Brevet FR2422507A1 — publié le 19791109

L'invention, qui resulte d'une étude confiée au Laboratoire de Physique des Décharges (CNRS) et dont les auteurs sont MM. Daniel LE FUR et Max GOLDMAN, de ce laboratoire, ainsi que MM. Joseph DUSSAUD et Pierre GIRARD, du Centre Technique de l'industrie des Papiers, Cartons et Celluloses, a pour objet un procédé et un dispositif d inscription en couleur sur papier. Elle trouve une application particulièrement importante dans les appareils de reproduction à distance a partir d'une information constituée par des signaux numériques ou analogiques determinant chacun l'opacité en un point d'un document a reproduire. L'inscription fournit une image du document d'origine, constitué par exemple par une page de texte, sous forme d'une mosaïque de points ou la teinte d'origine du papier a été plus ou moins modifiée. On connaît déjà de nombreux procédés d'inscription sur papier. La plupart ont 11 inconvénient d'exiger la mise en oeuvre de tensions élevées ou d'être lents. La présente invention vise a fournir un procédé et un dispositif améliorés par rapport a ceux de l'art antérieur, notamment en ce que l'inscription est rapide et n'exige pas de tensions élevées et en ce qu'elle se prete facilement a une inscription en deux couleurs. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé d'inscription en couleur sur papier, caractérisé en ce qu'on applique une différence de potentiel entre une electrode plane portant un papier humide imprégné d'un révélateur sensible a la variation de pH et une électrode sensiblement ponctuelle placée de l'autre côté du papier de façon a déplacer des charges dont la polarité détermine la couleur de l'inscription dans la partie superficielle du papier faisant face a l'électrode ponctuelle, la différence de potentiel étant inférieure a 300 volts et l'elec- trode ponctuelle étant placée et commandée de façon qu'au cours de l'inscription il y ait passage pendant au moins 0,1 microseconde d'un courant d'au moins 5 micro-ampères. Il faut évidemment que l'électrode ponctuelle soit aussi proche que possible du papier. Il n'est toutefois généralement pas possible, étant donne le gauffrage que prend inévitablement le papier, d'assurer un contact absolu. L'expérience montre que, de façon surprenante, il n'est pas nécessaire qu'il y ait un tel contact pour que des ions positifs ou négatifs, suivant la polarité de l'électrode ponctuelle, se déplacent dans la zone superficielle du papier, même sous la faible différence de potentiel appliquée. Il semble qu'une décharge couronne se produise et entraîne une modification chimique des constituants du papier dans la zone superficielle. Ces constituants peuvent être soit les matériaux cellulosiques provenant du bois ayant servi à la confection du papier, soit les adjuvants ajoutés, notamment à la surface du papier.Ces mcdifications chimiques provoquent des variations du pH dans la zone superficielle du papier et ces variations se traduisent a leur tour par une variation de couleur ou d'opacité des produits introduits soit dans la masse du papier, soit dans sa zone superficielle et reagissant aux variations de pH. Les produits révélateurs peuvent être incolores dans une zone déterminez de pH, incorporant le pH neutre , et teintés au-dessous ou au-dessus d'une valeur déterminée. Dans ce cas, inscription pourra être faite en une seule couleur, en appliquant à l'électrode ponctuelle une polarité déterminée. On pourra également utiliser des produits révélateurs qui prennent une premiere couleur au-dessous d'une valeur déterminée du pH et une seconde valeur au-dessus d'une autre valeur. Dans ce cas, on peut réaliser une inscription en deux couleurs, éventuellement avec une gradation obtenue par modulation du courant appliqué et/ou de la durée d'application de ce courant. A titre d'exemples du premier type de produit révélateur, on peut citer ceux enumeres dans le tableau I ci-dessous. La première colonne du tableau donne le nom du produit, la seconde la zone de pH dans laquelle intervient la coloration (le virage n'intervenant pas franchement pour une valeur bien determinée du pH) et, enfin, le type de virage. TABLEAU I pH Virage Phgnol-phtaléine 8,3 - 10,0 Incolore-violet rouge O - crésol phtaléine 8,2 - 9,8 Incolore-violet rouge Thymolphtaléine 9,3 - 10,5 Incolore-bleu Acide oxypyrène trisulfo- 50 7 7,0 Incolore. vert nique , - Eosine Y 2,0 - 3,5 Incolore - jaune Alpha naphtol 7,0 - 9,0 Incolore- bleu vert m - nitrophenol 6,6 - 8,6 Incolore-orange para-nitrophénol 5,0 - 7,0 Incolore-jaune Dinitro 2,4 phénol 2,0 - 4,7 Incolore-jaune A titre d'exemples de produits révélateurs qui changent de couleur, on peut citer ceux énumérés dans le tableau II ci-après TABLEAU II pH Virage Rouge de phénol 6,8 - 8,4 Jaune - rouge Rouge de chlorophénol 4,6 - 7,0 Jaune - violet Bleu de bromophénol 2,8 - 4,6 Jaune - violet Réazurine 5,0 - 7,0 Rose - violet Vert de bromocrésol 3,6 - 5,2 Jaune - bleu Alizarine 5,5 - 6,8 Jaune - Rouge Tetraio-odophenolsulfone phtaléine 3,0 - 4,8 Jaune - bleu Acide rosolique 6,9 - 8,0 Orange - rouge Jaune 3GX 5,0 - 7,0 Jaune - violet Il faut évidemment