Comment fonctionne le photocopieur, l’invention qui a révolutionné les bureaux du monde entier

Lorsque vous appuyez sur le bouton « Démarrer » d’un copieur, quelque chose d’étonnamment complexe se produit en quelques secondes. A l’intérieur de la machine, un processus physique et chimique est activé basé sur l’interaction entre la lumière, les charges électriques et la matière : le xérographieinvention de 1938 De Chester Carlsonqui a révolutionné la manière de reproduire les documents. En termes simples, un photocopieur crée une copie parfaite d’une image ou d’un texte en utilisant le charges électriques et sensibilité à la lumière de matériaux particuliers. Tout commence par une charge électrostatique sur une surface appelée la toilecontinue en projetant l’image originale, en faisant adhérer la poudre de toner aux zones chargées et en transférant cette image sur une feuille de papier qui est finalement chauffée pour faire fondre le toner de manière permanente. En quelques instants, le document est prêt.

Cette technologie, apparemment triviale dans son utilisation quotidienne, a remplacé des processus lents et laborieux tels que le papier carbone ou le polycopié, ouvrant la voie à la production rapide et peu coûteuse de copies de n’importe quel document. Aujourd’hui, les copieurs numériques modernes intègrent des scanners, des imprimantes laser et des microprocesseurs qui vous permettent de vous connecter à des réseaux informatiques, d’envoyer des fax et même de convertir du texte imprimé en fichiers numériques modifiables via la reconnaissance optique de caractères, appelée ROC (Reconnaissance optique de caractères). Comprendre comment fonctionne un photocopieur vous permettra de mieux apprécier cet outil et de jeter un œil à l’intérieur d’une des applications les plus élégantes de la physique électrostatique au service de la vie quotidienne.

Qu’est-ce que la xérographie : histoire et origine de la technique développée par Chester Carlson

L’histoire du photocopieur remonte à 1938quand Chester Carlsonavocat au bureau des brevets de New York, cherchait un moyen de reproduire des documents sans utiliser de produits chimiques liquides ni devoir les réécrire à la main. Le principe de base sur lequel repose le fonctionnement du copieur c’est là xérographiedu grec xéros (sec) e graphé (écrire), c’est-à-dire « écriture sèche ». Le nom a été choisi à la fin des années 40 par une petite entreprise américaine, la Haloïdequi devint plus tard célèbre Société Xerox. Xerox explique lui-même comment Carlson a développé la technique sur laquelle repose le fonctionnement des photocopieurs :

Carlson a initialement convoqué le procès « électrophotographie ». Le procédé repose sur deux phénomènes naturels : l’attraction de matériaux aux charges électriques opposées et la capacité améliorée de certains matériaux à conduire l’électricité lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Carlson a conçu un processus en six étapes pour transférer une image d’une surface à une autre en utilisant ces phénomènes.

Les six étapes du processus de photocopie

Regardons de plus près le processus en six étapes référencé par Xerox. Le cœur de chaque copieur est un composant appelé la toileune surface sensible à la lumière qui peut être réalisée sous forme de tambour rigide ou de courroie flexible. Il est recouvert d’une fine couche de matériau photoconducteurc’est-à-dire un composé qui agit comme un isolant dans l’obscurité mais devient conducteur lorsqu’il est exposé à la lumière.

1. Chargement: Dans l’obscurité, une très haute tension électrique est appliquée à proximité de fins fils métalliques ou d’un rouleau, générant un champ électrique qui provoque l’ionisation des molécules d’air. Les ions, c’est-à-dire les particules chargées électriquement, se déposent à la surface du photorécepteur, générant un champ électrique.
2. Exposition: l’image du document est « écrite » sur le photorécepteur. Dans les copieurs numériques modernes, cela se produit via un faisceau laser modulé ou un système de LED qui projettent l’image avec précision. Cependant, dans les appareils photo analogiques, c’est la lumière réfléchie par le document qui atteint directement le photorécepteur. Les zones éclairées du photorécepteur perdent une partie de leur charge électrique, tandis que les zones laissées dans l’ombre la conservent : il en résulte unimage électrostatique latenteinvisible mais prêt à être développé.
3. Développementoù le protagoniste est la poussière de tonique. Ce sont de minuscules particules (généralement entre 5 et 10 micromètres de diamètre) formé d’un mélange de résines, de pigments et d’additifs plastiques. Le toner est mélangé à de petites billes métalliques qui le chargent pendant triboélectricitéun effet physique dû au frottement entre différents matériaux, le même qui génère de l’électricité statique. Les particules de toner, désormais chargées électriquement, sont attirées vers les zones du photorécepteur restées chargées et y adhèrent, recréant l’image du document sous forme visible. Dans les copieurs couleur, cette étape se produit quatre fois, une fois pour chaque couleur de base : cyan, magenta, jaune Et noir – qui se combinent pour produire la gamme de couleurs finale.
4. Transfert: L’image poudrée passe du photorécepteur au papier. Cela se produit en plaçant la feuille en contact avec le photorécepteur et en appliquant une charge électrique de signe opposé à celui du toner. L’attraction électrostatique fait que la poussière se détache du photorécepteur et adhère à la feuille, reproduisant ainsi l’image. Immédiatement après, une autre décharge contrôlée neutralise le papier qui se sépare sans dommage du photorécepteur et poursuit son voyage à l’intérieur de la machine.
5. Fusion: le toner (qui jusqu’alors ne reposait qu’à la surface du papier) est rendu permanent. La feuille passe à travers deux rouleaux : un chauffé et un à pression. Le rouleau chaud détache les particules de toner, tandis que le deuxième rouleau les presse fermement contre les fibres du papier. Le résultat est une image nette et résistante, qui est en effet fusionnée avec les fibres de la feuille et ne peut donc plus être retirée.
6. Nettoyage: Après chaque impression, il reste toujours une petite quantité de toner résiduel sur le tambour. Pour éviter que ces particules n’interfèrent avec la copie suivante, un nettoyage est effectué, généralement à l’aide d’un rouleau de nettoyage.

Bien entendu, le processus qui vient d’être décrit se déroule en quelques secondes et est totalement invisible pour l’utilisateur qui met le photocopieur en service.

L’évolution des photocopieurs

Au fil des décennies les photocopieurs ont évolué et, dans les années 1990, ils sont passés au numérique. Dans ce dernier, en effet, un scanner optique acquiert l’image du document et la stocke au format numérique. A partir de ce moment, le laser ne reproduit plus directement la lumière réfléchie du document, mais écrit l’image sur le tambour pixel par pixel, comme s’il « imprimait » la copie à partir d’un fichier. Ce système vous permet d’obtenir plusieurs copies à partir d’une seule numérisation, d’améliorer automatiquement la qualité de l’image et de connecter la machine à un réseau.

Aujourd’hui, les copieurs multifonctions sont de véritables postes de travail : ils peuvent imprimer, numériser, envoyer des documents par fax ou par e-mail et archiver des copies au format PDF. Dans les bureaux et les écoles, ils sont souvent équipés de FAD (Chargeur automatique de documents), un chargeur automatique de feuilles qui gère la copie recto verso et l’assemblage automatique, parfois avec agrafage ou reliure des documents. Les versions domestiques, décidément plus compactes, adoptent la même logique mais une mécanique plus simple.