Brevet FR2861845A1 — publié le 20050506

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour contrôler la couleur d'un support, notamment un papier. Elle concerne, en particulier, un procédé et un dispositif pour contrôler la couleur d'un papier coloré utilisé dans la fabrication des stratifiés décoratifs. La préparation de supports colorés nécessite généralement l'addition de colorants ou de pigments au matériau de base du support, préalablement à sa formation obtenue à l'aide d'un ou plusieurs dispositifs adaptés. Dans le cadre d'un papier coloré, il s'agit en fait d'ajouter à la pâte à papier, avant la caisse de tête, la proportion de colorants et de pigments nécessaires, 10 préalablement à la formation du papier sur machine à papier. Le problème dans ce genre de méthode de coloration effectuée en amont de la fabrication du support lui-même est la difficulté de prévoir la couleur du support final en fonction de la quantité de substances colorantes ajoutées. La difficulté réside dans le passage d'un état humide à un état sec pour le support. Ce passage entraîne une variation importante des caractéristiques optiques du support, et notamment de son rendu colorimétrique. Dans le cas d'un stratifié décoratif, cette difficulté est accentuée du fait que le papier coloré obtenu en sortie de machine à papier est imprégné, par la suite, de résine thermodurcissable, avant d'être pressé à chaud avec les autres couches constitutives du stratifié décoratif. La couleur du papier varie donc dans un premier temps lors de son passage sur machine à papier: le papier perdant de l'eau a tendance à perdre en luminosité. Au contraire, lors de son imprégnation de résine, le papier décor gagnera de la 25 luminosité. On constate au final que le papier décor dans son état humide présente un aspect coloré assez semblable à celui de la plaque stratifiée formée à partir de celui-ci. Ce phénomène n'ayant pas été exploité par les industriels papetiers, la recherche d'une couleur spécifique pour la plaque stratifiée elle-même suit actuellement le même schéma opérationnel que celui effectué pour le papier lui-même, ou que celui effectué pour un support coloré quelconque. 2861845 2 Ce schéma opérationnel se base essentiellement sur le principe d'une comparaison colorimétrique du support final avec un support de référence choisi au préalable. Cette méthode de contrôle de couleur opérée en aval entraîne de ce fait une perte de matière, de temps et d'énergie pour chacun des essais infructueux qu'il a fallu effectuer avant d'aboutir au résultat escompté. Même si cette méthode reste valable et suffisante pour des procédés de coloration de support pour lesquels la gamme des couleurs envisagées est restreinte, elle n' est plus adaptée pour les entreprises travaillant dans la coloration de support, pour lesquelles les gammes de couleurs varient souvent et pour lesquelles les exigences des clients sont de plus en plus fortes. Ceci est notamment le cas de la production de plaques stratifiées décoratives. La Demanderesse s'est donc intéressée à remédier à ce problème. Dans l'art antérieur, des solutions ont été apportées pour améliorer ce contrôle 15 de couleur en ligne. La majorité d'entre elles mettent en oeuvre des instruments de mesure de couleur, de type spectrocolorimètre ou colorimètre. L'avantage de ces appareils est de pouvoir chiffrer les données colorimétriques mesurées. L'opérateur machine ou le client peut donc se rapporter à une même référence chiffrée non discutable pour évaluer l'écart entre le support effectivement obtenu en fin de production et le modèle à atteindre. Toutefois, l'utilisation de ce type d'instruments de mesure de couleur n'a pas dans la pratique modifier sensiblement les méthodes de contrôle de couleur pratiquées 25 jusqu'à présent à ce niveau. Plusieurs raisons en sont la cause. L'une des raisons est que l'appréciation des couleurs sous forme de mesures chiffrées, telle que la fournissent les instruments de mesure, ne correspond pas toujours aux attentes des clients. Ces derniers préfèrent juger à l'oeil, par eux-mêmes, de la bonne adéquation 30 entre la couleur du support obtenu et celle du modèle désiré, malgré le risque important d'appréciations erronées ou influencées par des facteurs physiologiques 2861845 3 propres à l'observateur lui-même. De ce fait, les instruments de mesure actuels ont plus un rôle de vérificateur d'appoint placé en fin de chaîne, en complément d'une vérification opérée à l'oeil par une personne compétente, que le rôle d'un véritable dispositif de régulation de couleur placé le plus amont possible dans la chaîne de production. Une autre raison justifiant un certain désintérêt pour ce type de mesures chiffrées de couleur est la