À la recherche d’un chauffage uniforme

16 Septembre 2025

Lors de la sublimation des keycaps, la gestion de la température est un paramètre clé pour obtenir des couleurs idéalement saturées. Nos différents essais avec notre première machine nous ont permis de démontrer que les teintes obtenues sont très dépendantes de la température de surface des touches pendant le cycle de transfert.

Actuellement, il nous faut trois cycles distincts pour réaliser l’ensemble des touches. Or, en ouvrant et refermant la machine plusieurs fois, sa température interne évolue et rend l’obtention d’une teinte identique plus délicate. Le nouveau four à sublimation que nous concevons sera en mesure de réaliser l’ensemble des keycaps en un seul cycle machine. Pour un même set, les conditions de sublimation seront davantage contrôlées et plus régulières.

Il reste cependant à uniformiser la température sur l’ensemble du plateau de fixation. Pour obtenir deux teintes identiques, une touche au milieu du plateau doit être à la même température qu’une touche dans le coin en haut à droite.

Nos éléments chauffants utilisent les rayonnements infrarouges pour transférer de la chaleur aux keycaps ainsi qu’au film plastique qui porte l’encre de sublimation. On pourrait les comparer à une lampe classique, mais qui émettent un rayonnement à une longueur d’onde différente non visible à l’oeil nu. Pour donner un exemple plus concret : jusqu’à leur interdiction en 2022, les lampes infrarouges étaient utilisées comme chauffage de terrasse en bars et restaurants.

Pour que chaque touche soit chauffée de façon la plus uniforme possible sur un plateau de taille plus importante, il faut optimiser le nombre, le placement et la puissance de chacun des éléments chauffants. Pour cela, nous venons de développer en Python un outil de simulation qui fonctionne avec la méthode des éléments finis : notre plateau est découpé en une multitude de petites zones, et pour chacune de ces zones, nous calculons la somme des rayonnements issus de chaque élément chauffant afin de voir si chaque touche est bien éclairée. Dans un cas idéal, la puissance reçue sur chaque zone doit être identique.

Figure 1 : Éclairage du plateau sans optimisation

Figure 2 : Éclairage du plateau avec optimisation

Sans optimisation du système de chauffage, la première simulation en Figure 1 met en évidence des écarts de puissance infrarouge reçue atteignant 30% de puissance reçue en moins dans les coins du plateau. En laissant la main à notre fonction d’optimisation sur les paramètres du système, l’écart maximal est réduit à 4,5%, ce qui est illustré par la Figure 2. Ces premiers résultats, qui sont très encourageants, seront à confirmer par l’expérimentation dans le four une fois fabriqué. Nous serons alors capable de mesurer le champ de température réel, pas uniquement d’irradiance, qui est la résultante de nombreuses variables additionnelles.

Les pyromètres, c’est quoi ?

16 Septembre 2025

En mesure de température, il est possible de séparer les capteurs en deux grandes catégories. Les capteurs de contact et les capteurs sans contact.

Parmi les capteurs de contact, on peut retrouver les thermocouples, qui génèrent un courant électrique par différence de températures, les thermomètres mécaniques, qui indiquent une température en fonction de la dilatation de leur matériau, ou encore les thermistances qui sont capables de mesurer leur propre température. Ces capteurs ont donc besoin d’être placés directement sur le matériau, ou dans le fluide à mesurer pour avoir la même température que l’objet.

Pour la sublimation, nous avons besoin de mesurer la température de surface des keycaps, et de l’encre, mais sans compromettre le transfert des pigments. Il est donc impossible d’utiliser des capteurs de contact placés entre le film et les touches.

Pour ce genre de mesure, il existe les capteurs sans contact. Une catégorie très répandue est celle des capteurs infrarouges. Ils peuvent détecter le rayonnement thermique émis par tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu (-273,15°C, donc notre corps à 35°C en surface émet lui aussi un rayonnement !). La loi de Planck permet de faire la relation entre la longueur d’onde reçue par le capteur et sa température de surface. C’est aussi grâce à cette loi que l’on explique pourquoi un métal chauffé devient rouge ou que notre soleil est blanc.

Les pyromètres sont des capteurs infrarouges qui mesurent le flux de rayonnement thermique émis par un objet. En connaissant la nature de cet objet (bois, métal, plastique, etc), et plus particulièrement un paramètre appelé émissivité, on peut en déduire sa température.

Notre nouvelle machine, qui utilisera un système de chauffage différent mais plus réactif que notre système actuel, a besoin de ce type de capteur pour obtenir une mesure précise de la température de surface des keycaps (cf. article sur le chauffage uniforme). Les pyromètres nous permettront de mettre en place un suivi et un contrôle en temps réel de nos éléments chauffants afin d’ajuster la température de surface des touches sur l’ensemble de notre plateau afin de garder des teintes de couleurs identiques.