Mesurer la couleur des plastiques et convenir de sa tolérance

Une couleur approuvée au bureau peut sembler différente à côté d’une autre pièce, sur le linéaire d’un magasin. Cet écart a des causes techniques, et on peut l’anticiper.

Nous vous expliquons comment on mesure et compare une couleur, ce qu’est le métamérisme et ce qu’il vaut mieux définir avant de fabriquer. Nous écrivons depuis notre usine de Tibi (Alicante), où nous fabriquons par injection et soufflage plastique. L’étape Des granulés à la couleur de notre page d’accueil vous montre à quel moment la couleur entre dans une presse à injecter.

La couleur que nous percevons dépend à la fois de la lumière, de l’objet et de celui qui le regarde. Comme la vue de chacun et l’éclairage de chaque lieu diffèrent généralement, deux personnes peuvent ne pas s’accorder sur la couleur d’une même pièce^{Source 1}.

Un instrument ne dépend pas de la vue de l’observateur : il exprime l’écart en chiffres et détecte des différences que l’œil ne distingue pas^{Source 2}. Pourtant, la correspondance des couleurs se vérifie généralement à l’œil^{Source 3}, et dans les plastiques on associe l’évaluation visuelle à la mesure^{Source 4,Source 5}.

La référence est l’espace colorimétrique CIELAB, que la CIE (Commission internationale de l’éclairage) définit dans la norme ISO/CIE 11664-4 pour la couleur des objets^{Source 6}. Il situe chaque couleur par trois coordonnées^{Source 7}.

• L*, la clarté, qui va du foncé au clair^{Source 8}.
• a*, la position entre le vert, aux valeurs négatives, et le rouge, aux valeurs positives^{Source 7}.
• b*, la position entre le bleu, aux valeurs négatives, et le jaune, aux valeurs positives^{Source 7}.

Le même point se décrit aussi en coordonnées cylindriques, L*C*h^{Source 9}. Le chroma C* est la distance entre la couleur et l’axe de clarté ; plus il est élevé, plus la couleur paraît intense^{Source 4,Source 8}. La teinte h est un angle qui part de l’axe +a* (0°, rouge) vers l’axe +b* (90°, jaune)^{Source 4,Source 7}.

Des valeurs L*a*b* n’ont de sens que si l’on sait sous quelle lumière elles ont été calculées. C’est le rôle des illuminants, des lumières normalisées décrites numériquement par leur répartition spectrale^{Source 4,Source 10}.

On fixe aussi l’observateur, qui représente la réponse à la couleur d’une personne à la vision normale. L’observateur 2° s’applique aux champs visuels de 1° à 4°, et l’observateur 10° aux champs plus larges^{Source 13}. Dans l’automobile, on utilise généralement D65 avec 10°, et dans l’impression, D50 avec 2°^{Source 14}.

La distance entre deux couleurs se résume en un nombre, l’écart de couleur ou ΔE (delta E). Il existe plusieurs formules, et elles donnent généralement des valeurs différentes pour la même paire d’échantillons^{Source 5}.

ΔE*ab, de 1976, est l’écart de couleur propre à CIELAB, la distance en ligne droite entre deux points de cet espace^{Source 6,Source 16}. Une unité pèse autant dans n’importe quelle direction^{Source 7}. Mais la tolérance visuelle se représente mieux par un ellipsoïde, et avec une boîte ou une sphère autour de l’étalon, on peut accepter certains échantillons que l’œil refuserait^{Source 16}.

CMC, reprise par la norme textile ISO 105-J03 et utilisée aussi dans d’autres secteurs, adapte l’ellipsoïde à la couleur de l’étalon, de sorte qu’une même limite convient à des couleurs différentes^{Source 17,Source 16}. Ses facteurs l et c pondèrent la clarté et le chroma ; dans les plastiques, l se fixe autour de 1,4 et c à 1, selon un fabricant d’instruments^{Source 7}. La valeur maximale acceptée s’appelle facteur commercial^{Source 18}. CIE94, issue du rapport CIE 116 de 1995, corrige l’effet du chroma sur la perception des écarts^{Source 19}.