difficulté de fournir une information chromatique qui soit à la fois complète, fidèle et simple. La perception des couleurs dépend des conditions d'observation, en particulier 10 de la nature de l'illuminant et de l'objet. En supposant que l'on travaille toujours avec le même illuminant pour opérer les mesures de couleur à l'aide desdits appareils de mesure de couleur, il reste que les caractéristiques relatives du support pouvant influer sur la perception de sa couleur sont difficilement maîtrisables. En l'occurrence, dans le cas d'un support papier, la mesure de sa couleur variera fortement selon que le papier est humide, c'est-à-dire dans la partie humide de la machine à papier avant le séchage du papier, ou sec, c'est-à-dire après le séchage. Cette différence s'explique du fait que l'indice de réfraction de l'eau, égal à 1,3, est supérieur à l'indice de réfraction de l'air, égal à 1. Un contrôle de couleur du support effectué en partie humide de la machine ne permet donc pas de déduire de manière simple la couleur du support en fin de cycle de fabrication. De ce fait, le contrôle de couleur effectué en ligne, notamment dans la partie amont du processus de fabrication du support coloré, a été limité, jusqu'à présent, à prévenir d'éventuels écarts colorimétriques constatés en cours de fabrication, et corrigés en retour par l'opérateur machine. Un dernier problème qui explique également la difficulté à implanter un véritable contrôle de couleur en ligne vient du système de représentation des couleurs utilisé par la majorité des colorimètres ou spectrocolorimètres du marché. 2861845 4 La plu part des appareils de mesure de couleur utilisent, pour représenter une couleur, des espaces colorimétriques à trois dimensions, notamment de type (L,a,b) ou (X, Y, Z). Les coordonnées chromatiques d'une couleur donnée dans ces divers espaces colorimétriques sont obtenues en fait à partir de calculs complexes ayant comme seule variable: la réflectance mesurée dans le spectre du visible. Les formules de calcul correspondantes et autres tableaux de valeurs spécifiques à chacun des espaces colorimétriques actuellement en vigueur ont fait l'objet d'une abondante littérature spécialisée; l'homme du métier pourra se référer notamment à la norme française NF X 08-000 et au document Prediction of paper color: a process simulation approach publié en 1993 par l'Institute of Paper Science and Technology. L'appareil de mesure de couleur établit de la sorte un spectre de réflectance de la couleur mesurée et, à l'aide d'un logiciel de calcul contenant l'ensemble des formules de calcul propres à un espace colorimétrique donné, calcule et affiche les coordonnées colorimétriques de la couleur mesurée dans ledit espace colorimétrique. Le problème majeur de ce type d'espace colorimétrique est leur manque d'uniformité. La nature intrinsèquement non euclidienne de ces espaces colorimétriques induit une variabilité de la valeur de l'élément métrique d'un point à l'autre de ces 20 espaces. De ce fait, lors du calcul d'un écart colorimétrique entre deux couleurs données en utilisant une formule théorique ayant pour variables les données colorimétriques de chacune des couleurs, le résultat trouvé présente souvent une erreur difficilement appréciable. L'opérateur machine se basant sur cette valeur pour effectuer ces corrections de couleur, en particulier pour doser les quantités de colorants à ajouter en amont du processus de coloration, il doit souvent procéder par ajustements empiriques pour trouver le dosage adéquat. A ce titre, il est connu de faire appel à certains logiciels de calcul, intégrés aux 30 dispositifs de contrôle des spectrocolorimètres eux-mêmes, pour déterminer les corrections à apporter à un dosage de pigments donnés en fonction de l'écart 2861845 5 colorimétrique et des caractéristiques des pigments utilisées, ces caractéristiques ayant été enregistrées au préalable dans une base de donnée. L'utilisation d'un spectrocolorimètre et de son dispositif de contrôle associé ne permet donc pas actuellement de corriger en ligne le processus de coloration de manière à atteindre la coloration souhaitée, si on ne prévoit pas une intervention d'un spécialiste humain capable, de part son expérience, de moduler les résultats chiffrés donnés par le spectrocolorimètre. La Demanderesse a donc cherché à remédier à ces problèmes de l'art antérieur dans sa recherche d'une méthode de correction de couleur en ligne utilisée dans un 10 procédé générale d'obtention d'un support coloré. Dans un premier temps, elle a décidé d'utiliser une méthode de mesure de couleur qui fasse abstraction de l'observateur et de l'illuminant. A ce titre, elle a eu l'idée de ne pas utiliser les valeurs colorimétriques