Introduction

Etre capable de reproduire fidèlement les couleurs à partir d’un original est une condition essentielle dans la fabrication de textiles, de pièces plastiques, de pièces laquées, d’intérieurs automobile ou d’imprimés, pour répondre aux exigences accrues en matière d’assurance qualité et à la contrainte de réduction des coûts. En complément à un contrôle effectué avec un appareil de mesure, le contrôle visuel de la concordance des couleurs est une étape déterminante pour la validation des teintes. L’éclairage joue un rôle prépondérant dans la comparaison des couleurs. Un éclairage inadapté conduit à des erreurs d’appréciation d’où découlent forcément des réclamations et donc une augmentation des coûts de fabrication.

Métamérisme

Couleurs et  colorants peuvent paraître identiques bien que leur composition chimique et / ou spectrale soit différente. C’est le cas avec les encres pour l’impression offset, la flexographie, l’impression numérique à toner ou à jet d’encre, les laques pour le traitement des surfaces ou les colorants utilisés pour teindre les matières plastiques ou les textiles. Il est souvent demandé à ce que la couleur soit identique sur les différents matériaux utilisés : par exemple un article représenté dans un catalogue ou les textiles pour l’intérieur automobile et les tableaux de bord en matière plastique. En observant ces matériaux  sous différentes ambiances lumineuses, ils peuvent sembler identiques sous un certain type d’éclairage et paraître complètement différents sous un autre type d’éclairage. On parle dans ce cas de métamérisme.

Le status quo – le tube fluorescent

Equipés de tubes fluorescents, les systèmes utilisés actuellement  pour le contrôle des couleurs répondent aux exigences des normes en vigueur pour le contrôle colorimétrique. Le tube fluorescent est une source lumineuse économique pour une cabine à lumières. La répartition spectrale de ces éclairages laisse cependant apparaître plusieurs pics, appelés peaks,  liés aux décharges de gaz (ex. la vapeur de mercure à 546nm). Ainsi le rendu des couleurs ne peut  pas être évalué directement à partir de la comparaison du spectre de l’éclairage de test et de l’éclairage de référence mais uniquement par le biais de l’apparence colorée qui en résulte.

A cet effet des tolérances sont en général définies pour la position de couleur de la source lumineuse, l’indice de rendu des couleurs et l’indice de métamérisme.

Une autre problématique concerne le vieillissement des tubes fluorescents. Les particules de phosphore contenues dans les tubes fluorescents changent de température de couleur en vieillissant. L’expérience montre que les  phosphores utilisés actuellement  ne sont adaptés que pour 2500 heures d’utilisation, durée pendant laquelle les critères imposées par les normes peuvent être respectés.

D’autres sources lumineuses comme l’halogène filtré  ou le xénon simulent bien différents spectres de la lumière du jour, mais sont également très chers, et ont une durée de vie très courte dans la mesure où la position de couleur évolue fortement et très vite. Le déplacement des coordonnées chromatiques est un processus permanent. Pour cette raison la durée d’utilisation des éclairages actuels sera encore réduite pour les opérations de contrôle futures, le déplacement des coordonnées chromatiques étant bien perceptible par l’œil. Il est de ce fait impossible de parvenir à un process de contrôle visuel stable dans la mesure où ces illuminants ne satisferont plus aux exigences qualitatives élevées des nouvelles technologies. L’éclairage de contrôle doit présenter la même répartition spectrale (type d’illuminant) que l’éclairage de référence à simuler et doit pouvoir être réaliser avec des moyens techniques et financiers acceptables.

Par ailleurs, la question de savoir quelle est la « bonne » température de couleur est actuellement récurrente. Utilisé comme éclairage de contrôle dans beaucoup de branches comme le textile ou l’automobile, l’illuminant D65 est actuellement souvent demandé comme éclairage alternatif. Les illuminants de type A, TL84 (éclairage type grande surface), CWF et D75 aux Etats-Unis sont de plus en plus demandés dans le cadre de l’assurance qualité dans l’industrie. Comme évoqué plus haut, les spectres des sources lumineuses traditionnelles ne sont pas réglables. L’opérateur est obligé de faire l’acquisition d’un nouvel appareil pour effectuer les contrôles sous une source lumineuse différente.

La technologie à LED – le défi

Spectre lumineux incomplet d’une LED RGB

Notre démarche pour résoudre ces problèmes s’appelle technologie à LED. Il existe des sources lumineuses à LED depuis plusieurs décennies. Leur grande durée de vie et leur robustesse ne sont que deux motifs parmi tant d’autres qui font qu’elles trouvent des applications à tous les niveaux dans la vie de tous les jours. Par contre les LED n’étaient, jusqu’alors pas adaptées au contrôle visuel des couleurs en raison de leurs caractéristiques spectrales. Le spectre des LED blancs présentent beaucoup de lacunes ; ses caractéristiques de rendu des couleurs ne sont pas adaptées pour la validation visuelle des couleurs. L’indice de rendu des couleurs se situe nettement en-dessous de la valeur requise de IRC = 90.

