Pourquoi le tissu teint à l'indigo passe-t-il du vert au bleu en sortant du bain ?
― L'artisan fait « sortir » la couleur grâce à l'air
Le tissu qu'on sort de la cuve de teinture à l'indigo n'est pas bleu, mais jaune-vert. Puis, exposé à l'air, il devient bleu à vue d'œil. En fait, l'indigo de la cuve a été volontairement transformé en une forme « non bleue ». L'indigo bleu étant insoluble dans l'eau, il ne pourrait sinon pas pénétrer dans le tissu.
Dans un atelier de teinture à l'indigo, un artisan plonge un tissu blanc dans une grande cuve. Le liquide n'est pas vraiment bleu, plutôt jaune-vert tirant sur le brun. À la surface flotte une épaisse mousse légèrement violacée.
Après un moment, il sort le tissu et l'essore fermement. Déployé, le tissu est d'un jaune-vert terne. Mais quand l'artisan l'agite pour l'exposer à l'air, la couleur se déplace depuis les bords : d'abord vers le vert, puis vers le bleu.
En moins d'une minute, le tissu devient franchement bleu. L'artisan le replonge dans la cuve et répète l'opération de nombreuses fois. Pourquoi ne pas teindre intensément en une seule fois ?
Le changement de couleur tient à deux raisons seulement
L'indigo bleu est presque insoluble dans l'eau. L'artisan utilise donc des micro-organismes pour lui ajouter de l'hydrogène, le transformant en une forme jaunâtre soluble dans l'eau. On appelle cela « monter la cuve ».
L'indigo soluble, infiltré dans les interstices de la fibre, perd son hydrogène au contact de l'oxygène de l'air. Il redevient alors l'indigo bleu d'origine, se transforme en particules insolubles et reste emprisonné dans la fibre.
En somme, la teinture à l'indigo se fait en deux étapes : « dissoudre pour transporter, puis fixer avec l'air ». Ce n'est pas la cuve qui fait sortir la couleur, mais l'air.
Pourquoi l'indigo bleu ne teint-il pas directement ?
La couleur bleue de l'indigo provient d'une substance appelée indigotine. Ses molécules s'attirent fortement, comme si elles se tenaient par la main. Dans l'eau, elles ne font donc que couler au fond sous forme de poudre, sans quasiment se dissoudre. Or ce qui ne se dissout pas ne peut pénétrer dans les fins interstices des fibres. Si l'on mélange de la poudre bleue à de l'eau et qu'on y trempe un tissu, elle ne fait qu'adhérer légèrement en surface, et part au lavage.
Les artisans d'autrefois ont donc trouvé le moyen de transformer l'indigo en une forme « soluble ». Dans la méthode traditionnelle japonaise, les feuilles fermentées de polygonum tinctorium (appelées « sukumo ») sont placées dans une eau alcaline obtenue à partir de cendres de bois (le « lessif de cendres »). On y ajoute de la nourriture pour les micro-organismes, comme du son de blé ou de l'alcool, puis on maintient la température en attendant. En quelques jours à deux semaines, les micro-organismes du liquide transféreraient de l'hydrogène à l'indigo, le transformant en forme soluble.
Cet indigo soluble n'est pas bleu : il est plutôt jaunâtre. Le liquide de la cuve paraît jaune-vert parce que l'indigo jaune dissous se mélange à un peu d'indigo encore bleu. La mousse de surface paraît violacée car son film, au contact de l'air, commence localement à redevenir bleu. Les artisans appellent cette mousse la « fleur d'indigo » et s'en servent pour juger de l'état de la cuve.
Que se passe-t-il à l'exposition à l'air ?
Dans les interstices des fibres du tissu sorti de la cuve s'est infiltré l'indigo soluble. Comme le montre le centre de la figure 1, au contact de l'air, l'oxygène retire l'hydrogène de l'indigo. Celui-ci redevient alors sa forme bleue d'origine. Cette forme bleue étant insoluble dans l'eau, elle se transforme sur place en petites particules qui se coincent dans les interstices des fibres et ne peuvent plus en sortir.
