Les effets de la Tension Superficielle d'une encre !

[lapislazuli]

Merci beaucoup pour ce tableau, j’ai presque envie de m’amuser à y placer mes encres selon leurs attributs !

[Hobiecat]

Le diagramme est très bien Toffou ! Excellent synthèse !

Deux petites remarques physiques : la tension superficielle d'un liquide dépend de la viscosité, donc l'effet n'est pas complémentaire, c'est le même effet. La petite différence est que la tension superficielle dépend de la viscosité ET de la composition chimique (les molécules s'attirent plus ou moins entre elles).

Et il pourrait être utile de préciser que la viscosité et donc la tension superficielle baissent quand la température augmente ? C'est une influence de fait sur le comportement de l'encre.

[toffou]

Deux petites remarques physiques : la tension superficielle d'un liquide dépend de la viscosité, donc l'effet n'est pas complémentaire, c'est le même effet.

Je ne permettrais pas de te contredire, je n'en ai aucunement les compétences, mais l'objet de ta remarque ne se retrouve pas dans les résultats de Inès Fritz.

Par exemple dans dans son tableau de données, la Robert Oster Muddy Swamp a une viscosité de 1,037 mPa•s pour une tension superficielle de 38,7 mN/m (soit une des plus faible) tandis que la Platinum Citrus Black a une viscosité de 1,038 mPa•s (identique) pour une tension superficielle 76,7 mN/m (soit la plus forte de ses relevés).

De même, la De Atramentis Aubergine avec ou sans ajout de gomme arabique conserve une valeur de tension superficielle quasi similaire alors que la valeur de viscosité est fortement modifiée.

Comment expliquer que dans ces mesures il n'y a pas de lien apparent entre viscosité et tension superficielle ?
Peut-être que la réponse est dans l'article "Identification of fountain pen ink properties which determine the amount put on paper during handwriting" qu'Inès Fritz a rédigé suite à ses relevés, mais il y a toute une partie qui est bien trop technique pour moi.

[Hobiecat]

Comme je l'ai écrit plus haut, la tension superficielle dépend de la viscosité, mais aussi de la composition chimique, donc ce n'est pas directement proportionnel entre la tension superficielle et la viscosité. C'est juste interdépendant

[o1984]

Merci pour ce travail fort instructif !

J'avais effectivement la même remarque que Jérôme.

[toffou]

Et il pourrait être utile de préciser que la viscosité et donc la tension superficielle baissent quand la température augmente ?

J'ai ajouté une notion de température dans le shéma.

la tension superficielle dépend de la viscosité, mais aussi de la composition chimique, donc ce n'est pas directement proportionnel entre la tension superficielle et la viscosité. C'est juste interdépendant

Merci pour le complément d'explications.
On peut donc considérer que le schéma n'est pas forcément juste mais suffisamment exact pour déterminer, en fonction de l'effet rencontré lors de l'écriture, la caractéristique de l'encre qui est possiblement en cause. Et puis ça reste un dessin.

Mais je suis étonné par la position du Bleedthrough.

J'avais effectivement la même remarque que Jérôme.

Vous auriez placé le bleedthrough à quel endroit ?

[Mirifix78]

Selon moi, le fait de traverser la feuille de papier dépend du papier, de la plume qui peut abîmer ses fibres, et aussi de la mouillabilité de l'encre.
Plus la mouillabilité est élevée, plus la tension superficielle est basse (l'encre s'étale). Ce qui est le contraire de ce qui a été mis dans le tableau me semble-t-il.

[jddegap]

...

Vous auriez placé le bleedthrough à quel endroit ?

C'était une remarque spontanée …
C'est très complexe, et mes impressions ne sont qu'empiriques …
Maintenant, en réfléchissant à tes précisions qui évoquent du ”mauvais papier”, je veux bien entendre qu'une encre qui ne se répand pas en surface, et que la composition du papier n'arrête pas, peut le traverser en lignes fines.
Je veux également croire que la tension superficielle et la viscosité sont, en partie, des qualités plus ou moins interdépendantes et que cela nuit à l'attribution du phénomène observé : telle encre dont on ne connaîtrait pas les mesures de tension superficielle et de viscosité traverse-t-elle trop facilement le mauvais papier en raison de sa tension superficielle élevée ou de son état trop liquide, de sa faible viscosité donc ?
Aussi, que le papier soit bon ou mauvais, j'ai bien l'impression que la faible tension superficielle qui favorise la saturation du dépôt d’encre par l'augmentation du débit à un effet concomitant de bleedthrough. Donc, sur ton schéma, je m'attendais à trouver cette notion de bleedthrought du côté de la faible tension superficielle …

[toffou]

(Edit le 09/12/2025 : ces conclusion sont en partie erronées, voir ce post correctif)

C'est contre intuitif, mais une tension superficielle élevée retient l'encre dans le stylo pour la libèrer sur le papier avec intensité (comme libérée sous pression). Une tension superficielle faible est plus neutre et laisse simplement l'encre s'ecouler d'un environnement à l'autre.


