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Parmi les dispositifs qui renvoient la lumière, il faut distinguer trois modes de fonctionnement :
  • les dispositifs phosphorescents (qui restent lumineux dans le noir) ;
  • les dispositifs fluorescents (qui brillent sous la lumière noire, mais qui ne restent pas brillants) ;
  • les dispositifs réfléchissants.

Les deux premiers sont expliqués sur ma page « La différence entre phosphorescence et fluorescence », et je ne vais expliquer ici que les dispositifs réfléchissants.

Ces dispositifs sont présents sur divers objets que vous avez tous déjà vu : les plaques minéralogiques, les panneaux de signalisation, les bandes grises sur les gilets jaunes sont des exemples. N’oublions pas non plus les catadioptres sur les vélos : si leur forme et leur couleur sont différentes, le principe de fonctionnement est, vous allez le voir, identique.

Les catadioptres, si vous en avez déjà observé un de près, sont lisses d’un côté et piquants de l’autre : ce sont des demi-cubes tous agencés côte-à-côte. Les côtés des demi-cubes forment des surfaces réfléchissantes comme des miroirs :

fonctionnent d’un réflecteur à angles
Par le simple fait que les miroirs soient disposés à 90°, les rayons incidents au catadioptre sont toujours renvoyés de là où ils viennent : vers la voiture et l’automobiliste dont les phares sont allumés, par exemple. Peu importe si la voiture est située parfaitement derrière ou un peu sur les côtés. C’est un simple jeu d’angles et d’optique géométrique, mais c’est particulièrement ingénieux et ça fonctionnement très bien.

Les catadioptres utilisent généralement des formes de demi-cubes, mais certains remplacent ces angles par des demi-sphères et ça marche aussi ! C’est l’effet « œil de chat ». Quand on éclaire un chat dans l’obscurité, on voit très bien ses yeux qui brillent dans le noir plus que le reste.

Mais revenons à nos bandes réfléchissantes sur les gilets ou sur les plaques minéralogiques et regardons-les de plus près. Beaucoup plus près : voici ce qu’on observe quand on place un bout de bande réfléchissante sous un microscope électronique ×200 :

bande réfléchissante sous microscope

Ce sont bien des micro-billes, et ce sont elles qui jouent le rôle de catadioptres sphériques en renvoient la lumière de là où elles viennent. Le principe est en fait identique aux catadioptres : on utilise des billes, mais des billes microscopiques.

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une plage avec du sable Si la notion de « fluide non-newtonien » est plus ou moins commune, car c’est un fluide sur lequel on peut marcher, la notion de « fluide newtonien » n’est jamais expliquée.

On parle d’un fluide newtonien lorsque la viscosité dudit fluide est indépendante de la pression qu’on lui applique. L’eau sous les conditions courantes en est un exemple : l’eau n’est pas plus visqueuse au repos ou quand on la touille lentement ou rapidement.
Des fluides parfaitement newtoniens n’existent pas en vrai. On considère que des fluides comme l’eau ou l’air sont newtoniens dans des conditions communes ou s’en approchant (l’eau devenant non-newtonien dans des conditions de pression extrêmes).

À l’inverse, on trouve des fluides non-newtoniens : ces fluides voient leur viscosité varier (instantanément ou après une durée importante) quand on leur applique une contrainte mécanique. Ainsi, au fur et à mesure que l’on remue un yaourt il devient de plus en plus liquide. Le yaourt est dit thixotrope. Si un fluide devient au contraire de plus en plus épais quand on les remue ils sont dit antithixotrope, et c’est le cas de la crème liquide qui devient de la crème fouettée au bout d’un moment, et qui est bien moins liquide.

Mais ce qui nous intéresse ici, ce sont les fluides dont la viscosité augmente instantanément lors de l’application d’une pression, car c’est ça qui permet de « marcher sur l’eau ». Ce type de fluide non-newtonien est dit rhéoépaississant ou dilatant.
Les fluides non-newtoniens comme le sable mouillé deviennent très durs quand on appuie dessus rapidement : le sable mouillé coule comme un liquide quand on en prend avec la main et qu’on laisse la main ouverte. En revanche, quand on referme le poing et qu’on applique une pression sur le sable, il devient très dur.

