Depuis son invention vers 100 av. en Chine, le papier comme matériau de diffusion de l'information a grandement contribué au développement et à la diffusion de la civilisation. Même à l'ère de l'information, avec les médias électroniques omniprésents dans les foyers, bureaux et même nos poches, le papier joue toujours un rôle essentiel.

Notre cerveau traite les informations différemment sur papier et à l'écran. Les informations présentées sur papier impliquent un traitement plus émotionnel et produisent plus de réponses cérébrales liées aux sentiments internes. Cela peut rendre le matériel imprimé plus efficace et plus mémorable que les médias numériques. Bien sûr, le papier est encore d'usage courant, et la consommation mondiale devrait augmenter.

Mais l'utilisation du papier s'accompagne d'importants problèmes environnementaux et de durabilité. Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont travaillé pour développer des supports de lecture qui ont le format du papier conventionnel mais peuvent être réimprimés sans avoir à être recyclés industriellement au préalable. Une option prometteuse a consisté à enduire le papier d'une fine pellicule de produits chimiques qui changent de couleur lorsqu'ils sont exposés à la lumière. Mais les efforts précédents ont rencontré des problèmes tels qu'un coût élevé et une toxicité élevée - sans parler de la difficulté à rester lisible et à être effacé pour être réutilisé.

Mon groupe de recherche à l'Université de Californie, Bord de rivière, en collaboration avec Wenshou Wang à l'Université du Shandong en Chine, a récemment développé un nouveau revêtement pour le papier ordinaire qui n'a pas besoin d'encre, et peut être imprimé avec de la lumière, effacé et réutilisé plus de 80 fois. Le revêtement combine les fonctions de deux types de nanoparticules, particules 100, 000 fois plus fin qu'un morceau de papier; une particule est capable d'obtenir de l'énergie de la lumière et initie le changement de couleur de l'autre. Cela représente une étape importante vers le développement du papier réimprimable.

Effets environnementaux du papier

Environ 35 pour cent de tous les arbres récoltés dans le monde sont utilisés pour fabriquer du papier et du carton. À l'échelle mondiale, l'industrie des pâtes et papiers est le cinquième plus grand consommateur d'énergie et utilise plus d'eau pour produire une tonne de produits que toute autre industrie.

L'extraction de la pulpe consomme de grandes quantités d'énergie et peut impliquer des produits chimiques dangereux comme la dioxine. La production de papier entraîne l'émission de phosphore nutritif. Cette, à son tour, stimule la croissance des plantes, qui peut utiliser tout l'oxygène de l'eau et tuer toute vie animale.

Même après la fabrication du papier, son utilisation nuit à l'environnement. Le transport du papier de son lieu de fabrication à son lieu d'utilisation génère de la pollution atmosphérique. Et la fabrication et l'utilisation d'encre et de toner nuisent également à l'environnement, en contaminant l'eau, empoisonner le sol et détruire les habitats naturels de la faune.

Notre méthode utilise des ingrédients non toxiques et permet une réutilisation répétée du papier, réduisant ainsi les effets sur l'environnement.

Changer de couleur

En développant un revêtement pour papier, il est important d'en trouver un qui soit transparent mais qui puisse changer de couleur en quelque chose de visible – et inversement. De cette façon, tout texte ou image peut être rendu lisible comme sur du papier normal, mais aussi facilement effaçable.

Notre méthode combine des nanoparticules – des particules d'une taille comprise entre 1 et 100 nanomètres – de deux matériaux différents qui peuvent passer du clair au visible et vice-versa. Le premier matériau est le bleu de Prusse, un pigment bleu largement utilisé, plus connu sous le nom de couleur bleue dans les plans architecturaux ou les encres. Les nanoparticules de bleu de Prusse apparaissent normalement en bleu, bien sûr, mais peuvent devenir incolores lorsqu'ils sont alimentés en électrons supplémentaires.

Le deuxième matériau est constitué de nanoparticules de dioxyde de titane. Lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette, ils libèrent les électrons dont le bleu de Prusse a besoin pour devenir incolore.

Notre technique combine ces deux nanoparticules en un revêtement solide sur du papier conventionnel. (Il peut également être appliqué à d'autres solides, y compris les feuilles de plastique et les lames de verre.) Lorsque nous projetons une lumière ultraviolette sur le papier couché, le dioxyde de titane produit des électrons. Les particules bleues de Prusse captent ces électrons et changent de couleur du bleu au clair.

L'impression peut se faire à travers un masque, qui est une feuille de plastique transparent imprimée de lettres et de motifs en noir. Le papier commence entièrement bleu. Lorsque la lumière UV traverse les zones vierges du masque, il change les zones correspondantes sur le papier en dessous en blanc, reproduire les informations du masque sur le papier. L'impression est rapide, ne prenant que quelques secondes pour terminer.

La résolution est très élevée :elle peut produire des motifs aussi petits que 10 micromètres, 10 fois plus petit que ce que nos yeux peuvent voir. Le document restera lisible pendant plus de cinq jours. Sa lisibilité se dégradera lentement, car l'oxygène de l'air prend des électrons des nanoparticules bleues de Prusse et les redevient bleus. L'impression peut également se faire à l'aide d'un faisceau laser, qui balaye la surface du papier et expose les zones qui devraient être blanches, d'une manière similaire au fonctionnement des imprimantes laser d'aujourd'hui.

Effacer une page est facile :chauffer le papier et le film à environ 120 degrés Celsius (250 degrés Fahrenheit) accélère la réaction d'oxydation, effacer complètement le contenu imprimé en 10 minutes environ. Cette température est bien inférieure à la température à laquelle le papier s'enflamme, il n'y a donc aucun risque d'incendie. Elle est également inférieure à la température impliquée dans les imprimantes laser actuelles, qui doivent atteindre environ 200 degrés Celsius (392 degrés Fahrenheit) pour fusionner instantanément le toner sur le papier.

Stabilité chimique améliorée

L'utilisation du bleu de Prusse dans le cadre de ce processus offre de nombreux avantages. D'abord, il est très stable chimiquement. Les papiers réinscriptibles précédents utilisaient généralement des molécules organiques comme principaux matériaux de changement de couleur, mais ils se décomposent facilement après avoir été exposés à la lumière UV pendant l'impression. Par conséquent, ils ne permettent pas de très nombreux cycles d'impression et d'effacement.

Par contre, Les molécules de bleu de Prusse restent essentiellement intactes même après une exposition prolongée à la lumière ultraviolette. Dans notre laboratoire, nous avons pu écrire et effacer une seule feuille plus de 80 fois sans observer aucun changement apparent de l'intensité de la couleur ou de la vitesse de l'interrupteur.

En outre, Le bleu de Prusse peut être facilement modifié pour produire différentes couleurs, le bleu n'est donc pas la seule option. Nous pouvons changer la structure chimique du pigment, remplacer une partie de son fer par du cuivre pour en faire un pigment vert, ou remplacer entièrement le fer par du cobalt pour faire du brun. Maintenant, nous ne pouvons imprimer qu'une seule couleur à la fois.

Au fur et à mesure que nous développons cette technologie, nous espérons rendre le papier réinscriptible disponible pour de nombreuses utilisations d'affichage d'informations, en particulier les utilisations temporaires comme les journaux, revues et affiches. D'autres utilisations s'étendent à la fabrication, soins de santé et même une simple organisation, comme la création d'étiquettes réinscriptibles.

Il n'est probablement pas possible d'espérer une société complètement sans papier, mais nous nous efforçons d'aider les gens à utiliser beaucoup moins de papier qu'eux – et à le réutiliser plus facilement lorsqu'ils sont prêts.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.