Nanomania

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Quelle est l’importance de la résolution dans le choix d’un spectrocolorimètre ?

Merci aux progrès de la micro-électronique de ces dernières années d’avoir de plus en plus miniaturisé, rendu plus puissant et plus souple d’utilisation les appareils de mesure de la couleur. Quiconque s’intéresse aujourd’hui à ce type d’appareil est confronté à un véritable casse-tête : de nombreux modèles, plusieurs fabricants. Lequel choisir et sur quels critères ? Les caractéristiques de choix les plus évidentes semblent être le prix et les spécifications techniques : le nombre d’espaces colorimétriques disponibles, la capacité de mémorisation, la facilité d'utilisation, les accessoires ...

Mais la « précision » est pourtant bien plus importante et c’est là que commence la confusion.

La résolution, c’est bien...

Un spectrocolorimètre mesure le spectre d’une couleur ou plus exactement les facteurs spectraux de réflexion de l’échantillon à analyser dans le domaine visible. L’exactitude dépend donc du capteur spectral. Ceci n’est toutefois qu’une demi-vérité. L’éclairage, la géométrie (par ex. la symétrie et le rapport d’ouverture de la sphère d’Ulbricht) ainsi que l’optique ont une notable influence sur la justesse et sur la concordance des appareils de mesure. La qualité de ces composants n’est que difficilement perceptible au travers de chiffres et ne peut être formellement décrite dans les brochures.

En revanche, les performances du capteur peuvent être quantifiées. La résolution spectrale (résolution nanométrique) est principalement considérée comme un élément de qualité par excellence. A tort toutefois : il va de soi qu’une meilleure résolution peut entraîner de meilleurs résultats sur des appareils de même type à capteurs identiques. Cependant, aucun fabricant ne propose un même appareil avec divers capteurs. Il faut donc procéder à une comparaison globale des appareils.

… la justesse de mesure, c’est mieux

Le facteur spectral de réflexion à une longueur d’onde de l’échantillon (la valeur de réflectance) est analysé comme le pourcentage du rayonnement spectral réfléchi à cette longueur d’onde. La précision d’analyse de ces facteurs spectraux de réflexion composant la courbe spectrale est l’un des critères de mesure de la justesse colorimétrique. Chaque point de la courbe possède deux coordonnées: sa longueur d’onde en nm et son degré de réflexion en pourcentage (fig. 1). Il est important que ces deux coordonnées soient déterminées avec exactitude et reproductibilité. La résolution spectrale (le nombre de points de mesure sur le domaine spectral) n’a pas autant d’importance que le degré d’exactitude avec lequel sont déterminés ces points. A quoi sert une résolution spectrale élevée si le pointage des longueurs d’onde varie de mesure en mesure ou si les valeurs des facteurs spectraux de réflexion fluctuent dans une fourchette d’un dixième de point de pourcentage ?

Ce n’est que lorsque ces paramètres sont enregistrés avec une grande précision que la résolution spectrale représente elle aussi un facteur important. La résolution nécessaire dépend en outre de la pente de la courbe : pente abrupte ou non. Un pas de 10 nm est suffisant lors de la mesure colorimétrique de corps par réflexion, parfois même 20 nm. Il peut être nécessaire de disposer de résolutions plus élevées, en particulier dans le domaine de la photométrie. Konica Minolta a développé pour cette application un spectroradiomètre d’une résolution de 0,9 nm (CS-2000), capable de mesurer également la discontinuité du spectre d’émission de lampes fluorescentes, lampes à décharge et LEDs. De telles discontinuités de spectres n’interviennent pas dans la mesure colorimétrique des corps par réflexion.

La largeur de bande du monochromateur est-elle correcte?

Le monochromateur sépare la lumière réfléchie par l’échantillon en composantes spectrales, le capteur les convertit ensuite en courant électrique. Le monochromateur est donc responsable de la résolution spectrale, alors que le capteur définit la précision de mesure du signal. Le nombre de capteurs se trouvant derrière le monochromateur définit la résolution spectrale qui est précisée dans la brochure. Mais le monochromateur atteint-il lui aussi cette résolution ? On peut le vérifier au vu de la largeur de bande qui indique avec quelles imperfections une longueur d’onde est résolue par le monochromateur. Elle devrait être du même ordre de grandeur que la résolution du capteur. Une résolution de 3 nm n’est nullement significative si le monochromateur placé en amont n’arrive qu’à 10 nm. C’est comme si une voiture de tous les jours possédait un moteur de Formule1.

Le bruissement des arbres…

… peut avoir un effet apaisant sur votre âme. Le bruit électrique des photo-détecteurs peut cependant mettre vos nerfs à vif. Ce phénomène est connu de la photographie numérique : augmenter le nombre de pixels sans changer la taille du capteur augmentera certes la résolution, mais la dimension de chaque élément du CCD inévitablement diminuera. Mais plus la taille de l’élément est faible, moins il est sensible au signal, et plus le bruit électrique augmente. Dans le cas de faibles valeurs de facteurs spectraux – comme pour les matériaux sombres – ce bruit de fond influence négativement le résultat et la répétabilité de la mesure (en photographie numérique, les zones qui devraient être noires présentent des nuances colorées). Il est parfois intéressant de coupler plusieurs éléments. Dans ce cas, la résolution originale de – disons par exemple – 2nm délivrera une valeur de 10nm, l’avantage de la haute résolution de départ servant donc uniquement à se résoudre par elle-même !

D’autres paramètres…

…dans la pratique ont souvent beaucoup plus d’influence. Même en utilisant le meilleur équipement qui intègre les toutes dernières technologies, l’exactitude de la mesure dépend avant tout de la couleur et de l’état de surface de l’échantillon à analyser, de la courbure de sa surface plutôt que de la résolution de l’instrument. C’est la raison pour laquelle la qualité de l’appareil ne peut être exprimée sous forme de simples chiffres. Elle ne peut être mise en lumière que par un test pratique avec de véritables échantillons.