À l’heure où l’on boit du chocolat chaud et qu’on ne sait toujours pas quoi offrir le 25 décembre, voici peut-être une idée : que pensez vous des tasses qui changent de couleurs si on verse une boisson chaude à l’intérieur ? On les voit de plus plus en plus : ce sont des tasses thermoréactives (ou thermochromiques). En plus de représenter un cadeau amusant, c’est aussi l’occasion de faire un peu de sciences !
Le procédé utilisé sur les tasses n’est pas nouveau et il existe depuis longtemps dans les objets dont la couleur change quand ils sont réchauffés : peluches, jouets, brosses à dents… Le système y est identique que dans les tasses.
Le principe de fonctionnement des peintures thermoréactives est similaire à celui des lunettes qui se teignent toutes seules (lunettes photochromiques). Ce qui change est simplement l’activateur du changement de couleur.
Dans les lunettes photochromiques, les molécules d’halogénure d’argent présentes dans le verre libèrent de l’argent métallique quand elles sont exposées aux rayons ultraviolet du Soleil. L’argent métallique est noire et les lunettes s’assombrissent. Quand l’exposition aux UV cesse, l’argent est réabsorbé par les ions halogénure et le verre redevient transparent. Ce sont les UV qui modifient la structure de certaines molécules, modifiant par le même coup leurs propriétés optiques et donc celles du verre lui-même.
Pour la peinture thermoréactive, on observe un phénomène similaire : une des molécules utilisée dans la peinture change de forme lorsqu’on la chauffe au dessus d’une certaine température.
La plupart du temps, la molécule est légèrement modifiée et les longueurs d’ondes de lumière absorbées et réémises changent. Un pigment bleu quand il fait froid devient ainsi vert quand il fait chaud.
Mieux, certaines molécules sont transparentes, ou noires sous une température et colorées sous une autre : ceci donne un effet d’apparition ou de disparition dans la peinture.
Lorsque la température baisse, la molécule reprendre sa structure initiale et la couleur reprend sa valeur « froide ».
Dans certains cas, le changement est indirect et s’opère grâce à un intermédiaire. La température va agir sur une première molécule qui n’est pas colorée : celle-ci va modifier le pH (l’acidité) du milieu dans la peinture. C’est ensuite le changement de pH qui va agir sur une seconde molécule — colorée, elle — et qui change de couleur en fonction du pH.
La chaleur agit donc sur une première molécule, qui agit sur une seconde, qui donne la couleur, le tout au sein de la peinture thermochromique. Cette technique permet d’obtenir une plus grande variété de couleurs (toutes les molécules colorées ne sont pas sensibles à la température).
Enfin, notons qu’il existe également des cristaux dont la structure varie légèrement en fonction de la température. L’interaction entre la lumière incidente et le cristal produit des couleurs par interférence, et la modification de la structure cristalline entraîne automatiquement une modification des interférences.
Une version extrême de cet effet est observée lorsque l’on plonge une diode lumineuse dans de l’azote liquide (comme dans cette vidéo) : le cristal de silicium composant la LED se contracte et la lumière émise a une longueur d’onde différente, plus faible.
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