respectives de la couleur dans un espace colorimétrique particulier, mais d'utiliser 15 uniquement le spectre de réflectance de ladite couleur. L'opération de mesure de couleur consiste en fait à déterminer dans une zone de longueur d'onde réduite du domaine du visible, c'est-à-dire entre environ 400 et 700 nm, la valeur de la réflectance mesurée à l'aide d'un spectrocolorimètre et à l'enregistrer. Cette mesure se fait généralement sur des zones d'égales largeurs, en particulier de 10 nm de large. L'avantage de cette méthode est d'éviter de faire intervenir l'illuminant dans les calculs relatifs aux données colorimétriques et donc de pouvoir comparer sans risque d'erreur possible les valeurs de réflectance du support en amont du processus de coloration avec les valeurs de réflectance du support en aval du processus de coloration. Consciente toutefois qu'il est difficile d'établir une réelle corrélation entre la couleur du support coloré au début du processus de coloration et la couleur du support coloré à la fin du processus de coloration, notamment du fait de paramètres spécifiques au support lui-même et au dispositif utilisé lors de la fabrication du support coloré, la Demanderesse a eu l'idée de faire intervenir une fonction mathématique de deuxième 2861845 6 ordre à coefficients variables que l'on détermine au préalable pour chaque zone de longueur d'onde en utilisant un échantillon de supports colorés de référence. Pour chacun de ces supports et pour chaque zone de longueur d'onde, la Demanderesse a ainsi mesuré la valeur de la réflectance du support coloré au cours du processus de fabrication et la valeur de la réflectance du support coloré à la fin du processus de fabrication. En choisissant des supports colorés possédant des teintes permettant de couvrir de façon homogène l'ensemble du spectre visible, elle a pu déterminer par corrélation une fonction de deuxième ordre spécifique pour chacune des zones de longueur d'onde du spectre visible, fonction donnant la réflectance du support au cours du processus de fabrication en fonction de la réflectance du support à la fin du processus de fabrication. A l'aide de théories existantes et d'expériences préalables effectuées en laboratoire, la Demanderesse a pu constater que cette fonction permet de tenir compte des paramètres énoncés précédemment et ne dépend pas de l'appareil de mesure utilisé. Cette fonction mathématique sert ensuite à calculer une réflectance prévisionnelle pour le support coloré en fin de processus de fabrication en appliquant la formule mathématique correspondante à la mesure de réflectance faite sur le support coloré au cours de son processus de fabrication. En reconstituant ensuite le spectre de réflectance prévisionnelle de ce support virtuel, on peut ainsi prévoir la couleur de ce support à la fin de son processus de fabrication et ainsi déterminer l'écart colorimétrique probable entre ce support virtuel et le support cible désiré. Cet écart colorimétrique doit permettre finalement de déterminer les corrections 25 à envisager au niveau des dosages de colorant. De cette manière, la Demanderesse propose un véritable procédé de contrôle de couleur en ligne applicable à tout type de support et à tout type de processus de coloration. Par ailleurs, l'invention présente un intérêt supplémentaire dans le cas des supports colorés ayant subi une double transformation, par exemple par passage d'un 2861845 7 état humide à un état sec, puis par réimprégnation d'une autre substance avant un séchage ultérieur. Ce cas particulier a été étudié plus spécifiquement par la Demanderesse de part ses activités de producteur de feuilles papetières décoratives destinées à être intégrées dans des plaques stratifiées décoratives. Les plaques stratifiées décoratives en couleur sont généralement préparées à partir d'un élément de base formant support, habituellement soit un panneau de particules, soit plusieurs feuilles de papier kraft, qui a été imprégné d'une résine thermodurcissable. Dans le cas des feuilles de papier kraft, après imprégnation du papier kraft par la résine, les feuilles sont séchées et coupées à la dimension convenable. On empile ensuite une pluralité de ces feuilles imprégnées de résine. On place ensuite sur l'empilement de feuilles précitées ou sur le panneau de particules, une feuille décorative qui est généralement une feuille de papier pigmentée monocolore, la feuille décorative pouvant néanmoins comporter un motif imprimé à sa surface, et une feuille dite overlay transparente, destinée à protéger la feuille décorative. Les constituants superposés du produit stratifié sont ensuite placés dans une presse de stratification et sont chauffés sous pression pour provoquer l'assemblage de l'ensemble