Brevet FR3024960A1 — publié le 20160226

La présente invention permet d'inscrire une image numérique multicolore de grande qualité sur une plaque, plane ou courbe, constituée d'un BFUP (Béton Fibré Ultrahautes Performances) blanc ou d'une autre couleur. L'état de la technique à ce jour Différents moyens permettent actuellement la réalisation d'images sur des supports en béton: 1) Le béton à matriçage photographique. Cela consiste à réaliser une première image positive sur un stratifié ou médium par le biais d'une fraise à commande numérique. L'image négative est ensuite réalisée grâce à un élastomère par moulage du médium. Cette matrice est posée au fond d'un coffrage dans lequel le béton est versé. Le résultat est monochrome. 2) Le béton photogravé. C'est une application de la sérigraphie. Un écran tendu dans un cadre contient l'image positive. Un désactivant du béton est appliqué à travers l'écran sur un panneau en polystyrène qui est ensuite posé dans un moule. Après démoulage et nettoyage de la plaque coulée, l'image apparaît. Le résultat est monochrome. 3) Le transfert d'image. L'image est imprimée sur un support en papier ou sur un plastique qui sert de médium et qui intègre un matériau de transfert. L'application de la chaleur et de la pression sur le 20 médium posé sur une plaque, par exemple en béton, permet le transfert de l'image. Ce procédé n'est réalisable que sur de petites surfaces. 4) Le collage d'images imprimées sur des feuilles en plastique. C'est un système provisoire qui nécessite un support lisse, des colles adéquates et une protection de la surface. 25 5) Le béton à tirage argentique. Ce procédé est utilisé par certains artistes et seulement pour de petites surfaces. Une couche photosensible est déposée sur un béton lisse, qui reçoit ensuite une image projetée. Une protection est nécessaire. 6) La peinture artistique des murs. 30 Des artistes peignent directement sur des murs afin de réaliser des fresques ou des peintures en trompe-l'oeil. 7) Le béton imprimé. Des moules sont posés sur du béton frais ou à l'inverse du béton est coulé dans des moules généralement en élastomère. Tous ces moules contiennent une empreinte. 3024960 2 35 Apport de l'invention Il n'est pas possible à ce jour d'inscrire de façon simple une image numérique multicolore sur un support en béton. Aucun des procédés existants ne permet d'aboutir à la production de réalisations qui vont satisfaire à l'ensemble des critères complémentaires suivants: 40 - qualité de l'image, oeuvre multicolore, solidité et durabilité du produit, esthétisme, planéité, facilité d'entretien, bilan écologique positif, rapidité de mise en oeuvre, maîtrise des coûts, industrialisation facile du procédé pour la production de plaques petites à très grandes. Exposé de l'invention 45 Cette invention permet qu'une impression numérique de qualité soit prise en sandwich entre une plaque rigide de BFUP et une couche résistante de résine époxyde. Cela confère à l'ensemble une rigidité et une solidité remarquable. Le procédé inventé passe par la réalisation de trois étapes: 1) Utilisation d'un papier photo. 50 Au départ, il faut bien sûr choisir un document numérique suffisamment riche en mégaoctets en fonction de la dimension d'impression souhaitée. Si il y a une photo dans le document, il faut aussi qu'elle soit de qualité (contraste, piqué, etc...). Pour l'impression j'ai choisi une imprimante de type «jet d'encre» qui utilise des encres à pigments, celles ci étant plus résistantes aux rayonnements ultraviolets. En grand format, 55 on utilise une table traçante «Jet d'encre». Le document est imprimé sur un papier photographique couché «jet d'encre» brillant possédant une résolution de 9600 dpi. Le grammage du papier utilisé est d'environ 180g/m2 pour un format A4 et plus pour les formats supérieurs. L'épaisseur et la qualité du papier doivent être suffisantes pour résister aux manipulations. 60 Une fois imprimé et passé le délai de séchage de l'encre, le papier est immergé pendant une minute dans l'eau. La feuille de papier photographique est ensuite récupérée, puis posée sur une feuille en plastique semi rigide. Elle sera bien mise à plat. Le mouillage du papier permet le collage provisoire sur la feuille en plastique et évite les déformations ou le tuilage (la même pression d'eau existe alors entre les fibres de cellulose sur toute la 65 surface). Un cadre est posé ensuite autour du papier. (Voir FIG.1 et FIG.2). 