Préparation des couleurs (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : à la fin de ce chapitre l’élève sera capable de - manipuler avec précision les outils de pesée, de mélange et de contrôle utilisés en préparation des couleurs ; - choisir et doser les pigments, liants, solvants et additifs selon une formule donnée ; - modifier une teinte existante ou obtenir une nouvelle couleur en respectant les lois du mélange subtractif et les consignes de sécurité ; - réaliser un essai pilote, ajuster la viscosité et la teinte, puis passer à la production tout en remplissant une fiche de suivi conforme aux normes GHS et au règlement intérieur des ateliers camerounais. **Prérequis** : connaissances de base en chimie des pigments (nature organique/inorganique, solubilité), lecture d’une fiche de données de sécurité (FDS), notions de masse volumique et de viscosité, maîtrise du système métrique (g, kg, mL, L) et du pourcentage massique. --- ### Introduction contextualisée Au Cameroun, le secteur du textile et de la signalétique emploie des milliers de jeunes dans des ateliers de flocage où la qualité de la couleur détermine la conformité des uniformes scolaires, des maillots sportifs ou des banderoles publicitaires. Une mauvaise préparation entraîne des défauts de teinte, des rejets clients et des surcoûts de retouche. Maîtriser la manipulation des outils et la modification des teintes permet donc d’assurer la productivité, la sécurité des opérateurs et le respect des exigences du MINESEC/IGE en matière de formation professionnelle. --- ## I. Leçon13 – Manipulation des outils et matériaux ### A. Outils de préparation des couleurs | Outil | Fonction principale | Précision typique | |-------|---------------------|-------------------| | Balance de précision (0,01 g) | Pesée des pigments et additifs | ±0,01 g | | Agitateur mécanique à vitesse variable | Homogénéisation du mélange | 200–800 tr/min | | Mélangeur à palette (inox) | Incorporation du liant et du solvant | – | | Pipette graduée (1–10 mL) | Dosage des solvants volatils | ±0,05 mL | | Spatule en acier inox | Raclage des parois | – | | Filtre à mailles fines (80 µm) | Élimination des agglomérats | – | | Lunettes de protection, gants nitrile, masque à filtration P2 | Protection de l’opérateur | – | > **>** *Balance de précision* : instrument permettant de déterminer la masse d’un échantillon avec une incertitude inférieure à 0,01 g, indispensable pour le dosage des pigments à forte pouvoir colorant. ### B. Matériaux de base - **Pigments** : oxydes de fer (rouge, jaune, noir), pigments organiques (phthalocyanine bleue, hansa jaune), noirs de carbone. - **Liants** : résine acrylique en émulsion, vinylique, polyuréthane aqueux. - **Solvants** : eau déionisée, alcool isopropylique (pour les systèmes à faible teneur en COV), white spirit (pour les systèmes à base de solvant). - **Additifs** : agents de mouillage (surfactifs non ioniques), dispersants (polyacrylates), stabilisateurs de pH (triéthanolamine), anti‑mousse (silicone). ### C. Procédure de pesée et de dosage (pas à pas) 1. **Calibration** : placer la balance sur une surface stable, effectuer la tare du récipient vide. 2. **Pesée du pigment** : selon la formule, peser la masse souhaitée (ex. 5 % du poids total). Noter la valeur. 3. **Ajout du liant** : verser le liant préalablement préchauffé à 40 °C pour faciliter la dispersion. 4. **Introduction du solvant** : ajouter le solvant en respectant le ratio liquide/solide indiqué (souvent 30–40 % du poids total). 5. **Mélange mécanique** : régler l’agitateur à 400 tr/min, mélanger 5 min, puis augmenter à 600 tr/min pendant 3 min pour détruire les agglomérats. 6. **Contrôle de la viscosité** : mesurer avec un viscosimètre à bille tombée ; viser 150–250 mPa·s pour une application au rouleau. Si trop visqueux, ajouter 2–5 % d’eau ou de solvant ; si trop fluide, incorporer 1–2 % de liant supplémentaire. 7. **Filtration** : passer le mélange à travers un filtre 80 µm pour éliminer les particules non dispersées. 