CIEDE2000, ou ΔE00, est issue du rapport CIE 142 de 2001 et ajoute des corrections selon la clarté, le chroma, la teinte et l’interaction entre chroma et teinte^{Source 20}. Elle est normalisée dans l’ISO/CIE 11664-6^{Source 21}, et l’ASTM D2244 la recommande pour des écarts de 0 à 5 unités ΔE*ab et la présente comme très utilisée, y compris dans les plastiques^{Source 5}.

C’est une formule conçue pour les petits écarts. Une étude de 2005 sur sa mise en œuvre a relevé des versions erronées sur internet et proposé 34 paires de test pour la vérifier^{Source 22}. C’est avec elle, vérifiée sur ces paires, qu’a été calculé un exemple pour cet article : un rouge tuile de L* 50, a* 40 et b* 30, déplacé de 2 unités ΔE*ab dans trois directions^{Source 21,Source 22}.

Pour ΔE*ab, les trois échantillons sont à la même distance ; pour ΔE00, non. Selon un fabricant d’instruments, une tolérance en ΔE00 peut concorder avec l’œil dans environ 98 % des cas, contre environ 75 % pour une tolérance en L*a*b*^{Source 8}.

Banc de comparaison des couleurs. Au fond, deux plaques debout : l’étalon, un rouge tuile de L* 50, a* 40 et b* 30, et l’échantillon. Devant, le plan a*b* porte la pastille de l’échantillon, décalée de 2 unités de chroma, et à gauche se dresse une colonne de clarté L*. Sur le plan, un petit cercle délimite les couleurs situées à un ΔE*ab de 2 et un ovale bien plus large dans la direction du chroma délimite celles situées à un ΔE00 de 2. L’échantillon est à un ΔE*ab de 2,0 et à un ΔE00 de 0,6.

À cause du métamérisme. Deux couleurs aux spectres différents peuvent avoir les mêmes valeurs tristimulus dans des conditions données^{Source 23}, et c’est de ces trois nombres, X, Y et Z, que découlent les coordonnées L*a*b*^{Source 8}. Deux pièces de ce type ont des courbes de réflectance spectrale différentes et peuvent paraître identiques sous une lumière et différentes sous une autre^{Source 24}.

Cela se produit lorsqu’on obtient la même couleur avec des colorants différents, et l’acheteur exige généralement une correspondance non métamérique^{Source 25}. L’évaluation visuelle compte encore davantage si la pièce n’est pas du même matériau que l’étalon^{Source 3}.

Cabine de lumière, grise à l’intérieur, avec deux plaques gris bleuté posées sur un pupitre et, à côté, un spectrophotomètre qui affiche les courbes de réflectance des deux plaques, différentes et croisées. Sous la lumière F11, un fluorescent tribande, les plaques paraissent différentes, à un ΔE00 de 3,0. Sous la lumière du jour D65, elles donnent les mêmes valeurs L*a*b* et on ne les distingue plus.

La figure utilise une paire métamère synthétique, un gris bleuté calculé à partir des données officielles de la CIE pour concorder exactement sous D65 avec l’observateur 10°^{Source 26}. Son ΔE00 vaut 0,8 sous D50, 1,0 sous F2, 2,8 sous A et 3,0 sous F11, et 1,8 sous D65 en passant à l’observateur 2°. La valeur sous F11 a été choisie pour rendre l’effet visible ; ce n’est pas une tolérance.

On le détecte en mesurant sous deux illuminants ou plus aux spectres très différents, comme D65 et A^{Source 24}. L’écart qui apparaît lorsqu’on change de lumière ou d’observateur est l’indice de métamérisme, et il faut indiquer avec quelle formule il a été calculé^{Source 27}. L’ISO 18314-4 décrit son calcul pour un changement d’illuminant^{Source 28} et l’ASTM D4086, la manière de le détecter à l’œil^{Source 25}. Comme les formules d’écart de couleur sont optimisées pour la lumière du jour, sous d’autres lumières la valeur se confirme à l’œil^{Source 5}.