La même chose se produit avec de l’eau auquel on a ajouté une bonne quantité de farine de maïs (Maïzena®) : le remuer lentement avec une cuillère est possible, mais dès qu’on la remue plus vite, c’est comme si la pâte était devenue très dure.

Les fluides dont la viscosité diminue instantanément quand on applique une pression dessus sont dit rhéofluidifiant ou pseudo-plastiques. C’est le cas par exemple du ketchup, du sang, de la lave, de la mélasse, de certaines peintures ou encore du vernis à ongles : ils sont pâteux, mais deviennent pratiquement liquides quand l’écoulement est rapide (plus on appuie sur la bouteille de ketchup, plus ce qui en sort est fluide et paradoxalement, plus il est facile d’augmenter la pression).

image de Kris Williams

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Au contraire des tablettes tactiles qui sont dotées d’un écran lumineux et qui peuvent afficher des couleurs pour lire des vidéos ou afficher des images, les liseuses n’affichent en général que du texte en nuances de gris sur un écran non lumineux à l’aspect très proche de celui du papier, en reproduisant l’aspect visuel de l’encre.
Les liseuses ont également une autonomie très importante (souvent de plus d’un mois) grâce au fonctionnement de l’encre électronique. Comment ça marche ?

L’écran d’une liseuse est, comme tout écran d’affichage numérique, composé de pixels : des petits carrés qui ensembles affichent une image ou, dans le cas présent, du texte :

pixelisation rendue visible par un zoom
Sur l’écran LCD des tablettes ou des ordinateurs, ces pixels sont éclairés individuellement par de la lumière blanche et c’est l’atténuation provoqué par les cristaux liquides sous tension qui rend un pixel plus ou moins sombre. Sur les écrans LCD, il faut donc un éclairage de fond sur chaque pixel ainsi qu’une action électrique sur les cristaux liquides pour donner au pixel la luminosité désirée. L’affichage d’une image consomme donc du courant électrique et la perte de ce courant efface l’image.

L’encre électronique est comme une vrai encre, composée de pigment : on voit du noir là où l’encre est noir et du blanc là où il n’y a pas de noir. L’encre électronique a ceci de différent de l’encre classique de pouvoir être modifiée à la volée : on peut changer le texte comme on veut.

Sur une liseuse, chaque pixel est rempli de deux liquides : un blanc et un noir. L’écran contenant les pixels et placé entre deux matrice d’électrodes transparentes :



Le liquide noir est électriquement chargé négativement et il est attiré par les électrodes + ; le liquide blanc est chargé positivement et il est attiré par les électrodes −.

Pour qu’un pixel affiche du noir, il suffit donc d’appliquer une tension électrique négative du côté où vous regardez : le pigment noir s’y dirigera tout seul. De l’autre côté, on appliquera une tension électrique positive pour attirer le pigment blanc. Une fois le changement de place des pixels effectué, on peut supprimer les tensions électriques sur les électrodes : les pigments noirs et blancs ne bougent plus. L’appareil à encre électronique ne consomme donc de l’électrique que quand l’affichage de la page change : le temps que vous passez à lire la page, l’appareil ne consomme pas d’énergie.

Quand on change le texte sur la page il suffit que chaque pixel soit reprogrammé pour afficher soit du noir, soit du blanc.

L’affichage à encre électronique avec deux pigments chargés électriquement (une négativement et une autre positivement) est appelé « affichage électrophorétique », en référence au champ électrique (« électro- ») qui transporte et sépare (« -phoresis ») les deux encres chargées différemment.


Il existe aussi des liseuses à encre électronique colorée. Le fonctionnement est similaire, à la différence qu’on intercale entre les électrodes et les pixels remplis de colorants une matrice de sous-pixels sous la forme d’un filtre de couleurs primaires jaunes, magenta et cyan. Si on veut afficher du rouge par exemple, le pixel sous le rouge deviendra blanc et les deux autres deviendront noirs.
Si on utilise ici les couleurs primaires (jaune, magenta et cyan) et non les couleurs fondamentales (rouge, vert et bleu) comme sur un écran LCD, c’est parce que les couleurs sont des pigments et non des sources lumineuses. Il fonctionne donc avec le spectre d’absorption et non d’émission. Le fonctionnement est donc comme celui de l’encre du papier, à la manière de ce qui est utilisé dans une imprimante ou en imprimerie :

photo en couleurs primaires

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