2) Utilisation d'un BFUP. Je rappelle qu'un BFUP est un mélange de grains fins à très fins, d'un ciment de classe supérieure, de fibres, et d'adjuvants. Dans notre cas, la finesse du BFUP permet de 70 recevoir et de fixer l'ensemble des points d'encre imprimés sur un document. C'est 3024960 3 pourquoi, la granulométrie du BFUP recevant l'image doit s'étendre sur une plage allant de quelques dizaines de nanomètres à trois cent microns maximum. Le BFUP utilisé doit être composé uniquement de matériaux blancs pour obtenir un BFUP blanc et ainsi rechercher un contraste maximum. En fonction des réalisations il peut en 75 être autrement. Le BFUP utilisé dans le cadre de cette invention est formulé ainsi: - sable blanc avec une granulométrie de 100 pm à 300 gm. Environ 1kg de sable par litre de BFUP, - ciment blanc de classe 52,5. Environ 0,774 kg par litre de BFUP, 80 - farine de silice broyée. Granulométrie de 1 'lm à 20 gm. Environ 15 à 18 % du poids de ciment, - TiO2 sous forme rutile = 70 g par litre de BFUP, - Si02 pyrogèné (granulométrie = 40 à 70 nanomètres)= 22 g par litre de BFUP, - super plastifiant blanc de type acrylique = 30 ml par litre de BFUP, 85 - hydrofuge de masse = 0 à 0,5% du poids de ciment (objets immergés en permanence), - fibres courtes blanches de 6 mm en polypropylène = 2g par litre de BFUP. - eau = 300 ml A noter que ces proportions peuvent être légèrement modifiées en fonction des conditions de température, des volumes à mettre en oeuvre, et de l'épaisseur que doit 90 avoir la plaque en fonction de son format. On peut appeler ce BFUP, «BFUP Photographique» car il va prendre au papier son image et servir de nouveau support. Le BFUP est coulé dans le cadre. Il va détacher l'ensemble formé par l'encre et la couche réceptrice du papier et il va permettre à cet ensemble de s'incruster sur la plaque de BFUP 95 en cours de solidification. Deux heures après le coulage et jusqu'au démoulage, le coté visible de la plaque est maintenu humide par un revêtement mouillé. Vingt heures après le coulage, la plaque est démoulée puis plongée dans l'eau chaude (40 à 50 °C) pendant 10 heures. La température de l'atelier doit être de 20°C à 22°C. 100 Trente heures après le coulage, la cellulose est enlevée, la plaque est nettoyée puis mise à sécher. A ce stade, on constate que l'image est entièrement présente sur la plaque, sans aucune déformation; elle est simplement voilée par la couche réceptrice. (FIG. 3). L'image est très adhérente à la plaque de BFUP. 3024960 4 105 3) Utilisation d'une résine époxyde Des rebords sont posés autour de la plaque afin de contenir la résine époxyde qui va être versée dessus. On choisit une résine époxyde bi-composant, transparente et incolore, qui contient un agent anti-UV afin d'améliorer la résistance aux effets des rayonnements ultraviolets. 110 La plaque est posée sur une table vibrante adaptée et la résine est versée. La résine va permettre trois actions: - de faire disparaître immédiatement la couche réceptrice, - de «clouter» l'image sur la plaque de BFUP, car la résine passe entre les points d'encre de l'image, qui se trouve ainsi prise en sandwich entre la couche d'époxyde et la plaque de 115 BFUP. - de vitrifier la surface qui va devenir parfaitement plane et sans bulle grâce à l'utilisation d'une table vibrante (FIG.4). En fonction des lieux où se trouvera exposé l'objet fini, on recouvrira la surface vitrifiée d'un produit anti-UV complémentaire. 120 A noter par ailleurs qu'il est facile d'inscrire des images sur des plaques de BFUP courbé. Le BFUP après une phase liquide passe par une phase plastique. Lors de celle-ci, il est possible de déformer la plaque et de créer une forme convexe sur laquelle l'image s'est fixée. Il n'y a aucune dégradation de l'image. Il est également possible de couler le BFUP dans des moules verticaux galbés, le papier 125 photo étant debout collé à la feuille support en plastique. L'expérience a montré que le BFUP peut également récupérer des images imprimées par des imprimantes de type «laser», mais l'impression «jet d'encre» étant plus riche en qualité d'image et le système étant moins coûteux, mon invention s'appuie essentiellement sur l'emploi du système «jet d'encre». 130 Mode de réalisation d'une plaque au format A4 1) choix de l'image et du papier: Le «poids» de l'image au format JPEG ou autre doit être en rapport avec le format d'impression pour avoir une image imprimée de qualité, à la fois détaillée et contrastée. Au format A4 je travaille avec une image d'au moins cinq mégaoctets. 