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          Révision : 30 décembre 2001 
Les encres à effets
 
Alice Vermeulin et Benoît Calmeil (étudiants EFPG)
Ce texte a reçu le premier prix du Grand Prix des Couleurs 2000
      
 
  Plan  
I -  Introduction
II -  Les encres métalliques
III -  Les encres perlescentes et iridescentes
IV -  Les encres sécuritaires
V -  Les encres à message
VI -  Conclusion
  VII - Bibliographie  
 
        
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I - Introduction
Sommaire
On les remarque dans les magasins et elles parlent à notre imaginaire...
Dans la jungle des produits, toutes les méthodes sont bonnes pour faire ressortir du lot son produit, l'encre en est une à part entière. L'encre n'est plus que couleur. Elle devient de plus en plus utile pour lutter contre les imitations (4 % des produits commercialisés), ou pour servir de support visuel d'information. Nous abordons dans ce qui suit les évolutions de l'encre pour répondre aux besoins esthétiques, sécuritaires ou informatifs.
"Depuis Philips en juin dernier qui osa mettre sur le marché cinq appareils teintés dans la masse, les publicistes et les industriels osent les couleurs. Pour rendre moins terne le quotidien, jouer sur le sens caché des couleurs ou attirer le regard du consommateur, nous assistons à l'explosion des couleurs qu'elles soient criardes ou élaborées : Ie mac d'Apple et ses couleurs acidulées, Panzani et son logo rehaussé d'argenté" (Capital, décembre 1999).
 
II - Les encres métalliques
Sommaire
Évoquant la qualité technique, les couleurs métallisées sont censées rassurer les acheteurs de produits alimentaires et pharmaceutiques notamment. Les encres métalliques sont de toutes façons utilisées pour attirer et séduire l'œil. Il en existe 500 allant du vert au pourpre.
II-1 Le pigment métallique
L'effet métallique d'une encre provient avant tout du pigment utilisé sous forme de poudre d'un oxyde métallique, le bronze pour une encre dorée, l'aluminium pour une encre argentée. Les pigments se présentent sous forme de copeaux plats en deux dimensions. Ils sont grossiers. Un couchage par un lubrifiant graisseux facilite la séparation des pigments lors de leur dispersion, et les empêche de s'agglomérer à froid. Le principal rôle du lubrifiant est d'améliorer la capacité des pigments à s'aligner à la surface ("leafing ") ; ils réfléchissent ainsi mieux la lumière et apparaissent brillants.
La taille des pigments, de 3,5 à 20 microns (soit sept cents fois plus grande que les pigments jaune ou noir classiques) est en général responsable du caractère réfléchissant de ceux-ci.
II-2 La préparation des pigments
On prépare les pigments par broyage dans un solvant (naphtaline), que l'on évacuera sous vide ou que l'on remplacera directement par le solvant de l'encre (eau ou éthyle acétate). Lors de la préparation, on essaye de maîtriser la taille des pigments, la forme et la vitesse du broyage qui influencent la brillance et le transfert du film d'encre.
II-3 Les procédés d'impression
Procédé d'impression Taille des pigments (µm) Transfert
Sur toile plastique ou soie 20 Pas de distribution mécanique
Héliogravure 8 -12 Dépose du pigment sur le cylindre
Flexographie < 9 Transfert par anilox
Offset < 4 Transfert de la plaque au blanchet puis au substrat
II-4 Les problèmes rencontrés
En héliogravure, on rencontre des problèmes de dépôt d'encre sur les zones non imprimantes dus aux conditions générales d'impression avec le cylindre gravé, la racle (doctor blade), et à la formulation des encres. En général, l'ajout d'une encre classique à une encre métallique améliore la qualité d'impression mais affecte cependant la brillance.
Les conditions de pression doivent être soigneusement contrôlées pour assurer un bon transfert. D'autres paramètres peuvent affecter le caractère métallique de l'encre comme la solution de mouillage, l'alignement des pigments, le piling qui peut être corrigé par un ajout de vernis, le trapping. Pantone recommande notamment d'imprimer sur un papier couché de qualité. En effet, un papier mat ou non couché a tendance à trop absorber l'encre, et la brillance chute.
On rencontre également les difficultés suivantes :
    Solution de mouillage : elle a tendance à réagir avec l'encre. La présence d'alcool ternit les particules métalliques, ce qui a comme conséquence de réduire le brillant ;
  Piling : accumulation de pigments sur le blanchet, sur les rouleaux encreurs ou sur la plaque ;
  Trapping : il apparaît lors de l'impression d'une encre métallique mélangée à une encre classique qui doit être adaptée à l'encre métallique ; son tack doit notamment être contrôlé.
II-5 L'avenir des encres métalliques
L'avenir des encres métalliques est dans les encres à l'eau qui se comportent comme des encres en dispersion. Elles sèchent rapidement, elles sont inodores, insipides. Elles sont ainsi bien adaptées pour les cigarettes et les produits alimentaires.
Vocabulaire
    Solution de mouillage :  Elle a tendance à réagir avec l'encre. La présence d'alcool ternit les particules métalliques, ce qui a comme conséquence de réduire le brillant.
  Piling : Accumulation de pigments sur le blanchet, sur les rouleaux encreurs ou sur la plaque.
  Trapping : Il apparaît lors de l'impression d'une encre métallique mélangée à une encre classique qui doit être adaptée à l'encre métallique ; son tack doit notamment être contrôlé.
 