Un colorimètre filtre la lumière réfléchie par l’échantillon en trois bandes, rouge, verte et bleue, comme les cônes de l’œil^{Source 1}. Il est pratique pour les contrôles de routine, mais, sans courbe spectrale, il ne détecte pas le métamérisme et ne permet pas de formuler une couleur^{Source 1,Source 29}.

Un spectrophotomètre mesure la réflectance à chaque longueur d’onde, généralement de 400 à 700 nm et souvent par pas de 10 nm^{Source 1}. À partir de cette courbe, il calcule la couleur sous n’importe quel illuminant qu’il a en mémoire, ce qui lui permet de détecter le métamérisme^{Source 24}, et les modèles de table mesurent souvent aussi en transmission^{Source 1}.

La géométrie est la manière dont l’instrument éclaire l’échantillon et recueille la lumière, et elle modifie la valeur mesurée^{Source 15}. En voici deux.

• 45/0, qui éclaire à 45° et mesure à 0°, ou l’inverse. Elle exclut la réflexion spéculaire et se rapproche de la façon dont l’œil voit^{Source 1}.
• d/8, qui éclaire de façon diffuse au moyen d’une sphère d’intégration et mesure à 8°, réflexion spéculaire incluse (SCI) ou exclue (SCE)^{Source 1}.

La réflexion spéculaire est la lumière qui rebondit comme sur un miroir, et celle qui se disperse dans toutes les directions est la réflexion diffuse. Sur une pièce brillante, la réflexion spéculaire est forte et la lumière diffuse plus faible ; sur une pièce mate, c’est l’inverse^{Source 30}. C’est pourquoi, à coloration similaire, une plaque opaque brillante paraît plus foncée qu’une plaque mate^{Source 31}.

Le mode SCE mesure la couleur telle qu’une personne la voit et sert à vérifier en production qu’elle concorde avec l’étalon. Le mode SCI mesure la réflexion totale, qui ne dépend pas de la finition si le matériau est le même, et sert à ajuster les formulations de couleur^{Source 30}.

Oui. L’ASTM D1729 juge essentielle l’évaluation visuelle normalisée pour les correspondances critiques et la recommande pour choisir ou approuver une couleur^{Source 3}. Elle se fait dans une cabine de lumière^{Source 33}, sous une lumière du jour simulée D65, que la norme présente comme celle que recommande la CIE, et l’observateur doit avoir une très bonne vision des couleurs et de l’expérience^{Source 3}.

Un fabricant d’instruments cite le paragraphe de la norme qui, pour une évaluation critique de matériaux de clarté moyenne, demande entre 1 080 et 1 340 lx au centre de la zone observée^{Source 33}. La tolérance instrumentale doit être confrontée à cette évaluation^{Source 5}.

Le plastique s’injecte à partir de granulés, de petits grains de matière, et parmi les façons habituelles de le colorer figurent le mélange maître (masterbatch), le prémélange et les granulés précolorés^{Source 35}. C’est l’étape Des granulés à la couleur de notre page d’accueil, où les teintes présentées sont des exemples.

Dans un mélange maître, la dispersion, c’est-à-dire la bonne répartition du pigment, est importante. Elle s’obtient lors de la fabrication du concentré, grâce à un bon mélange, un fort cisaillement (la matière fondue est malaxée énergiquement) et la bonne température^{Source 36}.

Même avec une formulation de couleur correcte, le résultat peut varier selon la matière première, la matière recyclée, la température, le temps de séjour, le moulage, le refroidissement, la texture ou la géométrie de la pièce^{Source 37}.

