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PRESENTATION DE LA SPECTROCOLORIMERIE : principe, référentiels couleurs , fonctionnement du spectrocolorimètre

 

La colorimétrie est la science qui mesure la couleur. Son application est très importante dans l’industrie où elle est principalement utilisée dans le contrôle qualité.

On dispose par exemple de standard et on désire comparer des lots produits avec ce standard. La colorimétrie permet alors de séparer la couleur en différents paramètres (teinte, clarté, saturation…) et d’effectuer des comparaisons sur chacun de ces paramètres.

La mesure de ces paramètres est réalisée grâce à un spectrocolorimètre, dont je détaillerais le fonctionnement plus loin. Avant de présenter les différentes procédures de mesures possibles, il convient de décrire brièvement les principes de la colorimétrie.

Formulation et colorimétrie

En formulation, pour reproduire des couleurs de peintures par exemple, on utilise des mélanges de différents pigments colorés. Selon la loi de Grassmann, les couleurs de la lumière s’ajoutent. Par exemple, rouge + vert  = jaune.

Cependant, les couleurs primaires varient selon que l’on se trouve dans le cas des sources de lumières ou de peintures.

Dans le premier cas, les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu.

Dans le second, ce sont le rouge, le jaune et le bleu.

Ce concept n’est pas toujours vérifié, notamment dans le cas d’un mélange entre des pigments bleu et jaune. La couleur obtenue, le vert a alors un spectre qui ne répond pas au principe d’additivité des couleurs : en effet, vers 400 nm, le jaune filtre et le bleu ré-émet alors que vers 700 nm, le bleu absorbe et le jaune ré-émet. C’est ce que l’on appelle un mélange soustractif. La reflectance n’est alors pas le somme des spectres jaune et bleu ;

 

            La réaction de la matière à une longueur d’onde donnée ne provoque pas forcément une coloration du pigment concerné. Il existe trois cas.

                        -La matière a une taille beaucoup plus grande que la longueur d’onde incidente. Celle-ci est alors absorbée par le pigment. Il n’apparaît pas de changement de couleur.

                        -La matière est beaucoup plus petite que la longueur et ne provoque pas de déviation dans la trajectoire de celle-ci.

                        La matière est dans le même ordre de grandeur que la longueur d’onde. Le rayonnement est alors dévié, ce qui produit une coloration.

            On évalue les capacités de coloration des pigments et des matières colorantes en introduisant le concept de force colorante. On utilise pour cela la courbe de réflectance (autrement dit, le spectre).

            La conceptualisation de ce principe repose sur la loi de Kubelka et Munk. On en déduit des données spectrales deux grandes caractéristiques de la matière :

                        -Le pouvoir absorbant qui traduit en fait le pouvoir opacifiant de la matière, noté K.

                         -Le pouvoir diffusant qui traduit le pouvoir opacifiant de la matière, noté S.

 

            Ces données sont très importantes pour réaliser notamment de la formulation de teintes. L’intérêt de ces grandeurs réside dans le fait qu’elles sont sommables, alors que celles de la réflectance ne le sont pas. 

 

            Le principe de la reproduction de teinte repose sur l’égalisation de rapport K/S calculé pour chaque mesure réalisée.

 

Cjaune . Kjaune  +  Cbleu . Kbleu  +  Cblanc . Kblanc                                 

K/S   =         _____________________________________

                                   Cjaune . Sjaune  +  Cbleu . Sbleu  +  Cblanc . Sblanc  

 

Le logiciel va alors calculer la concentration de chaque pigment à ajouter dont on dispose pour reproduire la teinte, connaissant déjà les valeurs de K et de S pour chaque pigment dans sa base de données.

 

Les différents référentiels

 

            Plusieurs référentiels permettent de décomposer la couleur en faisant intervenir différents paramètres. Nous nous limiterons cependant à la présentation des deux plus couramment utilisés : CIEL*a*b* et CIEL*C*h*.

                        Le référentiel L*a*b*

 

            Ce système permet de décrire une couleur dans un espace orthonormé.

Il est composé de trois axes :

-                     L’axe des abscisses décrit l’évolution de la teinte de vert (-a*) au rouge (+a*).

-                      L’axe des ordonnées décrit l’évolution de la teinte de bleu (-b*) au jaune (+b*).

-                      L’axe des cotes représente la clarté.

 

La couleur est donc représentée par un point dans ce repère, ce qui permet une grande précision quant à la définition de celle-ci.