8. **Étiquetage** : indiquer la date, le numéro de lot, la composition en pourcentage et les pictogrammes GHS (irritant, inflammable si applicable). > **>** *Viscosité* : résistance d’un fluide à l’écoulement, exprimée en millipascal‑seconde (mPa·s) ; elle conditionne la qualité du dépôt lors du flocage. ### D. Normes de sécurité et d’hygiène - Porter en permanence lunettes de protection, gants nitrile et masque P2 lors de la manipulation de pigments en poudre. - Travailler sous hotte aspirante ou dans un local doté d’une extraction locale débit ≥ 0,5 m³/s. - Stocker les solvants inflammables dans des armoires coupe‑feu, éloignés des sources de chaleur. - Étiqueter chaque récipient selon le système GHS (pictogrammes, phrases de risque, conseils de prudence). - Collecter les déchets de solvants dans des conteneurs dédiés destinés à la valorisation ou à l’incinération agréée. ### E. Exemple d’atelier au Cameroun Dans un lycée de Yaoundé, l’atelier de flocage doit produire 10 kg d’encre rouge pour les blouses des élèves. La formule retenue est : 8 % d’oxyde de fer rouge, 82 % de liant acrylique, 10 % d’eau déionisée. - Pesée : 0,8 kg de pigment, 8,2 kg de liant, 1,0 kg d’eau. - Après mélange à 500 tr/min pendant 6 min, la viscosité mesurée est de 180 mPa·s, conforme au cahier des charges. - Le lot est enregistré sous le numéro **FL‑R‑2025‑01** et soumis à un contrôle de teinte par comparaison à un nuancier Pantone 18‑1663 TPX. --- ## II. Leçon14 – Modification et obtention de nouvelles teintes ### A. Théorie des couleurs (modèle subtractif) Les pigments agissent par absorption sélective de la lumière ; le mélange de deux pigments soustrait leurs longueurs d’onde respectives. Le cercle chromatique subtractif utilise les primaires **cyan (C)**, **magenta (M)** et **jaune (Y)** ; le noir (K) sert à approfondir les tons. > **>** *Loi de Beer‑Lambert (simplifiée)* : $A = \varepsilon \cdot c \cdot l$, où $A$ est l’absorbance, $\varepsilon$ le coefficient d’absorption (L·mol⁻¹·cm⁻¹), $c$ la concentration (mol·L⁻¹) et $l$ l’épaisseur du trajet (cm). Elle justifie que la teinte varie linéairement avec la concentration du pigment dans une gamme raisonnable. ### B. Méthodes de modification 1. **Ajout de pigments primaires** : variation de la proportion de C, M, Y ou K pour déplacer la teinte dans le cercle chromatique. 2. **Utilisation de teintes mères** : partir d’une base déjà proche (ex. vert forêt) et ajuster avec de petites quantités de pigments correcteurs. 3. **Joueur sur la concentration** : augmenter ou diminuer le pourcentage de pigment tout en maintenant le liant constant pour éclaircir ou assombrir. 4. **Influence du liant** : un liant plus brillant augmente la perception de saturation ; un liant mat réduit l’intensité perçue. ### C. Procédé pas à pas pour obtenir une nouvelle teinte 1. **Définir la cible** : comparer l’échantillon souhaité à un nuancier (ex. vert forêt, code Pantone 5535 C). 2. **Mesurer la reflectance** : si un spectrophotomètre est disponible, relever les valeurs L\*, a\*, b\* ; sinon, utiliser une comparaison visuelle sous lumière normale (5000 K). 3. **Calculer les proportions** : consulter un tableau de mélange pré‑établi ou utiliser un logiciel de formulation (ex. ColorThink). 4. **Réaliser un essai pilote** : préparer 100 g de mélange selon les proportions calculées, mélanger comme décrit en Leçon13, laisser reposer 15 min, puis mesurer la teinte. 5. **Ajuster** : si la déviation ΔE\* > 2, corriger en ajoutant 0,5–1 % du pigment déficient ou en excès, puis refaire un essai. 6. **Passer à la production** : une fois la teinte validée, préparer le lot complet en respectant les mêmes paramètres de mélange et de viscosité. ### D. Tableau récapitulatif des mélanges de base (exemple) | Pigment de base | Teinte obtenue (approx.) | Proportion typique (% poids) | |-----------------|--------------------------|------------------------------| | Oxyde de fer rouge | Rouge brique | 60 | | Oxyde de fer jaune | Jaune ocre | 30 | | Noir de carbone | Noir | 10 | > **>** *Teinte mère* : couleur de base utilisée comme point de départ pour les mélanges ; elle permet de réduire le nombre d’essais nécessaires. ### E. Exemple chiffré entièrement résolu **Objectif** : obtenir 5 kg d’encre vert forêt contenant 40 % de pigment bleu phthalocyanine (PB), 30 % de pigment jaune hansa (PY) et 30 % de liant acrylique (en masse totale). 