• Temps de séjour, le temps que les granulés passent dans le fourreau, exposés à la chaleur et au cisaillement^{Source 38}. Les conditions de transformation pèsent davantage avec des pigments sensibles à la chaleur, avec de la matière recyclée et pour les pièces translucides ou à paroi mince^{Source 37}.
• Épaisseur. La translucidité dépend de l’épaisseur^{Source 39}, et pour les films transparents, une épaisseur différente modifie la couleur^{Source 40}.
• Finition. Le brillant et la texture modifient la couleur perçue même si le matériau est le même^{Source 30}.
• Matière recyclée. Si la matière entrante varie, il peut être nécessaire d’ajuster en ligne le taux de mélange maître pour maintenir la couleur^{Source 41}.

Notre guide des types de moules d’injection vous montre ce qu’implique chaque système d’alimentation lors d’un changement de couleur.

L’ASTM D2244 ne fixe pas de valeur pour les pièces en plastique. Selon la norme, l’acheteur et le vendeur conviennent de la tolérance et de sa méthode de calcul, car chaque matériau et chaque usage peuvent exiger la leur, et le brillant ou la texture influent sur ce qui est accepté^{Source 5}.

Un fabricant d’instruments cite 0,5 CMC ou moins dans l’automobile et 2,0 ou plus dans l’impression, et rappelle que la tolérance doit correspondre à ce que le procédé peut reproduire^{Source 14}. Ce ne sont pas des valeurs pour votre pièce : elles montrent pourquoi la tolérance se négocie.

1. Rassemblez des pièces que vous accepteriez et des pièces que vous refuseriez, entre 10 et 20 au minimum selon un fabricant d’instruments, et mesurez-les^{Source 8}.
2. Fixez la limite en dessous du ΔE de l’échantillon à refuser le plus proche^{Source 8}.
3. Confrontez cette tolérance à une évaluation visuelle en cabine^{Source 5}.
4. Demandez aussi ΔL*, Δa* et Δb*. Le ΔE indique de combien la couleur s’écarte, mais pas dans quelle direction, et sans la direction on ne sait pas comment la corriger^{Source 5,Source 9}.

• L’étalon, l’échantillon approuvé auquel on compare la production^{Source 7}.
• La formule, avec ses facteurs le cas échéant, et la valeur maximale^{Source 5}.
• L’illuminant, l’observateur et les lumières de l’essai de métamérisme^{Source 24}.
• L’instrument, sa géométrie et le mode de mesure, SCI ou SCE^{Source 15,Source 32}.
• Les modalités de l’évaluation visuelle^{Source 3}.

Si vous préparez une demande de devis, ajoutez ces données à celles de la pièce. Notre guide pour demander un devis d’injection plastique vous indique ce qu’il est utile d’envoyer en plus.

Celui dont le client et le fabricant conviennent selon la pièce, son usage et ce que le procédé peut reproduire^{Source 5,Source 14}. Sans sa formule, son illuminant et son observateur, la valeur ne peut être ni interprétée ni vérifiée.

Parce que le brillant modifie la couleur perçue^{Source 31}. Pour comparer la couleur du matériau entre deux finitions différentes, on mesure les deux avec la réflexion spéculaire incluse^{Source 32}.

C’est plus exigeant, car la matière entrante varie^{Source 37,Source 41}. Une étude récente sur des matières recyclées post-industrielles mesure par capteur la couleur des pièces injectées, calcule la dose de mélange maître à ajouter et obtient ainsi une couleur plus constante^{Source 41}.

Vous trouverez d’autres réponses courtes dans les questions fréquentes de notre page d’accueil.

La couleur d’une pièce commence à se décider avant l’injection, lorsqu’on convient de la façon dont elle sera mesurée et du moment où elle sera jugée conforme. Chez Bersil, nous fabriquons par injection et soufflage plastique à Tibi (Alicante), avec des presses à injecter de 100 à 500 t de force de fermeture, et moins de 1 % des pièces nous sont retournées.

Dites-nous de quelle couleur vous avez besoin, avec quoi elle doit s’accorder et sous quelle lumière elle sera vue, et nous l’étudions avec vous. Vous pouvez parler à notre équipe, qui vous offre un service 100 % humain, ou découvrir d’abord sur quoi repose notre qualité.