 

 

 

 

 

L’écart colorimétrique entre deux échantillons est donné par :

 

DE*=(DL*2 + Da*2 + Db*2)1/2

 

              

      Avec :                    DL* : différence de clarté.

                                   Da* : différence dans les teintes rouge/vert.

                                   Db* : différence dans les teintes jaunes/bleu.

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Le référentiel L*C*h*

 

 

Dans ce référentiel, la couleur est déterminée en coordonnées polaires.

 

-                     L’axe des cotes représente toujours la clarté.

-                     La distance entre le point de couleur et l’origine du repère est appelée le chroma, ou saturation.

-                     L’ange défini entre l’axe des abscisses et la droite est appelé l’ange hue, noté h°.

Angle h°

Axe

Couleur

(+)a*

Rouge

90°

(+)b*

Jaune

180°

(-)a*

Vert

270°

(-)b*

Bleu

360°

(+)a*

Rouge

 

 

 

 

                      

 

 

            L’écart colorimétrique est donné par la formule :

DE*=(DL*2 + DC*2 + Dh*2)1/2

 

 

 

Avec :                          DL* : différence de clarté.

DC* : différence de chroma.

Dh* : différence métrique d’angle hue.

 

 

MANQUE :    Le métamérisme

                       Le brillant

                       

 

FONCTIONNEMENT DU SPECTROCOLORIMETRE

 

Spectrocolorimètre

 

            Le spectrocolorimètre d/8 est constitué d’une sphère dont la surface interne est un miroir. La source de la lumière est placée à l’entrée de la sphère, et la lumière envoyée est réfléchie dans toute la sphère ; la sphère est dite intégratrice car elle envoie de la lumière sur l’échantillon dans toutes les directions avec un flux constant. Cela permet d’éliminer toutes les irrégularités de mesure dues aux zones d’ombre et aux défauts de surface. Seules la lumière réfléchie à un angle de 8° par rapport à la perpendiculaire à l’échantillon est analysée grâce à un monochromateur qui trie la lumière réfléchie suivant chaque longueur d’onde.

 

NB : Les longueurs d’ondes considérées appartiennent au domaine du visible (entre 400 et 700 nm). De plus, la sensibilité de l’appareil permet des écarts de longueur d’onde de 10 nm.

 

 

 

Source lumineuse

 

            Dans ce spectrcolorimètre, la lumière est émise par flash de Xénon. L’inconvénient majeur de ces flashs vient de la très grande quantité d’UV émise qui peut fausser les mesures de blanc. En effet, au fil du temps, la lampe peut s’user et émettre de moins en moins d’UV : Les valeurs mesurées pour un même échantillon peuvent alors être différentes. C’est pourquoi la mise en place de filtres permet de régler le taux d’UV qui sera émis sur l’échantillon. Ces filtres ont différentes bandes passantes.

 

 

Détection des ouvertures de plaques

 

            Les ouvertures sont automatiquement déterminées par le spectrocolorimètre. En effet, celles-ci sont repérées par des trous en bas de chaque plaque.

 

            D’autre part, l’ouverture de l’objectif du spectrocolorimètre est donnée par un angle : 10° pour les « grands » objets et 2° pour les « petits ». Cet angle, dit « angle de champ de vision », est également détecté automatiquement par l’appareil.

 

 

Périscope et ouverture de visualisation

 

            Le périscope de visualisation situé sur le dessus du spectrocolorimètre permet de vérifier si l’échantillon est bien centré sur l’ouverture. Pour ouvrir le periscope, il suffit d’actionner la petite manette rouge bers la droite, puis la refermer avant de mesurer.

            L’ouverture de visualisation est l’ensemble noir situé sous la plaque d’ouverture. Pour l’ouvrir, il suffit de tirer vers soi la languette supérieure, cela permet de mieux placer l’échantillon.

 

 

Bouton de mesure

 

            Le bouton rouge en haut à gauche du périscope est le bouton de mesure. Il ne sert à rien de l’actionner car la mesure est déclenchée directement par le logiciel.

 

Spéculaire

 

            Je ne sais pas si on en aura l’utilité… A compléter plus tard

 

Organisation de la mémoire

 

 

            Il existe une mémoire à court terme, elle stocke les données le temps de la session. Tant que le standard n’est pas effacé, les données sont conservées.

            Cependant, pour conserver des données à long terme, il faut enregistrer les standards dans les fichiers de standard et les lots dans les fichiers historiques.

 

           

 

           

dossier réalisé par ronan lefloch
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