L'oxygène nécessaire à cette étape est, en réalité, bien moins important qu'on pourrait le croire. Comme le calcul de la rubrique « Vérifions par le calcul » ci-dessous le montre, même la quantité d'indigo nécessaire pour teindre intensément un T-shirt ne demande guère plus que l'air d'une seule respiration d'un adulte. Agiter ou déployer le tissu permet simplement à l'air de pénétrer jusqu'au fond des interstices.
Pourquoi, alors, ne pas teindre intensément en une seule fois ? L'indigo soluble n'adhère pas fortement à la fibre. Même après un long trempage, la quantité absorbée par la fibre atteindrait vite un plafond. En revanche, une fois transformé en particules bleues par l'air, on peut superposer une nouvelle couche au trempage suivant. C'est pourquoi les artisans répètent tant de fois « tremper, essorer, exposer à l'air ». Du « bleu pâle du regard sur la cuve » au « marine profond », les noms de couleurs correspondraient aussi au nombre de répétitions.
Le tissu superposé est enfin bien rincé à l'eau, pour enlever les particules simplement posées en surface et ne garder que l'indigo emprisonné dans la fibre.
Le bleu des jeans est lui aussi, pour l'essentiel, teint à l'indigotine. Aujourd'hui, on utilise de l'indigo fabriqué en usine, rendu soluble non pas par des micro-organismes mais par des produits chimiques. L'indigotine ayant tendance à rester près de la surface de la fibre, la couleur part aux endroits de frottement, laissant apparaître le cœur blanc. C'est cette propriété qui donne son charme à la « décoloration » caractéristique des jeans.
Comme les ouvriers de la cuve sont des micro-organismes, un froid excessif ou un manque de nourriture suffit à arrêter la dissolution de l'indigo. L'artisan continue donc de s'en occuper, en réchauffant la cuve ou en ajoutant de la nourriture. Le savoir-faire qui permet de juger l'état de la cuve à la couleur du liquide, à l'aspect de la mousse ou à l'odeur s'est transmis au fil d'une longue expérience.
En résumé
L'indigo bleu étant insoluble dans l'eau, il ne peut pas pénétrer directement dans la fibre. L'artisan utilise la force des micro-organismes pour lui transférer de l'hydrogène et le transformer en une forme soluble, jaune-vert, qui imprègne la fibre. Quand on expose le tissu sorti de la cuve à l'air, l'oxygène retire l'hydrogène et l'indigo redevient bleu, restant emprisonné dans la fibre sous forme de particules insolubles.
L'indigo se dissout dans la cuve, et se fixe dans l'air.
L'instant où le vert devient bleu est le signal que la couleur vient d'être enfermée dans la fibre.
D'autres exemples familiers de couleur changée par l'oxygène existent. L'histoire du cuivre qui devient vert avec le temps se lit dans « Pourquoi la "vert-de-gris" du cuivre était-elle considérée comme un "poison" ? », et celle des pigments des feuilles qui se transforment dans « Pourquoi les feuilles d'automne se colorent-elles en rouge et en jaune ? ».
- Frottez fermement l'intérieur de l'ourlet d'un jean neuf bien foncé avec un tissu ou du papier blanc. Si du bleu se transfère, c'est la preuve que l'indigo est resté près de la surface de la fibre.
- Prenez un fil effiloché de l'ourlet et défaites-le du bout des doigts pour regarder sa coupe. Vous trouverez parfois un fil bleu à l'extérieur mais blanchâtre au cœur.
- Si vous avez l'occasion de visiter un atelier d'initiation à la teinture à l'indigo, mesurez au chronomètre le temps que prend la couleur du tissu sorti de la cuve. En comparant le temps que met le jaune-vert à devenir bleu, avec ou sans agitation, vous comprendrez le rôle de l'air.
