Instrumentation

11.3 Instrumentation 169

L’écart colorimétrique est calculé en coordonnées cylindriques, chaque facteur étant pondéré par des coefficients SL, Sc et SH :

s

∆ * * * L ∆ c ∆ H

∆ 2 2 2 E = ( ) + ( ) + ( ) (11.11)

CM C S S S

L c H

Selon le type d’industrie, deux nouveaux facteurs peuvent être introduits (l et c) :

s

∆ * * * L ∆ c ∆ H

∆ 2 2 2 E = ( ) + ( ) + ( ) (11.12)

CM C l.SL c.Sc SH

Par exemple, dans le domaine du textile, l=2 et c=1

 

11.3 Instrumentation

On étudiera ici trois appareils de mesure de l’aspect : le colorimètre simple, le spectrocolorimètre et le brillancemètre.

 

11.3.1 Mesure de la couleur

 

Figure 11.11 – Utilisation d’un colorimètre tristimulaire dans l’alimentaire

Différents types d’appareil

On distingue deux familles principales d’appareils de mesure de la couleur :

• Colorimètre tristimulaire (colorimètre simple) : c’est un appareil utilisé uniquement

en contrôle-qualité. Il permet une mesure ponctuelle de la couleur de manière à obtenir ses paramètres tristimulaires. Son rôle est de valider un lot par rapport à un étalon (le standard), c’est-à-dire vérifier que l’écart colorimétrique est inférieur à la tolérance définie. Il est simple d’utilisation, mais ne permet pas de formuler des teintes.

• Spectrocolorimètre : c’est un outil d’investigation, qui permet la formulation de

teintes. Il analyse, longueur d’onde par longueur d’onde, l’énergie lumineuse diffusée par l’échantillon (courbe de réflectance).

170 Chapitre 11. Mesurer la couleur

Principe de fonctionnement

 

Les principaux composants d’un instrument de mesure sont les suivants :

• Une source de lumière blanche (+ filtres) : il s’agit d’une lampe au xénon ou d’une

lampe halogène-tungstène.

• Un système dispersif.

Le spectrophotomètre possède un système dispersif et sélectif de la lumière, que l’on appelle monochromateur. Il existe deux types de monochromateurs : les filtres interférentiels progressifs et les réseaux de diffraction. Certains spectrophotomètres ont en plus un filtre UV, car les rayons UV émis par des particules blanchissantes du papier peuvent fausser les mesures.

• Un détecteur : capteur de lumière.

Photocapteur : dispositif permettant de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique. Ex : cellules photoélectriques, photodiodes, photorésistance. Photodiode au silicium : matériau semi-conducteur, qui laisse passer le courant électrique lorsqu’il est éclairé. Dans le cas du colorimètre, le système de détection (assimilé à la rétine de l’oeil humain) est composé de trois filtres interférentiels (parfois plus) associés à un capteur. Les propriétés de ces filtres doivent être proches de celles des pics de la courbe spectrale de l’oeil humain. La réponse trichromatique de l’oeil est ainsi simulée, dans le cas d’une mesure effectuée sous une source lumineuse de type lumière du jour.

• Un système d’analyse (mémoire, ordinateur).

 

Figure 11.12 – Différents systèmes de mesure de la couleur 11.3 Instrumentation 171

11.3.2 Géométrie de mesure

 

La géométrie de mesure, c’est-à-dire la disposition de la source par rapport au détecteur, joue un rôle très important quant au type de mesure réalisé. En particulier, les effets dus à la texture de l’échantillon peuvent ou non être pris en compte.

 

Géométrie 45/0 (ou 0/45)

 

Dans ce cas l’éclairage se fait à 45˚par rapport à la normale et la détection à 0˚(ou l’inverse dans le cas de la géométrie 0/45). Cette géométrie permet de simuler les conditions normales d’évaluation des couleurs : elle est fidèle à l’observation naturelle, c’est-à-dire que la couleur mesurée varie selon la texture de l’échantillon. Cela est intéressant en contrôle-qualité, ou lorsque l’on souhaite harmoniser des couleurs alors que les textures sont différentes (dans l’habitacle d’une automobile par exemple).

 

Figure 11.13 – Géométrie 45/0

 

Mesure avec une géométrie 45/0 :

Textures différentes ⇒ Différentes couleurs mesurées.

 

Géométrie sphérique (d/8 ou 8/d)

 

Il peut-être intéressant dans certains cas d’avoir une information sur la pigmentation d’un objet, indépendamment de son état de surface : mise à la teinte, étude du vieillisse-ment, etc. On peut alors utiliser un système particulier (d/8) qui permet d’éclairer la surface de l’objet de manière diffuse de manière à s’affranchir des interactions de surface.

Il s’agit de la sphère d’intégration. La figure 11.14 indique la situation inverse (8/d) pour laquelle la surface est éclairée sous un angle de 8˚et la lumière est diffusée après interaction avec l’échantillon.

172 Chapitre 11. Mesurer la couleur

 

Figure 11.14 – Sphère d’intégration

 

En pratique, il est possible avec ce type d’appareil de choisir s’il on veut ou non

tenir compte de la texture lors de la mesure de la couleur. Pour cela, un système de trappe permet de piéger (ou non) la composante spéculaire (reflet). On a donc deux possibilités :

• composante spéculaire incluse (SCI) : minimise les conditions de surface ; la couleur

est parfaitement mesurée, indépendamment de l’état de surface.

• composante spéculaire exclue (SCE) : la mesure est proche de l’évaluation visuelle.

Mesure avec une géométrie diffuse :

Spéculaire inclus : Textures différentes ⇒ Mêmes couleurs mesurées.

Spéculaire exclus : Textures différentes ⇒ Différentes couleurs mesurées.

 

11.3.3 Mesure du brillant et du voile

Définition 11.3.1 — Réflexion spéculaire. La réflexion est dite spéculaire lorsqu’un

faisceau de rayons parallèles est réfléchi avec le même angle.

Définition 11.3.2 — Réflexion diffuse. La réflexion est dite diffuse lorsque le faisceau

incident est réfléchi dans plusieurs directions.

Définition 11.3.3 — Indice de brillant. L’indice de brillant est toujours mesuré par

rapport à un étalon (miroir) : verre noir, indice de réfraction = 1,567. Il s’agit du

rapport entre l’énergie E , réfléchie par la surface à étudier, et l’énergie E , réfléchie 0

par l’étalon de référence :

E

IB =

E0

L’indice de brillant s’exprime en ub (unité de brillant) correspondant au pourcentage

de lumière réfléchie.

L’analyse et l’éclairage se font cette fois avec le même angle. Trois géométries de

mesure sont employées (voir le schéma 11.15) :

• 20˚ : objets brillants (> 70 ub) • 60˚ : objets satinés (10ub < IB < 70 ub) • 85˚ : objets mats (<10 ub)

11.3 Instrumentation 173

 

Figure 11.15 – Principe de la mesure du brillant de surface.