Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
La couleur d'un objet n'est pas liée à la matière de manière intrinsèque, elle est plutôt une perception, une interprétation de la lumière renvoyée ou absorbée par l'objet. Il convient donc d'étudier les colorants, très utilisés dans l'industrie (automobile, cosmétologie, chimie, bâtiment...), avec le plus grand soin. La méthode réside dans le fait de quantifier la couleur d'un colorant à partir du calcul de son spectre d'absorption. Les paramètres comme le spectre d'absorption du colorant, la densité spectrale de l'illuminant ainsi que la réflexion du support sont au cœur des modèles colorimétriques.
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The color of an object is not intrinsically linked to matter, it is more a perception, an interpretation of the light which is reflected or absorbed by an object. It is therefore necessary to study colorants, which are widely used in the industry (automotive, cosmetology, chemistry, building etc.) with the utmost care. The method consists in quantifying the color of a colorant by calculating its absorption spectra. Parametres such as the absorption spectra of the colorant, the spectral density of the illuminant as well as the reflection of the support are at the core of colorimetric models.
Auteur(s)
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Adèle D. LAURENT : Doctorante au laboratoire de chimie et biochimie théoriques (Université de Nancy) - Institut Jean Barriol
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Valérie WATHELET : Scientifique, groupe de chimie physique théorique et structurale (FUNDP-Namur)
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Michaël BOUHY : Chimiste et informaticien, diplômé d'un master en sciences chimiques et d'un master en sciences informatiques (FUNDP-Namur)
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Denis JACQUEMIN : Chercheur qualifié (FNRS) au laboratoire de chimie théorique appliquée, unité de chimie physique théorique et structurale (FUNDP-Namur)
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Eric PERPÈTE : Maître de recherche (FNRS) au laboratoire de chimie théorique appliquée, unité de chimie physique théorique et structurale (FUNDP-Namur)
INTRODUCTION
Les colorants sont très utilisés dans l'industrie chimique (recherche de nouvelles teintes, solidité des tons...) pour rehausser les qualités esthétiques des plastiques et pour procurer une bonne protection contre les ultra-violets. Dans l'industrie automobile, les pigments sont d'origine minérale ou organique et insolubles. Ils confèrent à la peinture (selon leur nature) des propriétés d'anti-corrosion, d'opacité, ou encore, d'étanchéité. Par ailleurs, tous les colorants non allergènes sont utilisés dans l'industrie des cosmétiques. Ils ont aussi de nombreuses applications dans l'industrie du textile, de l'imprimerie, de l'art, de l'alimentation et du bâtiment.
La couleur est avant tout une perception. Il est donc excessif de penser que la matière possède une couleur intrinsèque. En effet, un textile qui apparaît rouge sous la lumière du jour peut être noir sous un éclairage vert, parce qu'il absorbe toutes les lumières reçues sauf celles de longueurs d'ondes élevées. Il résulte de cette observation préliminaire qu'il faut définir plus précisément la couleur. La lumière est produite par un illuminant puis elle interagit avec la matière, l'objet. Finalement, une certaine quantité de lumière est perçue par l'observateur que son œil décompose en trois signaux électriques envoyés au cerveau. C'est celui-ci qui crée la sensation de couleur. La perception physiologique est liée à trois paramètres :
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la nature de l'objet éclairé ;
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la lumière qui éclaire l'objet (l'illuminant). Une source lumineuse est aussi dite illuminant primaire, tandis qu'une surface diffusant ou réfléchissant la lumière sera appelée illuminant secondaire ;
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le capteur (l'œil) qui reçoit le message et le communique au cerveau grâce à des impulsions électriques. Rappelons que la couleur n'est rien d'autre que la perception par l'œil d'une distribution spectrale R (λ). Il est important de constater que l'œil ne peut pas faire la différence entre, par exemple, un jaune monochromatique et un mélange en quantité égale de rouge et de vert. Cette propriété permet de faire ce que l'on appelle la synthèse trichrome, qui est à la base de toute la colorimétrie (synthèse additive). La couleur est donc un stimulus qui est conventionnellement reconstitué par trois primaires : le rouge (source de 700,0 nm), le vert (source de 546,1 nm) et le bleu (435,8 nm).
Il est donc intéressant de quantifier la couleur d'un colorant à partir du calcul de son spectre d'absorption. Différents modèles colorimétriques impliquant tant le spectre d'absorption du colorant que la densité spectrale de l'illuminant et la réflexion du support sont ainsi mis en œuvre. Dans la suite sont présentés un logiciel et un modèle tant pour simuler l'absorption, la transmission, la réflexion que la perception de l'œil humain. La qualité du programme a été testée au travers de plusieurs cas académiques et l'influence sur les valeurs trichromatiques simulées de chacun des paramètres du programme a été étudiée.
