Mesure de la couleur NOIR

1. La couleur NOIRE et sa présence dans notre quotidien

Le noir de carbone est un matériau possédant une longue histoire et dont la production renvoie aux premières civilisations de l'humanité. Les utilisations initiales remontent à la Chine ancienne, aux premiers Égyptiens et à l'Inde avant Jésus-Christ. La demande de noir de carbone a été particulièrement stimulée par l'invention de l'imprimerie au XVe siècle. Aujourd'hui, le noir de carbone se retrouve dans tous les aspects de la vie moderne. Il est utilisé dans l'encre des imprimantes à jet d'encre, comme renfort pour le caoutchouc naturel et synthétique et comme agent actif dans les plastiques conducteurs d'électricité. L'application la plus large et la plus connue est probablement l'utilisation comme pigment dans les peintures, les revêtements et les plastiques pour donner une couleur noire profonde, car il a un pouvoir colorant plus élevé que le noir de fer ou les pigments organiques. Cela veut dire que tous les noirs sont différents.

2. Définition de la noirceur – Indices de Jetness

En général, le noir est une couleur qui résulte de l'absence ou de l'absorption complète de la lumière visible. Les principaux fabricants de noir de carbone font la promotion de pigments de noir de carbone qui absorbent jusqu'à 99,98 % de la lumière. Plus le coefficient d'absorption d'un support, tel qu'un revêtement noir, est élevé, plus la valeur de noirceur obtenue (M_Y) est élevée. Les revêtements noirs profonds peuvent avoir une nuance – bleuâtre ou brunâtre. Une couleur noire profonde avec un sous-ton bleuté dans le ton plein est perçue comme plus riche, plus sombre et plus brillante qu'avec un sous-ton brunâtre. Deux échantillons avec la même noirceur (M_Y) et une nuance différente (dM) peuvent être perçus comme des noirs différents, tandis que l'échantillon avec une nuance bleue sera perçu comme un noir plus profond. Pour cette raison, le noir avec une nuance bleue est souvent préféré dans les applications techniques, comme pour les couches de finition dans l'industrie automobile. Le degré de noirceur dépendant de la teinte est appelé « Jetness » (Mc).

Le calcul de la valeur de noirceur M_Y est basé sur la valeur tristimulus Y et un observateur de 10° (Fig. 1). Il détermine uniquement la luminosité d'un échantillon sans tenir compte de la nuance colorée. Comme la nuance d'une couleur noire a un impact sur l'évaluation visuelle, il faut calculer le degré de noirceur dépendant de la teinte M_Y (Figure 1). La valeur de noir Mc décrit un Jetness plus élevé s'il y a une nuance bleue et un Jetness inférieur, si la nuance est plus brunâtre. La différence entre la valeur de noir Mc et la valeur de noir M_Y définit la teinte d'une couleur noire, appelée Nuance (dM) (Fig. 1). La nuance dM décrit la quantité de nuance bleue en cas de valeurs positives et la quantité de nuance brune en cas de valeurs négatives (Fig. 2). Noirceur (M_Y), Jetness (Mc) et Nuance (dM) sont spécifiés dans les normes internationales : ISO/DIS 18314-3 et DIN 55979.

Image 1 Calcul des indices de noirceur

Image 2 Nuance dM

3. Le défi de la mesure des couleurs pour les couleurs NOIRES

3.1 Rapport signal sur bruit

Le plus grand défi pour un spectrophotomètre a toujours été d'obtenir des résultats répétables et reproductibles sur une couleur noire. Alors qu'un échantillon blanc reflète près de 100% de la lumière émise par le spectrophotomètre, la proportion de lumière réfléchie devient de plus en plus petite avec des couleurs plus sombres - à mesure que des quantités de lumière de plus en plus importantes sont absorbées par l'échantillon. Par conséquent, le soi-disant "rapport signal sur bruit" change avec les couleurs sombres : le signal de mesure diminue tandis que le bruit thermique, qui est essentiellement causé par les composants électroniques, reste constant. Les mesures des revêtements innovants noirs les plus profonds à très faible réflexion ont lieu à une valeur de luminosité de L* < 1 (Fig. 3). Il s'agit d'une tâche difficile pour un instrument de mesure et pousse les performances techniques d'un spectrophotomètre portable à la limite extrême.

3.2 Développement des modèles Pro

BYK Instruments a relevé le défi de développer un instrument portable et de paillasse, qui mesure le noir et décrit ses nuances, quelle que soit la profondeur de la couleur. Les meilleurs spécialistes des fabricants de pigments de noir de carbone nous ont mis au défi d'évaluer la précision de la mesure avec les noirs les plus profonds comme matériau d'échantillon. La base de l'excellente performance repose sur l'utilisation de LEDs haute puissance comme source lumineuse. Grâce au processus de contrôle de production spécifique à BYK, elles offrent une stabilité exceptionnelle à court et à long terme et assurent un éclairage absolument homogène du point de mesure. Pour maîtriser le "rapport signal sur bruit", des composants électroniques et optiques de la plus haute précision sont combinés à un mode d'étalonnage et de fonctionnement spécial pour la mesure des couleurs noires : les LEDs sont alimentées avec plus d'énergie, ce qui entraîne une intensité lumineuse plus élevée et prolonge le temps d'éclairage. Dans ce mode dit Jetness, les couleurs avec de faibles valeurs de noir ne peuvent pas être mesurées. L'utilisateur est invité à remesurer l'échantillon dans le mode de mesure "normal" et les valeurs dites G (valeurs de gris) seront affichées à la place des valeurs M. Les indices Jetness (valeurs M et valeurs G) sont définis dans la norme DIN ISO 18314-3. Ainsi, sur des noirs profonds avec de fortes capacités d'absorption de la lumière, le spectro2guide Pro et le color2view Pro seront tous deux capables de délivrer un signal parfaitement stable avec la plus grande précision possible.

