Expériences avec de l'encre thermique

Expériences avec de l'encre thermique
Par , le (édité le 14/02/2016)

Ce qu'il te faut

  • Quelques tickets de caisse
  • Des pochettes plastique refermables (ou avec du scotch pour les fermer)
  • Un briquet
  • Un trombone
  • Facultatif : Deux pièces de 20 centimes d'euro (expérience sur la vitesse de refroidissement)
  • Facultatif : Une cuisinière à gaz (expérience sur la vitesse de refroidissement)
Adulte Réalise cette expérience en présence d'un adulte.
Chaleur Danger de brulures. Utilise des éléments de protection adaptés (gants, etc.).

Introduction

Une encre thermique est une substance qui devient colorée sous l'action de la chaleur. La couleur persiste ensuite, même si l'on revient à la température initiale. Ces encres sont couramment utilisées dans des tickets de caisse, de transports, etc. C'est le papier lui-même qui contient l'encre sur toute sa surface, mais celle-ci est sous une forme invisible avant impression. Pour imprimer un motif, il suffit alors de chauffer le papier aux endroits ou l'on veut le colorer. Une autre propriété des encres thermiques courantes, est la possibilité d'inverser le processus, en décolorant l'encre en l'éclairant fortement ou en la refroidissant lentement. Cette page d'expériences illustre ces phénomènes. Pour les explications sur le fonctionnement d'une encre thermique, regarde cette page.


Expériences

Imprimer sur un papier thermique

Pour "imprimer" sur du papier thermique, il faut le chauffer.

  • Allume le briquet à quelques centimètres en dessous d'un ticket de caisse.

  • Au bout de quelques secondes, une des deux faces devrait se noircir (ou les deux faces pour un ticket double-face).

L'encre thermique a changé sa structure pour prendre une forme colorée. La couleur noir subsiste même quand le papier revient à température ambiante. Ce n'est donc pas une réaction aussi simple que, par exemple, un glaçon qui fond quand on le chauffe au-dessus de 0 °C, mais se re-solidifie quand on le refroidit à nouveau en dessous de 0 °C.

Ticket de caisse chauffé avec un briquet
Chauffer un ticket de caisse avec un briquet noircit l'encre invisible qui est déposée sur toute sa surface.

La méthode ci-dessus colore une grande surface du papier. Pour véritablement écrire sur le papier, utilise le trombone comme stylet:

  • Place un ticket de caisse sur une surface peu sensible aux fortes chaleurs (évite une table en bois).

  • Déplie le trombone pour lui donner une forme comme celle sur l'image ci-dessous.

  • Chauffe-le pendant une dizaine de secondes avec le briquet.

  • Écris avec le bout arrondi sur le papier. Le stylet laisse une trace noire aux endroits où il a chauffé le papier. Au bout de quelques secondes, la température du trombone passe en-dessous de la température à laquelle le papier change de couleur, et le stylet ne fonctionne plus, à moins de le chauffer à nouveau.

Écrire sur un ticket de caisse avec un stylet chauffé
Écrire sur un ticket de caisse avec un stylet chauffé

Effacer une impression sur un papier thermique

Quels traitements décolorent un ticket de caisse?

Au bout d'un temps très long, les tickets de caisse se décolorent, ce qui pose un problème notamment quand il faut garder un ticket quelques années pour une garantie. L'expérience ci-dessous permet de découvrir quels traitements décolorent l'encre.

  • Prépare cinq échantillons d'un même ticket de caisse en le découpant et en plaçant chaque morceau dans un sachet en plastique. Les sachets permettent de limiter l'action de l'humidité sur le papier ou d'autre contaminations par contact.

  • Place un échantillon dans chacun des endroits suivants:

    • Dans un tiroir. C'est l'échantillon de contrôle qui ne va pas subir de traitement spécial.

    • Dans un endroit ensoleillé, dehors.

    • Dans un endroit ensoleillé à l'intérieur.

    • Dans un congélateur.

    • Sur un chauffage.

  • Note l'évolution de chaque ticket pendant plusieurs jours.