Il existe actuellement différentes possibilités pour simuler la lumière du jour avec des LED rouges, verts et bleus, basées sur la technologie du RGB, ce qui est en théorie faisable. Mais la lumière du jour a un rayonnement électromagnétique uniforme d’une longueur d’ondes d’environ 380 à 780 nm, et en outre elle comporte aussi une partie d’UV. Les diodes colorées ne couvrent pas un spectre lumineux complet et elles ne produisent qu’une lumière d’une certaine longueur d’ondes. On peut certes produire toutes les températures de couleur avec les LED RGB mais la combinaison de LED à 3 couleurs simule une lumière du jour imparfaite. Les caractéristiques de rendu des couleurs sont ainsi limitées. De ce fait, tous les essais qui ont été faits pour simuler une lumière du jour de qualité pour l’observation des couleurs selon ISO3664 ou DIN 6173 sont restés vains.

La technologie à LED – l’avenir

Espace colorimétrique plus large que l’espace RGB

JUST NORMLICHT a réussi à mettre au point une source lumineuse à LED multi-spectrale pour laquelle une demande de brevet a été déposée. Celle-ci permet de simuler n’importe quel spectre lumineux de façon précise. Cette source lumineuse à LED multi-spectrale permet de reproduire non seulement les illuminants de type D50 et D65 pour l’industrie graphique mais aussi d’autres illuminants de type A, C, D55, D75 ou tout autre éclairage artificiel, et ce dans une très bonne qualité. Pour éviter le métamérisme lié aux azurants optiques, les UV sont aussi pris en compte.

Il est intéressant de savoir que la technologie à LED n’est, en un premier temps, pas parfaitement adaptée pour l’éclairage normalisé, ce qui explique pourquoi beaucoup d’essais sont restés infructueux jusque là. Chaque module de LED utilisé dans les sources lumineuses à LED multi-spectrale présente des spectres lumineux différents. Par ailleurs, le spectre lumineux des LED en fonctionnement est fortement influencé par leur propre échauffement et par le changement de température ambiante. La durée de vie des modules de LED constitue un autre problème car personne ne peut la garantir. Les modules de LED sont produits en masse, le plus souvent en Extrême Orient. Ce sont des produits régulés par les lois du marché sur lesquelles nous ne pouvons pas avoir d’influence avec notre application niche.

Pour l’utilisateur, il faut néanmoins s’assurer que chaque source lumineuse à LED multi-spectrale conserve les mêmes propriétés spectrales durant des années, même en cas de remplacement d’une seule source lumineuse à LED multi-spectrale dans un appareil. Ce n’est qu’à cette condition que la technologie à LED peut être utilisée pour les applications dans l’industrie dont les exigences sont pointues en matière d’éclairage normalisé.

Avec le LED Color Viewing Light, JUST NORMLICHT a réussi pour la première fois à maîtriser les propriétés de la technologie à LED grâce à un procédé permettant de calibrer individuellement chaque source lumineuse à LED multi-spectrale et de mémoriser toutes les caractéristiques spectrales dans la commande de l’appareil . Nous avons également fait une demande de brevet pour ce nouveau procédé de calibrage des LED. Il y a deux catégories de calibrage, à savoir : un calibrage de base au départ usine et un auto-calibrage qui se fait systématiquement avec l’utilisation de l’appareil, sans avoir à recourir à un appareil de mesure. Le LED Color Viewing Light contrôle les conditions de fonctionnement sans arrêt et règle l’éclairage fréquemment et de façon permanente, sans que l’œil humain ne s’en rende compte. Ainsi le JUST LED Color Viewing Light ne surpasse pas uniquement  la technologie d’éclairage normalisé conventionnelle de part la qualité de la lumière mais il permet aussi, et ce pour la première fois, de reproduire un espace colorimétrique très large et en très bonne qualité, ce qui rend l’appareil utilisable pour de nombreuses applications.

La durée de vie des LED qui est 10x plus importante que celle des tubes fluorescent traditionnels et 100 x plus élevée que celle de l’éclairage halogène constitue un autre grand avantage de la technologie à LED. Ceci ne signifie pas uniquement qualité de lumière constante sur une longue durée mais aussi économies considérables qui compensent les coûts d’acquisition du LED Color Viewing Light et protection de l’environnement. Les tubes fluorescents contiennent des substances nocives comme le mercure et le phosphore et doivent être traités comme des déchets spéciaux.

Récapitulatif des avantages de la technologie à LED JUST :

-         simulation parfaite de tous les types d’éclairage normalisé : D50, D65, D75, A, TL84

-         simulation des UV pour mettre en évidence la fluorescence (azurants optiques)

-         sélection des spectres lumineux à partir d’un espace chromatique extrêmement large

-         conditions lumineuses stables grâce à un système permettant un calibrage unique et progressif (brevet en cours)

-         une durée de vie des LEDs multispectrales 10x plus élevée que celle des tubes fluorescents

-         une durée de vie jusqu’à 100x plus élevée que celle de l’éclairage halogène

-         absence de mercure