Ainsi, pour une encre qui a une tension superficielle élevée, le déclenchement de l'effet de capillarité lors du contact de la plume avec le papier est rapide et pénétrant. L'encre qui était fortement accrochée au conduit trouve dans le papier un environnement où il est plus facile de s'aggriper. Elle y pénètre immédiatement en profondeur, ce qui donne l'aspect sec et étroit au trait, jusqu'au traversement.

A l'inverse, pour une encre avec une faible tension superficielle, l'effet de capillarité au contact du papier est plus lent. L'encre qui était faiblement agrippée au conduit sort tranquillement sur le papier et a le temps de s'accrocher d'abord aux fibres supérieures du papier. Elle se diffuse donc en surface, elargissant le trait jusqu'à s'effilocher.

*

[Hobiecat]

Merci pour le complément d'explications.
On peut donc considérer que le schéma n'est pas forcément juste mais suffisamment exact pour déterminer, en fonction de l'effet rencontré lors de l'écriture, la caractéristique de l'encre qui est possiblement en cause. Et puis ça reste un dessin.

Oui, je n'avais pas de problème avec le schéma, qui est très bien ainsi et suffisamment explicatif de mon point de vue, mon propos était juste de lier les paramètres qui sont interdépendants :
- la tension de surface : dépend de la viscosité ET de la composition chimique (plus précisément des relations entre molécules dans l'encre)
- la mouillabilité : dépend de la tension de surface de l'encre (donc des paramètres ci-dessus) ET de la surface du papier qui est plus ou moins hydrophobe

Ces paramètres sont liés entre eux par la physique des liquides, ce qui fait que, de même que pour l'écoulement de l'encre, où la tension de surface de l'encre et la mouillabilité du conduit (voire de la plume) interagissent, le comportement de l'encre interagit entre la tension de surface et la viscosité. C'est à cause de ces interactions qu'il n'y a pas de règle absolue, mais des tendances bien résumées dans ton schéma.

[toffou]

Merci Hobiecat pour ces éclaircissements.

C'est à cause de ces interactions qu'il n'y a pas de règle absolue, mais des tendances bien résumées dans ton schéma.

Effectivement, je ne l'ai pas précisé mais la comparaison entre deux encres n'est réalisable que si elle a été utilisée avec le même stylo sur le même papier. Tout cela restant très empirique puisque l'on ne peut garantir que l'environnement ambiant aura été le même lors des deux tests.


Avec tous ces avis, les camarades Mirifix, jddegag et o1984 me mettent le doute avec le bleedthrough...

[toffou]

Mais je suis étonné par la position du Bleedthrough.

J'avais effectivement la même remarque que Jérôme.

Vous auriez placé le bleedthrough à quel endroit ?

Cela m'a un peu travaillé puis je suis passé à autre chose...
... jusqu'à ce que j'achète de la Jacques Herbin Noir Abyssal.

C'est une encre avec une tension superficielle très très faible ; elle est si basse que je n'arrive pas à faire des pleins et des déliés avec une Zebra G, l'encre s'écoule toute seule et forme un trait épais à chaque fois.

Je me suis donc amuser à poser une goutte de cette encre sur une feuille d'un bloc Rhodia en 80 g/m², qui est un papier plutôt "serré" qui résiste bien au traversement ("bleedthrough") normalement.

Éberlué par le résultat, j'ai fait un comparatif avec une goutte de Waterman Bleu Mystère : les images ci-dessous.



Je vous remets le lien vers ma vidéo qui donne une astuce pour apprécier la tension superficielle d'une encre.






J'en conclu qu'une encre avec une tension superficielle élevée ne traverse pas le papier au contraire d'une encre avec une tension superficielle faible.

Je me suis donc trompé dans mes interprétations précédentes.
Je corrige certains de mes post et je refais une synthèse ci--dessous.

[MrSoul]

Super, je n'avais pas vu tes schémas, ils sont top.

J'en conclu qu'une encre avec une tension superficielle élevée ne traverse pas le papier au contraire d'une encre avec une tension superficielle faible.

Je me suis donc trompé dans mes interprétations précédentes.
Je corrige certains de mes post et je refais une synthèse ci--dessous.

Mais du coup, ça interroge, y a t'il forcément une corrélation entre tension superficiel et traversement du papier ?
Il est certain que ça doit aider, mais il y a peut-être d'autres propriétés de l'encre qui entre en jeu...

[Mirifix78]

Surtout celle du papier. C'est le caractère hydrophile de l'encre qui rentre en jeu, mais pas seulement : l'huile traverse le papier et elle est hydrophobe.

[jddegap]

Merci pour ce retour toffou.

On pourrait donc résumer en indiquant qu’une encre à très faible tension superficielle se répand en surface et en profondeur.