III - Les encres perlescentes et iridescentes
Sommaire
L'utilisation d'encres à effet de perle apporte à l'imprimé une certaine profondeur, du brillant, un effet de scintillement, et un jeu de couleurs séduisant pour l'œil.
III-1 Les pigments
Effet de perleLes pigments à effet de perle contiennent de petites plaques semi-transparentes qui réfléchissent la lumière ; elles donnent à l'encre sa profondeur et son brillant. On obtient un effet satiné avec des pigments fins et un effet de scintillement avec des pigments grossiers. Les pigments sont aussi à l'origine d'interférences, on assiste à un changement de couleur selon l'angle d'observation. Cet effet est appelé l'iridescence. Les interférences de couleurs sont dues à une réflexion soit par les particules semi-transparentes, soit par le film déposé sur ces mêmes particules.
De tels pigments sont par exemple capables d'offrir plusieurs combinaisons réflexion/transmission : bleu/jaune, rouge/vert et violet/jaune-vert.
Il existe deux types de pigments : le mica couché d'un oxyde, ou le cristal d'oxychlorure de bismuth.
III-2 Le caractère métallique
Effet métalliqueLa coloration peut être rehaussée en déposant une couche d'oxyde métallique comme le dioxyde de titane et l'oxyde de fer, ou en ajoutant soit d'autres pigments à effet de perle, soit des colorants. Le dioxyde de titane offre une large gamme de blancs, d'argentés tandis que l'oxyde de fer apporte un effet métallique comparable au cuivre, bronze, laiton, ou à l'or. Ces pigments, non toxiques, qui ne se ternissent pas, peuvent ainsi être d'excellents substituts aux pigments métalliques.
III-3 Préparation de l'encre
Les pigments à base de mica sont préparés par broyage des copeaux de mica sur lesquels on dépose ensuite une fine couche d'oxyde de titane ou d'oxyde de fer. La couleur et l'effet optique dépendent de l'épaisseur de cette couche. Un effet perle blanc est le résultat d'une couche fine. En augmentant l'épaisseur la couleur progresse de l'or, au vert en passant par l'orange, le rouge, le violet et le bleu.
    
Composant Pourcentage pondéral
Pigment à base de mica : 60 %
Additif : 2 %
Véhicule : 38 %
Tableau : Exemple de formulation d'encre offset

Ceux à base d'oxychlorure de bismuth sont préparés en solution puis dispersés pour être utilisés sous forme de pigments secs ou pré dispersés dans un véhicule compatible.
 
Les pigments doivent être ajoutés après avoir mélangé le véhicule, le colorant et les additifs. Car ces deux derniers sont la cause d'une diminution de brillant du pigment.

