cette pièce est l'un des exemples les plus étonnants de verrerie de l'Empire romain. Elle est taillée dans un verre dichroïque, un matériau qui semble changer de couleur selon la manière dont la lumière le traverse : vert lorsqu'il est éclairé de face, ambre-rouge éclatant lorsque la lumière vient de l'arrière.

Une coupe née d'un mythe

Son nom renvoie à la scène qu'elle représente, celle du roi Lycurgue. Selon la mythologie, ce dernier tenta de tuer Ambroise, qui se métamorphosa en vigne et enserra le souverain jusqu'à le faire périr. Ambroise étant une adepte de Dionysos, le dieu figure lui aussi sur la coupe, entouré de ses suivants raillant le roi condamné.

Les historiens de l'art classent l'objet parmi les vases de luxe de la fin de l'époque romaine, appelés « coupes-cages ». Sa fonction exacte reste débattue : certains y voient un ancien abat-jour, d'autres un simple objet décoratif. Quelle qu'ait été l'intention de ses créateurs, son apparence presque surnaturelle a suscité l'intérêt des archéologues et des historiens, nombre d'entre eux la rangeant parmi les artefacts romains les plus importants jamais mis au jour.

Les auteurs d'une étude de 2020 la décrivent sans détour comme l'un des objets en verre les plus fascinants de l'histoire de l'humanité, ajoutant qu'historiens de l'art et verriers s'interrogent sur la fabrication de sa structure complexe depuis sa découverte.

La coupe de Lygure est un objet en verre dichroïque datant du IV^e sièle, témoignant du savoir-faire des Romains. Trouvée intacte parmi des objets pillés dans une église durant la Révolution, elle est désormais exposée au British Muséum, à Londres.  © SeanShot, iStock

Une nanotechnologie vieille de 1600 ans

Mais l'apparence énigmatique de la coupe n'est pas tout ce que les chercheurs Lars Kool, Floris Dekker et leurs collègues ont observé. Leur travail a révélé quelque chose de bien plus remarquable : ces propriétés optiques mystérieuses trahissent un procédé totalement inattendu pour l'époque.

L'analyse des propriétés changeantes de la coupe a mis en évidence la présence de nanoparticules dans son verre ancien, une découverte qui précède de 1 600 ans le développement moderne de la nanotechnologie. Cet effet, qui a longtemps intrigué les scientifiques, provient de deux variétés de nanoparticules, d'argent et d'or, toutes deux sous forme colloïdale, retrouvées dans le matériau.

La coupe de Lycurgue est le seul objet en verre antique intact à présenter cette propriété optique, soulignent les chercheurs, seuls quelques autres petits fragments de verre dichroïque de fabrication humaine ayant été retrouvés à travers le monde. Compte tenu de l'époque, l'effet semble accidentel, et il est peu probable que les artisans aient réellement compris les processus à l'œuvre ni qu'ils aient su les exploiter pleinement.

Recréer l'objet grâce à l'impression 3D

L'intérêt de l'équipe pour la coupe est né d'une envie : recréer l'un des objets les plus déroutants de l'Antiquité. Cette recherche a démarré par pure curiosité, expliquent les auteurs, qui se demandaient si les connaissances modernes en nanotechnologie, associées aux capacités du XXIe siècle comme l'impression 3D, permettraient de reproduire un artefact vieux de 1 600 ans.

Pour y parvenir, ils ont d'abord produit une synthèse moderne de nanoparticules d'argent dichroïques, intégrées dans un nanocomposite imprimable en 3D. En ajoutant l'ingrédient suivant, des nanoparticules d'or, ils ont rapidement obtenu une correspondance presque parfaite avec la coupe-cage du IV^e siècle. L'ajout de l'or au composite d'argent, rapportent-ils, a donné un nanocomposite imprimable en 3D reproduisant le même effet de dichroïsme que la coupe.

Contamination ou geste volontaire ?

Reste une question : pourquoi des nanoparticules d'or et d'argent se trouvaient-elles dans ce verre ? L'hypothèse d'une contamination domine, même s'il n'est pas totalement exclu que ces métaux aient été introduits intentionnellement.

La plupart des spécialistes penchent toutefois pour un accident, les fabricants ignorant probablement jusqu'à la présence des fines particules d'or colloïdal dans le matériau. Une théorie suggère que l'or était déjà mêlé à l'argent ; une autre, que d'infimes quantités auraient été transférées au verre par les outils utilisés lors de sa fabrication.

Au-delà de l'énigme résolue, la méthode employée pourrait trouver des applications modernes. Elle permet, selon l'équipe, de synthétiser des matériaux intelligents nanocomposites plasmoniques imprimables en 3D, qui réagissent différemment selon l'angle d'éclairage.

Les artisans de la coupe de Lycurgue sont désormais reconnus comme parmi les premiers à avoir eu recours à la nanotechnologie, quoique sans le savoir, et d'autres exemples d'usage précoce et accidentel dans l'Antiquité ont émergé ces dernières années. Ces Romains ont ainsi créé l'un des objets les plus singuliers de leur temps, sans jamais mesurer l'ampleur de leur prouesse.

L'étude de Lars Kool, Floris Dekker et leurs collègues, consacrée au nanocomposite dichroïque d'or et d'argent pour imprimer la coupe de Lycurgue en 3D, a été publiée dans le Beilstein Journal of Nanotechnology.