[toffou]

Suite à mes derniers tests empiriques, je refais une synthèse de ma compréhension de l'action de la tension de surface des encres et de son application.

Pour appréhender les interactions stylo-plume, encre, papier, je pars du postulat que :

• la capillarité du papier doit générer une traction de l'encre plus importante que celle du conduit (ça va sans dire mais ça va mieux en le disant) ;
• plus une encre a une tension superficielle faible, plus elle pénètrera facilement dans les fibres du papier, surtout s'il n'a pas une grande cohésion.

Pour reprendre mon analogie alpine, je comprends que la tension superficielle de l'encre est comme la capacité d'un grimpeur à s'accrocher à une paroi et la capillarité (du conduit et du papier) comme les prises qu'il peut exploiter pour y parvenir.

• Si les prises (la capillarité) sont importantes, elles favorisent la stabilité du grimpeur dans les phases d'arrêt (l'encre est facilement retenue dans le stylo) et sa progression ne reprend que pour aller vers de meilleures prises (l'encre va vers les fibres du papier si elles ont une meilleure capillarité que le conduit).
• Si le grimpeur (la tension superficielle) est très fort, il s'accroche trop fermement aux prises lors des phases d'arrêt et il récupère difficilement (l'encre s'insinue dans le conduit mais ne peut s'en échapper) ; lors de sa reprise de progression, il exploitera rapidement ses ressources immédiates et devra faire des pauses régulières pour reprendre son souffle (si le papier a plus de force d'attraction que le conduit, il aura tendance à le vider plus vite que ce dernier ne pourra se remplir, provoquant un assèchement temporaire de la plume).

Ainsi, les phénomènes de rupture d'alimentation que j'ai pu observer avec le Pilot Heritage 912 FA sont probablement dus à des encres avec une tension superficielle élevée.
Soit l'encre ne trouve pas une capillarité suffisante dans les fibres du papier et est retenue par le conduit (problème de démarrage), soit la capillarité du papier est plus importante que celle du conduit et vide ce dernier plus rapidement qu'il ne veut laisser passer l'encre de la cartouche (assèchement temporaire des becs et rail roading).
A l'inverse avec les encres dotées d'une tension superficielle faible, l'encre circulant facilement vers le papier sans chercher à s'accrocher au conduit, la plume reste humide en permanence.


Pour l'emploi d'UN stylo avec UN papier donné, j'en conclue que la tension de surface d'une encre génère les effets suivants.

Une encre avec une tension superficielle plus faible :

• se diffuse lentement dans le papier ;
• semble donc visuellement plus humide ;
• augmente le phénomène d'effilochement (étalement de l'encre et bavures, également dit "fougération" ou feathering) ;
• augmente le risque de traversement (tâches d'encre qui se propage jusqu'au verso, ou bleed through) avec les conduit généreux et les papiers manquant de cohésion.

Une encre avec une faible tension superficielle est dite "humide", elle est plus adaptée pour les stylos avec un débit faible, pour les plumes très fines, et pour les papiers avec une bonne qualité de cohésion.

Une encre avec une tension superficielle plus élevée :

• se dépose moins facilement sur le papier ;
• semble donc visuellement plus sèche ;
• diminue le phénomène d'effilochement (étalement de l'encre et bavures, également dit "fougération" ou feathering) ;
• limite le risque de traversement (tâches d'encre qui se propage jusqu'au verso ou bleed through) ;
• augmente le risque d'asséchement des plumes avec un conduit peu généreux.

Une encre avec une tension superficielle élevée est dite "sèche", elle est plus adaptée pour les stylos avec un débit important et pour les papiers avec une forte capacité d’absorption.

Action de la viscosité pour des encres avec une tension superficielle équivalente :

• une viscosité plus élevée aiguise les bords de la ligne d'encre et la laisse apparaître plus nette et plus saturée ;
• une viscosité plus élevée réduit la largeur de la ligne et augmente légèrement la quantité d'encre laissée derrière les becs en mouvement ;
• une encre avec une viscosité plus élevée semble visuellement plus humide.

Tout cela ne reste que des observations sans valeur scientifique ( ), mais ce principe semble suffisamment cohérent pour me permettre d'expliquer la plupart des phénomènes que je rencontre lors de mes essais.

[Furiozzo]

C'est parfaitement clair et cohérent, merci pour cette synthèse éloquente

[toffou]

J'ai également refait les schémas explicatifs :

[wisteria]

J'ai également refait les schémas explicatifs :

C'est un sujet vraiment très intéressant que je viens de découvrir. Merci pour les explications, recherches et les schémas.

[tab]

merci à toffou et à tous ceux qui ont contribué à ce fil très intéressant
j'ai compris, mais pas sûre que je saurai ressortir la connaissance utile au bon moment
en revanche, j'ai bien retenu une chose : je sais maintenant à qui demander quand j'aurai des questions sur la viscosité/Tsuperficielle