Le liquide de la cuve d'indigo est alcalin : lors d'une initiation, suivez les consignes de l'atelier, portez des gants et évitez tout contact avec les yeux.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu niveau collège au niveau universitaire spécialisé, le niveau de chaque partie est indiqué
- Collègeniveau du programme de sciences au collège
- Lycéeniveau du programme de « chimie » au lycée
- Lycée+contenu avancé du lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- Universitécontenu non enseigné au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (chimie organique, chimie de la teinture, microbiologie)
- Recherchesujets qui ne font pas encore consensus même à l'université, actuellement étudiés par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Oxydation et réduction : on appelle oxydation le fait qu'une substance se combine à l'oxygène ou perd de l'hydrogène, et réduction le phénomène inverse. Dans la cuve, c'est une réduction ; à l'air, une oxydation.
- Indigotine : substance à l'origine de la couleur bleue de l'indigo. Pratiquement insoluble dans l'eau.
- Monter la cuve : rendre l'indigo soluble par la fermentation, pour obtenir un liquide prêt à teindre. Terme employé par les artisans.
- Sukumo : matière première de la teinture à l'indigo, obtenue en faisant fermenter pendant plusieurs mois des feuilles de polygonum tinctorium.
CollègeLycéeVérifions par le calcul : combien d'air faut-il pour bleuir le tissu ?
Estimons, à partir de l'équation de réaction, la quantité d'oxygène nécessaire pour que l'indigo soluble redevienne indigo bleu. Supposons ici que la quantité d'indigo fixée dans le tissu soit de 2 g (un ordre de grandeur pour un T-shirt teint intensément).
| En formule | 2 C16H12N2O2 ＋ O2 → 2 C16H10N2O2 ＋ 2 H2O |
| En mots | 2 unités d'indigo soluble ＋ 1 unité d'oxygène → 2 unités d'indigo bleu ＋ 2 unités d'eau. Volume d'air nécessaire ＝ (masse d'indigo ÷ masse d'une mole d'indigo) ÷ 2 × volume d'une mole de gaz ÷ proportion d'oxygène dans l'air |
| D'où vient cette équation | C'est l'équation d'une réaction d'oxydoréduction. L'indigo soluble possède deux atomes d'hydrogène de plus que l'indigo bleu, et c'est un atome d'oxygène qui les emporte sous forme d'eau. Comme le nombre d'atomes se conserve avant et après la réaction, le rapport entre indigo et oxygène est fixé à 2 contre 1. |
| Masse d'indigo fixée dans le tissu (hypothèse) | 2 g |
| Masse d'une mole d'indigo bleu | environ 262 g |
| Volume d'une mole de gaz à température ambiante | environ 24 L |
| Proportion d'oxygène dans l'air | environ 0,21 (21 %) |
| Quantité d'indigo (en moles) | 2 ÷ 262 ≒ 0,0076 |
| Quantité d'oxygène nécessaire (en moles) | 0,0076 ÷ 2 ＝ 0,0038 |
| Volume d'oxygène (L) | 0,0038 × 24 ≒ 0,091 |
| Volume d'air nécessaire (L) | 0,091 ÷ 0,21 ≒ 0,43 |
Le résultat est d'environ 0,43 L, soit moins qu'une seule respiration calme d'un adulte (environ 0,5 L). L'air d'une pièce étant des dizaines de milliers de fois plus abondant, l'oxygène ne peut jamais manquer. Si le bleuissement prend plusieurs dizaines de secondes, ce n'est donc pas une question de quantité d'oxygène, mais plutôt le temps qu'il faut à l'oxygène pour atteindre le fond des interstices des fibres.
LycéeLycée+L'oxydoréduction vue comme un échange d'hydrogène
LycéeAu lycée, on étudie l'oxydoréduction comme un échange d'électrons. L'indigo soluble correspond à l'indigo bleu ayant reçu 2 électrons et 2 ions hydrogène. Dans l'air, l'oxygène capte ces électrons, formant de l'eau. Dans les formules, C représente le carbone, H l'hydrogène, N l'azote et O l'oxygène.