III-4 Combinaison avec d'autres encres
Les pigments à effet de perle peuvent être imprimés seuls ou mélangés avec des pigments colorés transparents. Si les deux pigments sont de la même couleur, la couleur sera plus intense. Sinon, le pigment classique donnera sa couleur à la partie diffusée de la lumière tandis que la partie spéculaire sera de la couleur du pigment perlescent. L'encre perlescente peut aussi être utilisée comme surface réfléchissante de base sur laquelle on imprime une encre colorée transparente pour obtenir un ombrage sombre. Enfin, elle peut jouer le rôle d'encre de surimpression pour apporter profondeur et brillant.
III-5 Problèmes
Le seul paramètre à réellement contrôler, qui peut être gênant pour le transfert de l'encre et créer du piling, est la taille des pigments. Les plaquettes de mica doivent être de l'ordre de 16 microns. D'autre part l'encre atteint son maximum d'opacité et de brillant sur des papiers peu absorbants.
III-6 Conclusion
Le marché des encres métalliques est en plein essor. En parallèle, de nouveaux effets sont recherchés, qu'ils soient iridescents ou perlescents. Les couleurs se veulent vives et attrayantes. A travers la couleur, on communique l'état d'esprit du produit. On voit de nos jours l'apparition des couleurs dites "fluo" qui donnent l'impression de s'affranchir des conventions. Si le marché de la publicité est vaste, celui des faussaires l'est d'autant plus, l'encre va alors associer esthétique et sécurité.
 
IV - Les encres sécuritaires
Sommaire
Un composé fluorescent absorbe une radiation dans l'ultraviolet ou le visible et la ré-émet avec une longueur d'onde différente, souvent dans le visible ; la durée du phénomène est inférieur à 0,1 milliseconde. La phosphorescence est un phénomène similaire mais plus lent, la ré-émission continue après arrêt de la source lumineuse. La ré-émission dans le visible peut être supérieure à 100 dans les deux cas.
IV-1 Les pigments fluorescents
Les pigments luminescents (fluorescents ou phosphorescents) sont des particules de formule chimique :
n ZnS, (1-n) Cd.S : A
Dans cette formule :
    A est l'activateur (Cu pour les pigments phosphorescents ; Cu, Ag et Mn pour la fluorescence) ;
  n varie entre 0,5 et 1 pour la fluorescence, et entre 0,78 et 1 pour la phosphorescence.
Pigments luminescentsLe paramètre n influence la couleur du fond et celle de la fluorescence, ainsi que la brillance. La majorité des encres fluorescentes commercialisées sont incolores ou de teinte pastel. Dans la figure ci-contre* sont représentés des exemples de formulations de pigments et leurs spectres d'émission, "F" désignant la fluorescence et "P" la phosphorescence. La taille des particules est comprise entre 4 et 8 micromètres, en deçà on perd en brillance car on déstructure le pigment. Ces pigments ne sont pas sensibles aux solvants ni aux autres composants du véhicule.
 
* Figure dessinée à partir des données contenues dans :
  Fluorescent and Phosphorescent Inorganic Pigments, Byler W.H. et Mattis J.J.
  Pigment Handbook, Vol. I, p.881 (Wiley, 1989)
 
IV-2 Les encres luminescentes
Les encres luminescentes ont une bonne résistance à la chaleur et ne sont pas toxiques. Cependant, après une exposition prolongée au soleil et à l'humidité, certaines peuvent noircir.
On peut mélanger ces encres avec d'autres encres luminescentes pour nuancer leur couleur ou avec des encres standards. On obtient les encres dites "fluo" (les pigments luminescents apportent la brillance tandis que les pigments "classiques" apportent la couleur de fond). Elles ne peuvent cependant pas être utilisées avec un papier contenant des azurants optiques.
IV-3 Le marché
Le marché des encres luminescentes s'est étendu ces trente cinq dernières années et leur prix est de l'ordre de 100 F/livre. Les encres fluorescentes sont utilisées pour tout document à sécuriser (timbre, billet de banque, carte de crédit...) et les encres phosphorescentes pour tout document ou objet nécessitant l'apparition de l'encre en l'absence de source lumineuse (les montres, divers cadrans, etc.).
 