Préparation d'échantillons de tickets de caisse
Préparation d'échantillons de tickets de caisse

Voici les morceaux de papier que j'ai obtenus au bout de huit jours (expérience menée en hiver, avec un ensoleillement plus faible qu'en été, et avec des températures intérieure et extérieure en dessous de 20 °C:

Tickets de caisse vieillis sous différentes conditions
Tickets de caisse vieillis sous différentes conditions. En plus des échantillons listés ci-dessus, un sixième échantillon a été placé sous une lampe ultraviolette de laboratoire (356 nm). (L'échantillon de contrôle n'est pas montré.)

Les tickets sur le chauffage et dans le congélateur sont restés identiques au ticket de contrôle resté à température ambiante. Des changements de températures modérés n'ont donc pas d'effet sur une durée d'une dizaine de jours.

La lumière, et plus précisément les ondes ultraviolettes qui la composent, ont tendance à rendre les échantillons d'une couleur uniforme: La lampe UV, très puissante, a complètement décoloré le ticket, tandis que l'échantillon au soleil à l'extérieur a légèrement jauni, et les parties imprimées sont passées du noir à une couleur rougeâtre moins sombre.


Effet de la vitesse de refroidissement

Dans l'expérience où le ticket est chauffé à température élevée avec le briquet, l'encre se colore quand le ticket est chaud. Quand le briquet est éteint, le papier refroidit rapidement jusqu'à température ambiante en moins d'une dizaine de secondes, et la couleur persiste. C'est un refroidissement rapide. L'expérience ci-dessous permet de réaliser un refroidissement plus lent.

  • Noircit un ticket de caisse avec le briquet.

  • Découpe des petits carrés d'environ 1 cm de côté dans le papier noirci.

  • Pose un des morceaux de papier sur une pièce de 20 centimes d'euro et recouvre-le en empilant une autre pièce pour prendre le papier en sandwich. Le papier ne doit pas dépasser des deux pièces.

  • Maintiens le système des deux pièces et du papier avec une pince.

Papier noirci et pris en sandwich entre deux pièces
Gauche: morceaux de papier noircis au briquet. Droite: morceau placé entre deux pièces.
  • Approche la pince juste au dessus de la flamme d'une gazinière à feu moyen pendant 45 secondes. (La flamme d'un briquet n'est pas suffisamment grande pour chauffer les pièces et le papier.)

Chauffage du papier en sandwich entre les pièces
  • Éteins le feu et maintiens le papier entre les deux pièces avec la pince en attendant que le système refroidisse. Comme les pièces sont lourdes et que les métaux ont une capacité thermique élevée, il faut attendre plusieurs minutes pour que le système refroidisse. C'est un refroidissement lent.

  • Au bout de 5 min, relâche la pince pour laisser tomber les pièces (qui sont peut-être encore un peu chaudes) et libérer le papier.

  • Compare la couleur du papier avec le papier noirci initial. Le papier refroidi lentement devrait être plus clair: il s'est décoloré, au moins partiellement.

    • Si ça ne marche pas: Recommence avec un autre morceau de papier noirci en chauffant quelques secondes de plus que précédemment. Recommence l'expérience jusqu'à ce que ça marche ou que le papier devienne marron des deux côtés, auquel cas la température était suffisamment élevée (car le papier a commencé à bruler). Dans ce cas, c'est le refroidissement qui pose problème. Recommence alors avec des pièces de différentes tailles, ce qui a pour effet de changer la vitesse de refroidissement.

Résultat de l'expérience de refroidissement lent
Résultat du test de refroidissement lent. Gauche: Morceau du ticket initial, non chauffé. Milieu: ticket noirci au briquet. Droite: ticket noirci au briquet, puis chauffé à nouveau et refroidi lentement entre les deux pièces. Ce dernier s'est légèrement décoloré.

Réversibilité ou irréversibilité de la décoloration

Une dernière expérience possible est de chauffer au briquet les tickets qui ont été décoloré par la lumière ou par un refroidissement lent. En effet, si les tickets deviennent noirs à nouveau, c'est que le phénomène de coloration/décoloration est réversible. Dans ce cas, les papiers thermiques pourraient être effacés puis réutilisés à nouveau. Parmi les tickets que j'ai testés, la décoloration a malheureusement toujours été irréversible.


Fonctionnement des encres thermiques

Pour comprendre les résultats obtenus ici, et comment une encre thermique fonctionne, suis ce lien. D'après cette page, arriveras-tu à trouver une explication à l'expérience du refroidissement lent?