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4. Conclusion
La couleur est donc une perception qui peut être exprimée par l'intermédiaire d'une nomenclature, qu'elle soit rationalisée analogiquement ou numériquement. Trois paramètres essentiels interviennent : la teinte, la luminosité et la saturation du stimulus.
Pour numériser les couleurs, des fonctions d'égalisation ont été dérivées expérimentalement par une population standard. Une mise en graphe de celles-ci a donné naissance à l'espace RGB. Des valeurs négatives montrent qu'une combinaison des trois primaires ne peut rendre l'ensemble des couleurs. Par conséquent, l'espace XYZ se basant sur des primaires imaginaires a été défini pour lever cette limitation. Comme celui-ci est perceptuellement non uniforme, la CIE lui a appliqué une transformation non linéaire. Cela donne naissance à l'espace L*a*b, qui imite au mieux la réponse logarithmique de l'œil à la luminance. Ainsi, il est possible de simuler les valeurs trichromatiques en tenant compte de l'éclairage, de la réflexion de l'échantillon et de la sensibilité de l'œil humain mais aussi de quantifier la différence entre deux stimuli colorés.
Nous avons présenté brièvement le programme JQuickColor qui permet de simuler des spectres d'absorption et de réflexion à partir des seules valeurs de la longueur d'onde d'absorption maximale λ max , des forces d'oscillateur et de la largeur à la mi-hauteur. Ce nouveau programme a prouvé qu'il était tout à fait cohérent et correct aux travers de divers exemples.
Une fois JQuickColor validé, nous avons évalué l'influence de plusieurs paramètres sur les valeurs trichromatiques d'échantillons sélectionnés arbitrairement. Ces paramètres sont la lampe utilisée, la surface irradiée de la rétine par les rayonnements, l'élargissement des raies d'absorption, la concentration du colorant.
Enfin, l'apport du programme a été démontré dans le cadre de travaux de chimie quantique telle qu'une étude de bases et de fonctionnelles. Il en ressort que les outils développés sont complémentaires à ceux déjà utilisés au sein de la communauté des chimistes théoriciens et qu'ils permettent de choisir un jeu de bases adéquat, ainsi qu'un couple de fonctionnelles optimal nécessaire au calcul de spectre UV/visible.
Avec ce nouvel outil, une étude préalablement menée sur l'indigo a été commentée sur l'effet de la substitution, du solvatochromisme et de l'effet...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DÉRIBÉRÉ (M.) - La couleur. - Que sais-je ? PUF France (1968).
-
(2) - JONES (A.L.), ADAMS (Q.E.), BELLAMY (R.B.), BITTINGER (C.), CRITTENDEN (E.C.), DRAVES (Z.C.), EVANS (M.R.), FORREST (W.J.), FOSS (E.C.), GAGE (P.H.), GIBSON (S.H.), GODLOVE (H.I.), HARDY (C.A.), JOBE (W.F.), JUDD (B.D.), LOWRY (M.E.), LUCKIESH (M.), MACADAM (D.L.), NEWHALL (M.S.), NICKERSON (D.), O'BRIEN (B.), PAUL (R.M.), SLOAN (L.L.) - The science of color. - Optical, society of America, Washington (1963).
-
(3) - CRAWFORD (B.H.) - * - Proceedings of the physical society, section B, no 62, p. 321-334 (1949).
-
(4) - BROARDBENT (A.D.) - Calculation from the original experimental data of the CIE 1931RGB standard observer spectral chromaticity co-ordinates and color matching functions. - Département de génie chimique, université de Sherbrooke.
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(5) - BROARDBENT (A.D.) - Trichromatic color matching. - Département de génie chimique, université de Sherbrooke.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
GIMP (Gnu Image Manipulation Program) logiciel libre de traitement d'images http://www.gimp.org
ColorCombinate logiciel libre de traitement d'images http://www.colorcombinate.sourceforge.net
Gaussian03 logiciel de calcul de chimie théorique http://www.gaussian.net
JQuickColor logiciel de simulation de couleurs (contact [email protected])
HAUT DE PAGE
Oregon Medical Laser Center http://omlc.ogi.edu/
Les normes ISO http://www.iso.org/iso/fr/home.htm
La CIE https://cie.co.at/
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