que le papier soit fabriqué dans des conditions telles qu'il presente finalement, au moins dans la région superficielle, un pH adapté à celui du réactif revelateur utilisé. En particulier, la composition fibreuse, les colles, les charges et les adjuvants doivent tenir compte de la nature du révélateur, surtout si l'-on souhaite que le papier présente initialement une surface blanche. Les réactifs révélateurs eux-mêmes peuvent être introduits dans la masse, en présence d'une colle neutre ou d'un autre produit modifiant le pH, tel que le sulfate d'alumine, qui donne un pH acide. Dans d'autres cas, le réactif révélateur peut être apporté par enduction superficielle du papier. On réalise ainsi un papier couché dans lequel le révélateur n'est présent que dans une zone superficielle. L'inscriptior ne s'effectue que s'il y a un apport de charges electriques par unité de surface en quantité suffisante. Dans la pratique, on a constaté que des courants très faibles, pendant des intervalles de temps très brefs, suffisent, pour les sections droites d'électrode ponctuelle que l'on utilisera généralement. Pratiquement, on n'aura pas intérêt à descendre à une section droite d'électrode ayant une dimension inférieure à 50 microns, etant donné la limite de résolution de l'oeil. Pour des élec trodes présentant une surface terminale circulaire dont le diamètre est de l'ordre de la centaine de microns, il suffit dans la plupart des cas d'un courant de 5 micro-ampères pendant cil milliseconde pour obtenir une trace. Il est toutefois prefe- rable, pour obtenir des résultats pleinement satisfaisants, d'utiliser des durées de l'ordre de 0,5 milliseconde et des courants plus importants, par exemple de l'ordre de 10 microampères. Tous ces courants peuvent être obtenus avec des tensions ne dépassant pas une cinquantaine de volts.Pratiquement, l'invention pourra toujours être mise en oeuvre avec des différences de potentiel inférieures au seuil de Paschen, de 330 volts. L'invention propose également un dispositif dtinscrip- tion en couleurs sur papier, caractérisé en ce qu il comporte une électrode plane destinée à recevoir une feuille de papier humide, imprégné d'un réactif révélateur qui répond à une variation déterminée de pH par une modification de couleur, et une matrice d'électrodes sensiblement ponctuelles placées face à l'électrode plane, à une distance de celle-ci légèrement supérieure a l'épaisseur du papier à traiter, ainsi que des moyens permettant d'appliquer à chacune des électrodes ponctuelles une différence de potentiel, par rapport à l'electrode plane, qui est inférieure a 300 volts et qui est indépendante de 'a différence de potentiel appliquée aux electrodes ponctuelles adjacentes, pendant un intervalle de temps prédéterminé. Les électrodes ponctuelles peuvent être constituées par les parties terminales d'aiguilles de faible diamètre, de forme cylindrique ou tronconique au moins dans leur partie terminale. Le terme électrode plane" doit être interprété dans un sens large et comme couvrant aussi bien le cas d'une électrode ayant une surface cylindrique que véritablement en forme de plan. L'électrode qualifiée de plane aura comme caractère essentiel d'être continue sur toute la surface à traiter du papier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description simplifiée d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. Le dispositif peut, dans sa constitution mécanique générale, être similaire à des dispositifs existants. Il n'est donc pas nécessaire de décrire ici sa constitution de façon détaillée. On peut simplement noter qu'en règle générale le dispositif comportera un carter de dimensions suffisantes pour recevoir la feuille de papier à traiter. Celle-ci peut être apportée à l'appareil à la demande, ce qui permet d'utiliser, dans chaque cas Darticulier, un papier qui donne après tirage une teinte appropriée. 'appareil peut toutefois comporter également un rouleau d'alimentation en papier et un dispositif débiteur, qui, chaque fois qu'une inscription doit être réalisée, fournit la longueur de papier nécessaire. Quoi qu'il en soit, l'électrode plane sera en règle générale constituée par une plaque en matériau électriquement conducteur (aluminium par exemple) placée horizontalement. Le dispositif comportera pratiquement dans tous les cas, non pas une électrode ponctuelle, mais une matrice d'électrodes. Cette matrice peut couvrir toute la surface utile du papier, ce qui presente l'avantage d'avoir un dispositif statique, assurant une precision élevée d'inscription. Toutefois, on peut également utiliser une matrice d'électrodes qui correspond à une fraction seulement de la surface utile du papier (par exemple la totalité de la largeur, mais une fraction seulement de la longueur, ce qui permet d'effectuer l'inscription avec uniquement quelques déplacements longitudinaux successifs).Cette disposition a toutefois l'inconvénient de ralentir l'inscription et d'exiger un dispositif d'entraînement mécanique extrêmement précis et donc coûteux. La matrice peut être constituée par tout procédé classique. On peut par exemple utiliser une bobine de