V - Les encres à message
Sommaire
Le message c'est l'encre. Aujourd'hui, sur un même document, on trouve une encre révélant son message à froid, une autre au soleil ou sous ultraviolet, une troisième par friction d'une pièce de monnaie. Trouver le message, et le mode de révélation, peut faire partie intégrante du jeu.
V-1 Les encres thermochromiques
5-1-1 Présentation
L'encre thermochromique est à base d'un liquide organique à structure cristalline auquel on associe des composés organiques ou inorganiques ayant des comportements thermochromiques. Le chlorure de cobalt, rose clair au départ, devient bleu à 35°C. Le sulfate de nickel, qui est vert, devient jaune à 155°C. Les encres thermochromiques sont aujourd'hui utilisées en flexographie, héliogravure, offset et pour les impressions jet d'encre. Elles peuvent aussi être incrustées dans du plastique.
5-1-2 Rôle de la gélatine
Dans une encre thermochromique, les cristaux sont micro-encapsulés dans des gouttelettes de gélatine de 13 à 20 micromètres de diamètre et de 1 à 2 micromètres d'épaisseur. La gélatine sert à protéger le cristal des autres composés organiques et garder sa composition intacte. Le cristal est très sensible aux autres composés organiques et il peut arriver que des monomères présents dans le véhicule migrent dans la couche de gélatine et réagissent avec le cristal.
5-1-3 Avantages et inconvénients
Une telle encre a plusieurs avantages. Une fine épaisseur d'encre suffit à procurer un bel effet. De plus, elle est stable en présence d'oxygène comme sous rayonnement UV. Elle ne contient pas de solvants. Enfin, il s'agit d'une encre peu chère qui met en oeuvre un process rapide et relativement bon marché.
Cependant, le domaine d'application des encres thermochromiques est limité en température puisque à l'heure actuelle la gamme s'étend de –30 à 155°C.
V-2 Les encres photochromiques
5-2-1 Présentation
L'encre photochromique change de couleur de manière réversible lorsqu'elle est exposée aux rayons ultraviolets. La préparation consiste à précipiter de l'argent en micro cristaux dont la transformation est réversible, contrairement au procédé argentique photographique. On associe à l'argent des composées photochromiques inorganiques, comme le mercure ou des métaux de transition, ou des matériaux synthétiques organiques.
5-2-2 Avantages
Les encres photochromiques sont applicables à n'importe quelle surface et leur réversibilité leur permet d'être réutilisées plusieurs fois.
 
VI - Conclusion
Sommaire
L'encre se veut variée aux effets très divers et spécifiques. L'encre n'est plus uniquement support d'information mais information à part entière. A travers sa couleur ou ses propriétés, elle joue tour à tour le rôle d'information implicite (impression visuelle) ou explicite (violation de documents, indication de la température, éclairage d'une surface...). On peut aussi combiner les effets des encres : les encres thermochromiques peuvent être associées aux encres à effet de perle. Il faut cependant être méfiant en mélangeant les effets pour ne pas les détériorer (le secteur du fiduciaire emploie une combinaison des effets cités précédemment). L'avenir est aux encres à réponse tactile qui près d'une source de lumière apparaîtront par exemple bleues, vertes loin de la source, et deviendront noires au touché. On pourra aussi associer couleur et odeur grâce aux encres aromatiques.
 
VII - Bibliographie
Sommaire
Documents imprimés
    Specialty colors - Metallic Pigments CLARKE J. Ink, Color and Environment Conference Proceedings, Orlando, 3-5 décembre 1992, New york : Foundation of Flexographic Technical Association, 1993. p 44-45.
  Fluorescent pigment and toners BIANCHI D.D. Ink, Color and Environment Conference Proceedings, Orlando, 3-5 décembre 1992, New york : Foundation of Flexographic Technical Association, 1993. p 46-47
  Pearlescent pigments ASCHNER E.M. Ink, Color and Environment Conference Proceedings, Orlando, 3-5 décembre 1992, New York : Foundation of Flexographic Technical Association, 1993. p 48-50.
  Thermochromic Materials and their use in Packaging PODHJANY R.M. Paper Film Foil Converter, vol 73, n°6, juin 1999. p 24.
  Photochromic inks : shedding light on formulating this psecialty item PODHJANY R.M. Ink World, vol 3, n°4, avr. 1997. p 86,89.
  Gaining Pearlescent effects in Printing Inks BEALE K., VENTURINI M. American Ink Maker, vol 75, n°11, nov. 1997. p 56-58, 61.
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