135 Si on veut que le produit fini soit de qualité, il faut que tous les éléments constituant la chaîne le soit aussi. Mon invention permet en effet que l' image de départ se retrouve intégralement inscrite sur la plaque en BFUP, sans rien perdre de ses qualités. Il faut donc travailler avec une imprimante photo de type «jet d'encre» utilisant des encres à base de 3024960 5 pigments qui résistent à la lumière et aux UV. Plusieurs imprimantes photo «jet d'encre» 140 de marque «Epson» utilisent les encres «dura-brite» ou «ultra-chrome» qui sont des encres à base de pigments. Ce sont les imprimantes que j'utilise. De même, le papier doit être convenablement choisi. Pour l'instant, j'ai obtenu les meilleurs résultats avec du papier photo couché dont la structure n'intègre pas une feuille plastique. L'important est la qualité de la surface (au moins 5760 dpi) ainsi que le 145 grammage. J'ai réalisé la majorité des tests sur du papier photo couché brillant de 180 g/m2, de format A4 et d'une définition de 9600 dpi. Un grammage supérieur est nécessaire pour des formats plus importants. La qualité du support cellulosique est secondaire car il doit être enlevé. Le grammage doit 150 permettre une tenue mécanique, le papier étant à un moment mouillé lors des manipulations. Le BFUP est capable d'enlever puis de fixer les impressions des papiers photos qu'ils soient constitués d'une structure en cellulose ou en plastique (polyéthylène) ou du mélange des deux. Le procédé fonctionne aussi avec les transparents polyester. 155 Un plan de travail de niveau est requis sur lequel une feuille de PVC semi rigide de 0.5 mm est disposée. Un cadre démontable est posé sur ce support. Après séchage de l'encre, l'épreuve en papier est plongée dans l'eau pendant 1mn et après égouttage elle est délicatement mise à plat sur la feuille de PVC. L'eau en excès est enlevée avec du papier absorbant. L'épreuve se trouve ainsi parfaitement aplanie et collée 160 à la feuille de PVC sans aucune déformation. On note une légère dilatation dans le sens de la largeur qui est fonction du grammage de l'épreuve( 4 mm pour 21 cm avec 180 g, 2 mm pour 21 cm avec 220 g ). On peut alors replacer les éléments du cadre autour de l'épreuve. 2) Préparation du BFUP: 165 Formulation pour un format A4: - sable blanc 100 ptm à 300 gm (blansil 24 commercialisé par la société Sibelco) = 488 g, - ciment blanc de classe 52,5 = 356 g, - farine de silice broyée (C10 commercialisé par la société Sibelco) = 61 g, - TiO2 sous forme rutile = 32 g, 170 - SiO2 pyrogéné = 10 g, - super plastifiant de type acrylique = 13,50 ml, - fibres courtes blanches en polypropylène 6 mm = 0,92 g - eau = 140 ml. Avec ce mélange et pour un format A4, nous avons une épaisseur de 6,5 mm. 3024960 6 175 Pour un format supérieur à A4, environ 2h après le premier coulage ( température de l'atelier à 20°C) , on dépose une deuxième couche de BFUP moins exigeante au niveau de la couleur et dont l'épaisseur sera fonction de la dimension de l'objet ou du plateau à réaliser, ou de l'effet recherché. Formulation de cette deuxième couche: 180 - sable blanc ou gris d'une granulométrie allant de 100 à 100011m, - ciment blanc ou gris de classe 52.5, - métakaolin ou fumée de silice 10 à 15 %, - super plastifiant acrylique ou autre, - fibres polypropylène (10 mm), 4kg/m3 de BFUP, ou autres fibres (polyvinylalcool, verre). 185 Les proportions dans la composition du mélange doivent être identiques à celles de la première couche. Pour la première couche, il est très important que tous les composants soient blancs. Le mélange est d'abord fait à sec durant trois minutes dans un petit malaxeur à une vitesse d'environ 120 tr/min. Le mélange eau, super plastifiant est ajouté et la pâte est 190 malaxée pendant au moins 12 min à une vitesse de 63 tr/min. On doit obtenir une pâte de consistance fluide, celle-ci est ensuite débullée pendant une dizaine de minutes. Pour une petite quantité, je mélange doucement manuellement et je passe la pâte 3 minutes dans une chambre à vide. Pour des quantités plus importantes (format A3 et +) la pâte est versée dans la cuve d'un petit mélangeur à très basse vitesse, 195 l'essentiel de l'air est ainsi enlevé, je peux alors couler cette pâte toujours fluide dans le cadre. Une fois versée, au bout de 3 minutes, on constate qu'il n'y a aucun trou dans la pâte et que la surface est bien lisse. A 20°C et au bout de deux heures la pâte est suffisamment prise, il est alors impératif de procéder à une opération de cure. En fait une épaisseur de papiers ou tissus mouillés est 200 posée sur la pâte pendant 18 heures. Au bout de 20 heures la plaque est suffisamment solide pour être enlevée du cadre puis elle est plongée dans un bain à 40-50 °C pendant 10 heures. Le papier est enlevé facilement 30 heures après le coulage et je constate, lors du nettoyage que l'encre adhère fortement à la plaque. 