et obtenir une structure unitaire. La difficulté dans ce type de production est donc l'obtention d'une couleur bien déterminée, choisie au préalable par le client. L'élément porteur de la couleur, la feuille décorative, présente en effet, à l'état sec, non imprégné, une couleur largement différente de celle de la plaque finale. Il est donc nécessaire d'opérer des essais nombreux et coûteux, que ce soit en laboratoire ou sur machine, avant de trouver les quantités de pigments exactes et les réglages machine convenables permettant d'aboutir au résultat escompté. Le passage de la feuille décorative d'un état humide à un état sec lors de son passage dans la machine à papier, suivi de sa réimprégnation avec une résine thermodurcissable et finalement de son séchage final ne facilite pas une détermination simple de la couleur de la plaque stratifiée finale connaissant celle de la feuille décorative, notamment aux premiers instants de la fabrication. 2861845 8 Le procédé proposé doit donc permettre de résoudre ce problème, ce qui devrait réduire de façon significative les arrêts machine et les pertes de matières premières. L'objet de la présente invention est donc un procédé de contrôle de couleur en ligne utilisée lors d'un processus de formation d'un support coloré, dans lequel: - dans une première étape, on mesure, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde comprises dans le spectre visible et pour un nombre P de support de référence, la réflectance Rij, 1 Dans une configuration particulière, le nombre N de bandes de longueurs d'onde est proche de 30, les bandes ayant une longueur sensiblement égale à 10 nm. Dans une autre configuration particulière, les mesures de réflectance sont faites à l'aide d'un spectrocolorimètre. L'invention a aussi pour objet un dispositif de contrôle de couleur en ligne utilisé lors d'un processus de formation d'un support coloré, comprenant des moyens pour mesurer, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde du spectre visible, la réflectance Rij d'un support coloré de référence au cours de son processus de formation et la réflectance Rfj dudit support coloré de référence à la fin de son processus de formation, des moyens pour déterminer par corrélation une fonction mathématique de deuxième ordre Fj donnant la valeur de réflectance Rfj dudit support coloré de référence à la fin de son processus de fabrication en fonction de la valeur de réflectance Rij dudit support coloré de référence au cours de son processus de fabrication, des moyens pour mesurer en ligne, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde du spectre visible, la réflectance Rij du support coloré en cours de formation, des moyens pour calculer la réflectance Rvj du support coloré virtuel tel qu'il doit être à la fin de son processus de formation en utilisant la formule Rvj = Fj (Rij), des moyens pour calculer les coordonnées colorimétriques L*, a* et b* de ce support coloré virtuel en utilisant le spectre de réflectance Rvj telle que calculée pour chaque bande de longueur d'onde du spectre visible, des moyens pour mesurer les coordonnées colorimétriques L*, a*, b* du modèle à atteindre, des moyens pour calculer les écarts colorimétriques AL*, Aa* et Ab* entre les coordonnées colorimétriques L*, a* et b* dudit support coloré virtuel et celles du modèle à atteindre, des moyens pour corriger la quantité de colorants ajoutés au cours du processus de formation dudit support coloré de manière à réduire au maximum les écarts colorimétriques AL*, Aa* et Ab* déterminées ci-dessus. Dans une configuration particulière, le dispositif de contrôle de couleur en ligne utilisé lors d'un processus de formation d'un support coloré comprend également des 2861845 10 moyens pour afficher sur un écran de contrôle les valeurs de réflectance mesurées, ainsi que tous les résultats de calcul. Dans une autre configuration particulière, le dispositif de contrôle de couleur en ligne utilisé lors d'un processus de formation d'un support coloré comprend aussi des 5 moyens pour envoyer des données à d'autres dispositifs, notamment au dispositif de formation du support. Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un support coloré mettant en oeuvre ledit procédé de contrôle de couleur en ligne précédemment décrit, dans lequel on ajoute en milieu aqueux une quantité donnée de colorants à un matériau de base, on mesure la réflectance du support en cours de formation, le support en cours de formation étant encore humide, on détermine la réflectance prévisionnelle du support final, telle que nous la donne le procédé de contrôle de couleur en ligne, on évalue les écarts colorimétriques entre ce support virtuel final et le modèle à atteindre, on modifie selon le cas les quantités de colorants ajoutés en début de procédé de façon à diminuer ces écarts colorimétriques, on réalise le support final. Dans une configuration préférée de l'invention, le support final est une plaque stratifiée décorative, le matériau de base utilisé étant notamment une pâte cellulosique et le support en cours de formation étant notamment un papier. Dans une configuration particulière, la mesure de réflectance du support s'effectue dans la partie humide d'une machine à papier, notamment juste après la zone des presses. Dans une autre configuration particulière, les colorants utilisés sont des pigments ajoutés dans les cuviers situés en amont de la caisse de tête. 2861845 11 REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de couleur en ligne utilisée lors d'un processus de formation d'un support coloré, dans lequel: a) dans une première étape, on mesure, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde comprises dans le spectre visible et pour un nombre P de support de référence, la réflectance Rij, 1 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre N de bandes de longueurs d'onde est proche de 30, les bandes ayant une longueur sensiblement égale à 10 nm. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les mesures de réflectance sont faites à l'aide d'un spectrocolorimètre. 4) Dispositif de contrôle de couleur en ligne utilisé lors d'un processus de formation d'un support coloré, comprenant des moyens pour mesurer, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde du spectre visible, la réflectance Rij d'un support coloré de référence au cours de son processus de formation et la réflectance Rfj dudit support coloré de référence à la fin de son processus de formation, des moyens pour déterminer par corrélation une fonction mathématique de deuxième ordre Fj donnant la valeur de réflectance Rfj dudit support coloré de référence à la fin de son processus de fabrication en fonction de la valeur de réflectance Rij dudit support coloré de référence au cours de son processus de fabrication, des moyens pour mesurer en ligne, pour un nombre N de bandes de longueurs d'onde du spectre visible, la réflectance Rij du support coloré en cours de formation, des moyens pour calculer la réflectance Rvj du support coloré virtuel tel qu'il doit être à la fin de son processus de formation en utilisant la formule Rvj = Fj (Ri), des moyens pour calculer les coordonnées colorimétriques L*, a* et b* de ce support coloré virtuel en utilisant le spectre de réflectance Rv telle que calculée pour chaque bande de longueur d'onde du spectre visible, des moyens pour calculer les écarts 20 25 30 2861845 13 colorimétriques AL*, Aa* et Ab* entre les coordonnées colorimétriques L*, a* et b* dudit support coloré virtuel et celles dudit support coloré de référence, des moyens pour corriger la quantité de colorants ajoutés au cours du processus de formation dudit support coloré de manière à réduire au maximum les écarts colorimétriques AL*, Aa* et Ab* déterminées ci-dessus. 5) Dispositif de contrôle de couleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour afficher sur un écran de contrôle les valeurs de réflectance mesurées, ainsi que tous les résultats de calcul. 6) Dispositif de contrôle de couleur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour envoyer des données à d'autres dispositifs, notamment au dispositif de formation du support. 7) Procédé de fabrication d'un support coloré mettant en oeuvre le procédé de contrôle de couleur en ligne selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel: On ajoute en milieu aqueux une quantité donnée de colorants à un matériau de base; - On mesure la réflectance du support en cours de formation, le support en cours de formation étant encore humide; - On détermine la réflectance prévisionnelle du support final, telle que nous la donne le procédé de contrôle de couleur en ligne; - On évalue les écarts colorimétriques entre ce support virtuel final et le modèle à atteindre; 8) 9) 10) 2861845 14 On modifie selon le cas les quantités de colorants ajoutés en début de procédé de façon à diminuer ces écarts colorimétriques; On réalise le support final. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support final est une plaque stratifiée décorative, le matériau de base utilisé étant notamment une pâte cellulosique et le support en cours de formation étant notamment un papier. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mesure de réflectance du support s'effectue dans la partie humide d'une machine à papier, notamment juste après la zone des presses. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les colorants utilisés sont des pigments ajoutés dans les cuves de la caisse de tête.