Parmi les piles du marché, on en trouve avec des testeurs intégrés : on appuie sur deux boutons sur la pile, et une jauge indique si la pile est encore bonne (la jauge monte au vert), pas tout à fait pleine (jauge jaune) ou pratiquement vide (jauge rouge). Comment ça marche ?
Encore une fois, personne ne s’est jamais posé cette question, mais je vais y répondre. Vous allez voir, c’est ingénieux et avec plusieurs morceaux de science dedans !
Une encre thermochromique
Ce que l’on voit quand on active le testeur, c’est une jauge qui se colore jusqu’au niveau de charge de la pile. Cette couleur est obtenue par une encre thermochromiques. Ces encres changent de couleur quand elles sont échauffées.
C’est le même type d’encre utilisée dans les tasses thermoréactives, celles qui affichent un motif quand on les remplit d’une boisson chaude.
Leur fonctionnement est détaillé dans mon article sur le fonctionnement des tasses thermoréactives, mais je le rappelle ici.
Les molécules constituantes des encres thermochromiques peuvent être altérées d’une manière réversible par la température. La molécule et sa formule restent les mêmes, mais certaines liaisons chimiques peuvent changer de mode de vibration, ou encore effectuer une rotation sous l’effet de la température : en somme, la molécule peut changer de forme. Ceci modifie alors la façon dont elle absorbe ou émet de la lumière. Autrement dit cela en modifie la couleur.
Certaines encres peuvent être incolores à froid et prendre une couleur vive quand elles sont chauffées. Sur les piles avec les testeurs intégrés, on utilise des encres transparentes à froid qui passent au rouge, jaune ou verte quand elles sont réchauffées.
Utiliser une encre qui change de couleur selon la température, c’est une bonne idée, mais comment produire une chaleur proportionnelle au niveau de charge de la pile ?
Une résistance chauffante à la géométrie particulière
La chaleur, celle qui va colorer les encres thermochromiques du testeur est produite par un circuit résistif simplissime intégré sur la pile. Cette résistance prend la forme d’un simple morceau de papier métallisé très fin.
Quand on appuie sur les deux boutons du testeur, cela court-circuite la pile et fait passer le courant dans le papier métallisé. Ce papier s’échauffe alors et cela colore notre encre. Avec ce principe, on sait que si de la couleur apparaît, c’est que la pile n’est pas morte. Pratique et ingénieux, mais ce n’est pas tout !
On peut donner une forme triangulaire à la feuille métallique. En faisant ça, on a une résistance qui dépend de la position. Lorsque le courant passe, l’échauffement dépendra elle aussi de la position sur la feuille métallique.
En effet, une zone très fine verra tout le courant passer par une faible section et l’échauffement y est donc plus important que dans la zone plus large :

Si la pile est toute neuve, elle peut débiter un courant important. L’intensité échauffera alors toute la longueur et l’encre sera visible sur toute la longueur de la pile.
Si la pile est presque morte, elle débite un courant bien plus faible, à peine suffisant pour ne chauffer que la zone la plus fine de la feuille en métal :

Il suffit alors de placer une couche de peinture thermochromique sur la résistance. Sur la pile pleine, toute la peinture sera colorée, alors que sur la pile vide, seul le bas de la jauge sera colorée et visible.
Améliorons le tout en mettant du rouge en bas de la jauge, du jaune au centre et du vert dans le haut, et on aura une indication rudimentaire, mais tout de même intuitive du niveau de charge de la pile.
Ingénieux non ?
Bien sûr, aujourd’hui il existe des testeurs externes à la pile qui sont essentiellement de petits voltmètres numériques. Mais le système directement intégré sur la pile, même si bourrée de science, reste bon marché et facile à intégrer et à utiliser.