fil de cuivre isolé (par exemple émaillé) rendu monobloc par imprégnation ou enrobage, puis tronçonné de telle façon que les électrodes ponctuelles sont alors constituées par les sections droites des fils dans le plan de coupe. En pratiquant une seconde coupe, on dispose d'un accès électrique à chaque électrode. Chacune des électrodes est reliée à un organe de sortie, constitué par un interrupteur, d'une électronique d'application d'impulsions de tension. Les interrupteurs sont par exemple constitués par des transistors unijonction, qui peuvent transmettre les courants de faible intensité requis.Les interrupteurs peuvent être commandés séquentiellement, étant donné les très courtes durées de passage de courant requises, ce qui facilite la commande à partir de signaux arrivant en série sur une ligne de transmission. Il peut également être prévu une inscription par blocs, qui permet d'effectuer simultanément l'inscription de plusieurs blocs de façon séquentielle dans chaque bloc. En règle générale, la différence de potentiel appliquée sera comprse entre 10 et 50 volts. Le dispositif est avantageusement complété par des moyens permettant d'humidifier le papier imnédiatement avant mise en place sur l'électrode plane. Cette humidification peut s'effectuer, lorsque le dispositif est muni de moyens d'introduction du papier, à l'aide de rouleaux humides (éventuellement portant uniquement sur la face en regard de l'électrode ponctuelle) ou par pulvérisation. Le dispositif peut également être muni de moyens de chauffage (lampe tube à incandescence ou infrarouge, rouleaux chauffes, etc.) permettant de sécher le papier au cours de son extraction du dispositif. L'invention est évidemment susceptible de nombreuses variantes. I1 va sans dire que de telles amiantes sont-couvertes par le présent brevet. REVENDICATIONS 1. Procédé d'inscription en couleur sur papier, caractérisé en ce qu'on applique une différence de potentiel entre une électrode plane portant un papier humide imprégné d'un révélateur sensible à la variation de pH et une électrode sensiblement ponctuelle placee de l'autre côté du papier de façon à deplacer des charges dont la polarité détermine la couleur de l'inscription dans la partie superficielle du papier faisant face à l'électrode ponctuelle, la différence de potentiel étant inférieure à 300 volts et l'électrode ponctuelle étant placée et commandée de façon qu'au cours de l'inscription il y ait passage pendant au moins 0,1 microseconde d'un courant d'au moins 5 micro-ampères. 2. Procédé suivant la revendication 1 d'inscription en deux couleurs, caractérise en ce qu'on utilise un papier imprégné d'un révélateur qui prend une premiere couleur audessous d'une première valeur de pH et une seconde couleur audessus d'une seconde valeur de pH et en ce qu'on donne à l'électrode ponctuelle une polarité, par rapport à l'électrode plane, choisie en fonction de la couleur à obtenir 3. Procéde suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue l'inscription par passage de courant pendant 0,5 milliseconde au moins. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on établit entre les électrodes une différence de potentiel comprise entre 10 et 50 volts. 5. Procédé suivant l'une quelconque es revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose, face à l'électrode plane, une matrice d'électrodes à extrémités sensiblement ponctuelles, isolées. les unes des autres et associées à un circuit permettant d'appliquer, à chaque électrode, une différence de potentiel indépendante de celle qui est appliquée aux électrodes ponctuelles adjacentes. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on humidifie le papier immédiatement avant inscription, par pulvérisation. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise comme révélateur un des produits suivants : phénol-phtaléine, O-crésol-phtale-ine, thymolphtaléine, rouge de phénol, rouge de chlorophenol, bleu de bromophénol, réazurine, vert de bromocrésol, alizarine, tetraio-odophénolsulfone phtaléine, acide rosolique, acide oxypyrène trisulfonique, éosine Y, alpha naphtol, m-nitrophénol, para-nitrophénol, dinitro 2,4 phénol et Jaune 3 GX. 8. Dispositif d'inscription en couleur sur papier, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode plane destinée à recevoir une feuille de papier humide imprégné d'un réactif révélateur qui répond à une variation détermine de pH par une modification de couleur, et une matrice d'électrodes sensiblement ponctuelles placées face à l'électrode plane, à une distance de celle-ci légèrement supérieure à l'épaisseur du papier à traiter, ainsi que des moyens permettant d'appliquer à chacune des électrodes ponctuelles une différence de potentiel, par rapport à l'électrode plane, qui est inférieure à 300 volts et qui est independante de la différence de potentiel appliquée aux électrodes ponctuelles adjacentes, pendant un intervalle de temps prédéterminé. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les électrodes ponctuelles sont constituées par les parties terminales d'aiguilles solidarisées les unes des autres par l'intermédiaire d'un matériau isolant.