Lycée+La forme soluble de l'indigo est appelée « leuco-indigo » (littéralement « forme blanche »). Dans un liquide alcalin, elle libère ses ions hydrogène et devient un ion négatif, ce qui la rend soluble dans l'eau. C'est pourquoi on maintient le milieu alcalin avec le lessif de cendres ou la chaux. Cette méthode de teinture, qui consiste à rendre la substance soluble pour teindre puis à la régénérer avec l'air, s'appelle la « teinture à la cuve ».
UniversitéPourquoi est-il bleu, et pourquoi est-il insoluble ?
La molécule d'indigotine est plane et forme des liaisons hydrogène à l'intérieur d'elle-même et entre molécules voisines. Ces molécules s'empilent et se lient fortement entre elles, ce qui expliquerait qu'elles soient peu solubles à la fois dans l'eau et dans de nombreux solvants organiques. La couleur bleue provient du fait que la molécule absorbe fortement la lumière orangée autour de 600 nm, le reste de la lumière parvenant à l'œil sous forme de bleu. Une fois réduite, le système d'électrons délocalisés (système conjugué) qui s'étendait sur toute la molécule est interrompu, déplaçant l'absorption vers des longueurs d'onde plus courtes, d'où la couleur jaune pâle. Dans la cuve fermentée, on pense que des bactéries résistantes à l'alcalinité, en décomposant des sucres, transfèrent les électrons ainsi obtenus à l'indigotine.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Oxydoréduction (Wikipédia, en japonais) ／ Teinture à l'indigo (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Quels micro-organismes font quoi, dans la cuve ? On a identifié plusieurs bactéries réductrices d'indigo dans les cuves fermentées artisanalement. Mais quelle bactérie joue le rôle principal à quel stade, et comment elle transfère ses électrons à l'indigo, reste en cours d'étude.
- Peut-on chiffrer le « jugement d'expérience » de l'artisan ? Des recherches tentent de relier le savoir-faire qui consiste à juger l'état de la cuve par la couleur, la mousse et l'odeur, à des mesures d'acidité ou à la composition microbienne.
- Des méthodes de teinture moins polluantes. Les produits chimiques réducteurs utilisés en usine pèsent sur le traitement des eaux usées. Des méthodes utilisant l'électricité ou des micro-organismes pour dissoudre l'indigo sont actuellement testées.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète lui aussi « ce qu'on comprend à l'heure actuelle ». Dans un savoir-faire artisanal transmis depuis des siècles, certains aspects restent encore hors de portée de la science.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences (transformations chimiques, oxydation et réduction) | Réduction dans la cuve, oxydation dans l'air |
| Lycée | Chimie (oxydoréduction, quantité de matière) | Équation de réaction et calcul de l'air nécessaire |
| Lycée+ | Chimie (composés organiques, colorants) | Leuco-indigo et teinture à la cuve |
| Université | Chimie organique, chimie de la teinture, microbiologie | Liaisons hydrogène, système conjugué, bactéries de la cuve fermentée |
| Recherche | Microbiologie appliquée, chimie environnementale | Micro-organismes de la cuve, réduction à faible impact environnemental |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Décoloration des jeans, initiation à la teinture à l'indigo |
- Wikipédia « Teinture à l'indigo » (藍染め)
- Wikipédia « Réaction d'oxydoréduction » (酸化還元反応)
- Jenny Balfour-Paul, Indigo: Egyptian Mummies to Blue Jeans, British Museum Press
- Yoshioka Sachio, Dictionnaire des couleurs du Japon (日本の色辞典), Shikōsha, 2000
- Yumoto I. et al., Alkalibacterium psychrotolerans sp. nov., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2004 (rapport sur une bactérie découverte dans un liquide de fermentation d'indigo)
※Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Le liquide de la cuve d'indigo est alcalin. Lors d'une initiation, suivez les consignes de l'atelier.