205 J'observe une image en parfait état constituée des gouttes d'encre d'origine, simplement voilée par la couche réceptrice. La plaque est mise à sécher, l'air devant passer sur les deux faces afin qu'elle reste bien plane. Le séchage dure quatre jours pour un format A4 et plus pour des modèles plus grands, il est complété par le passage dans un four à 50° C pendant 4 Heures. 210 3) Mise en oeuvre de la résine époxyde. Pour mon format A4, je prépare 67 g de résine époxyde transparente et incolore traitée pour résister aux UV. (résine résolcoat 10705 commercialisée par la société Résoltech). Une fois étalée, cette résine forme une couche de 0,95 mm d'épaisseur. Je fixe un ruban en PVC autour de la plaque pour contenir la résine, l'objet est ensuite 215 posé sur une table vibrante adaptée. 3024960 7 La résine est versée sur la plaque et je l'aide à s'étaler sur l'image qui retrouve le contraste et la définition qu'elle possédait au départ sur le papier photo. L'énergie vibratoire permet un glaçage rapide de la surface. Il faut environ cinq minutes pour cette opération. La plaque est mise ensuite sous un chauffage infrarouge, de sorte que la surface soit à 220 30°C. La résine est entièrement réticulée quatorze heures après. Il reste des petits travaux d'ébavurage pour terminer l'objet. Compte tenu des temps de séchage, il se passe six jours entre le moment où le BFUP est coulé et le moment où l'objet est terminé. Cette troisième opération a bien permis de faire disparaître le voile constitué par la 225 couche réceptrice de l'encre. Elle «cloute» en même temps l'image sur le BFUP, la résine passant à travers celle-ci. L'expérience a montré que le lien physique entre le BFUP et la résine époxyde est très fort. Enfin, l'application de la résine et l'énergie vibratoire permettent une vitrification rapide, plane et sans bulle. L'image est bien mise en valeur, l'esthétisme de l'objet fini est d'une grande qualité. 230 Tests réalisés Plusieurs plaques de tests au format A4 ont été conçues. Leur image est constituée de photos, de palettes de couleur et de textes. Trois tests de résistance ont été effectués (d'autres sont en cours) : 1) à l'eau 235 Une plaque a été immergée totalement pendant vingt jours. Au bout de ce délai, on ne constate pas de différence avec une plaque identique venant d'être réalisée. 2) au soleil Une plaque a été exposée perpendiculairement au rayons du soleil (à midi solaire) pendant vingt jours, en juillet. Au bout de ce délai, on a observé un léger jaunissement de 240 la résine. Par contre, les couleurs des encres ne sont pas altérées. Pour les objets exposés au soleil, il faut ajouter à la résine époxyde un agent absorbeur d'UV plus puissant ou revêtir le glaçage d'une protection spécifique anti-UV. 3) au froid Une plaque a été déposée dans un congélateur à - 20°C pendant vingt jours. Au bout de 245 ce délai, on n'observe pas de différence avec une plaque identique venant d'être réalisée. Applications Les applications relatives à cette invention peuvent être très nombreuses, que ce soit dans la réalisation de mobiliers d'intérieur ou d'extérieur, dans l'architecture, dans le design, dans la communication et dans l'art. REVENDICATIONS1) Procédé de transfert et d'ancrage d'une image numérique sur une plaque en Béton Fibré Ultrahautes Performances (BFUP), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - impression par système jet d'encre de l'image sur un papier photographique couché ( 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'après l'impression par jet d'encre, le papier est immergé pendant une minute ou plus dans de l'eau puis déposé sur une feuille en plastique semi rigide. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 20 que le BFUP utilisé est formulé pour avoir un empilement granulaire continu et très fin, de quelques dizaines de nanomètres à environ trois cent microns. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en oeuvre de la résine époxyde modifiée peut se faire en utilisant une table vibrante après la pose de rebords autour de la plaque afin d'obtenir une vitrification plane 25 et sans bulle. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la révélation complète de l'image inscrite sur la plaque de BFUP se produit après la disparition visuelle de la couche réceptrice de l'image grâce à l'emploi d'une résine époxyde modifiée, cette résine permettant par ailleurs d'ancrer l'image sur la plaque. 3024960 9 30 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine époxyde est modifiée pour être parfaitement transparente, résistante à la rayure, aux intempéries et au soleil, et que pour satisfaire ces propriétés, elle contient un agent anti-UV et d'autres polymères.