Image 3 Diminution de la rémission avec laugmentation de MY

4. Mesure colorimétrique de plusieurs NOIRS profonds

4.1 Échantillons et préparation des échantillons

Le spectro2guide Pro a été testé sur 6 échantillons « Test 1 - Test 6 » avec des valeurs M_Y et dm gradués. Les échantillons sont des plaques de verre peintes en noir brillant. Les noirs profonds ne peuvent être mesurés que sur des échantillons très brillants et absolument propres. Tout contaminant ou irrégularité de surface peut exercer une influence considérable sur les résultats de mesure. Pour cette raison, la surface de l'échantillon doit être absolument exempte de rayures, d'empreintes digitales et de poussière avant la mesure. Pour le test, la surface de l'échantillon a été nettoyée avec de l'eau distillée et des lingettes délicates non pelucheuses avant la mesure. Pour garantir que la surface de l'échantillon soit parfaitement préparée, une lampe de poche LED est incluse avec le spectro2guide Pro. La lampe peut être utilisée pour évaluer la qualité de la surface de l'échantillon sous une forte lumière directe. Un angle d'éclairage de 15 à 45 degrés s'avère être le plus efficace.

4.2 Évaluation visuelle

L'évaluation visuelle a été réalisée dans la cabine à lumière byko-spectra pro avec la lumière du jour D65 sous un angle de 45 degrés. Le byko-spectra pro utilise une combinaison intelligente de lampes tungstène-halogène filtrées et de LEDs pour simuler la D65 et ainsi obtenir la classe A de rendu la plus élevée selon CIE 51.2. De ce fait, la "byko-spectra pro" est idéale pour l'évaluation critique des couleurs des couleurs unies et garantit une correspondance précise des couleurs selon l'illuminant CIE D65.

L'observateur entraîné peut trier les échantillons selon leur degré de noirceur. L'ordre correspond à la dénomination des échantillons : Echantillon "Test 1" est l'échantillon avec la plus faible valeur de noirceur (M_Y) et échantillon "Test 6" est l'échantillon avec la plus haute valeur de noirceur (M_Y), le noir le plus profond. Les échantillons "Test 5" et "Test 6" peuvent difficilement être séparés l'un de l'autre. En ce qui concerne le sous-ton, les échantillons "Test 5" et "Test 6" sont perçus comme nettement bleutés (dM). L'échantillon "Test 1" semble avoir un sous-ton jaune (dM). Les échantillons "Test 2" à "Test 4" ont tendance à être classés comme neutres, c'est-à-dire sans sous-ton clair (dM).

4.3 Conditions d'essai et procédure d'essai

Chaque échantillon est mesuré 50 fois en succession immédiate au même point de mesure. Le spectro2guide Pro est directement connecté au logiciel smart-lab Color, ce qui permet une mesure en ligne déclenchée via un logiciel afin de minimiser l'influence de l'utilisateur. Les données de mesure sont également analysées dans le logiciel smart-lab Color.

4.4 Résultats

Le but de tout spectrophotomètre est de mesurer ce que vous voyez. Cet objectif a été atteint avec succès lors du test. Les modèles Pro spéciaux, spectro2guide Pro et color2view Pro, peuvent trier les échantillons "Test 1" à "Test 6" en terme de niveau de noirceur et de sous-tons en fonction de l'évaluation visuelle. Dans la figure 4, la valeur de noir mesurée M_Y et les résultats pour le sous-ton dM de tous les carreaux de test sont représentés graphiquement.

La fiabilité de la mesure peut être mieux jugée en analysant la précision de la mesure, c'est-à-dire la performance de répétabilité du spectrophotomètre. Dans ce qui suit, les résultats de l'échantillon "Test 6" sont présentés à titre d'exemple, car il s'agit du noir ultime se trouvant à l'extrémité supérieure de l'échelle des noirs avec M_Y max = 400. L'échantillon "Test 6" atteint une valeur de noir moyenne de 378, ce qui correspond à un Y mesuré de 0,0116 en moyenne. Malgré une rémission de seulement 116 parties par million de la lumière incidente, l'écart type obtenu de Y n'est que de 0,0002 (Variance ? 0,0172) pour 50 mesures. La figure 5 montre les résultats obtenus pour M_Y. La figure 6 montre les résultats de Y mesurés avec le color2view Pro.

Image 4 MY du carreau 6 mesuré 50 fois

Image 5 MY of Test Tiles 6 measured 50 times

Image 6 Y du carreau 6 mesuré 50 fois

5. Résumé

Le défi de mesurer objectivement des couleurs noires profondes reproductibles et fiables a été maîtrisé à l'aide des modèles Pro des spectrophotomètres portables et de paillasse de BYK Instruments. Les performances techniques sont exceptionnelles même sur des échantillons de noir profond avec une valeur de noirceur M_Y proche de 400. Les modèles Pro ouvrent de toutes nouvelles perspectives pour contrôler l'harmonie des couleurs de n’importe quelle couleur, même les noirs les plus profonds, grâce à une précision inégalée nécessaire pour un contrôle qualité fiable ainsi qu’une bonne corrélation avec notre perception visuelle.