1. **Masse de chaque composant** : - PB : $5 kg \times 0,40 = 2,0 kg$ - PY : $5 kg \times 0,30 = 1,5 kg$ - Liant : $5 kg \times 0,30 = 1,5 kg$ 2. **Vérification** : $2,0 + 1,5 + 1,5 = 5,0 kg$ (cohérence). 3. **Procédé** : peser 2,0 kg de PB, 1,5 kg de PY dans le récipient de la balance, ajouter 1,5 kg de liant préchauffé à 40 °C, mélanger à 450 tr/min pendant 5 min, puis ajuster la viscosité à 200 mPa·s avec 50 g d’eau déionisée si nécessaire. 4. **Contrôle de teinte** : comparaison à l’échantillon Pantone 5535 C donne ΔE\* = 1,8 (acceptable). > **>** *ΔE\** : différence de couleur perçue dans l’espace CIELAB ; une valeur inférieure à 2 est généralement indiscernable à l’œil nu sous éclairage standard. ### F. Sécurité lors de la modification - Manipuler les pigments en poudre sous hotte pour éviter l’inhalation de poussières pouvant provoquer une irritation respiratoire. - Utiliser des gants nitrile résistants aux solvants lorsqu’on ajoute de l’alcool isopropylique ou du white spirit. - Étiqueter immédiatement chaque récipient d’essai avec la formule, la date et le numéro de lot pour assurer la traçabilité. - Ne jamais mélanger un oxyde de fer avec un solvant fortement acide sans test préalable de compatibilité (risque de précipitation). --- ## Synthèse du chapitre - **Outils** : balance de précision, agitateur, mélangeur, pipettes, filtres, EPI. - **Matériaux** : pigments (oxydes, organiques), liants acryliques/vinyliques, solvants (eau, alcool, white spirit), additifs (dispersants, anti‑mousse). - **Procédure de préparation** : calibration, pesée, ajout liant/solvant, mélange contrôlé, contrôle viscosité, filtration, étiquetage. - **Sécurité** : port EPI, ventilation, stockage conforme GHS, gestion des déchets. - **Théorie des couleurs** : modèle subtractif CMYK, loi de Beer‑Lambert, influence de la concentration et du liant. - **Modification de teinte** : définition cible, mesure reflectance, calcul proportions, essai pilote, ajustement, validation. - **Exemple concret** : préparation de 5 kg de vert forêt (40 % PB, 30 % PY, 30 % liant) avec calcul détaillé et contrôle ΔE\* < 2. - **Bonnes pratiques** : suivre les fiches de données de sécurité, tenir un registre de lot, vérifier la viscosité avant application. --- ## Glossaire - **Pigment** : substance insoluble qui confère la couleur par dispersion dans un milieu. - **Liant** : polymère ou résine qui fixe le pigment sur le support et forme le film après séchage. - **Solvant** : liquide qui ajuste la viscosité et facilite l’application ; peut être aqueux ou organique. - **Additif** : composé ajouté en faible quantité pour améliorer mouillage, dispersion, stabilité du pH ou empêcher la formation de mousse. - **Viscosité** : mesure de la résistance d’un fluide à l’écoulement, exprimée en mPa·s. - **Teinte mère** : couleur de base utilisée comme point de départ pour les mélanges de pigments. - **ΔE\*** : différence de couleur perçue dans l’espace CIELAB ; ΔE\* < 2 généralement indiscernable à l’œil nu. - **Loi de Beer‑Lambert** : relation $A = \varepsilon \cdot c \cdot l$ liant l’absorbance à la concentration du pigment. - **GHS** : Système général harmonisé de classification et d’étiquetage des produits chimiques. - **FDS** : Fiche de données de sécurité, document obligatoire décrivant les dangers et les précautions d’emploi d’un produit chimique. - **Spectrophotomètre** : appareil mesurant la reflectance ou la transmittance d’un échantillon selon la longueur d’onde. - **Neutralisation** : opération consistant à ajuster le pH d’une formulation à l’aide d’un acide ou d’une base. - **Émulsion** : dispersion de gouttelettes d’un liquide dans un autre liquide immiscible, stabilisée par un surfactant. - **Filtrat** : liquide ayant traversé un filtre, exempt de particules supérieures à la taille de la maille. - **Lot** : quantité de produit fabriquée sous les mêmes conditions et identifiée par un numéro unique. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Manipulation des outils et matériaux **Situation** : Un atelier de Douala doit préparer 8 kg d’encre bleue pour des casquettes d’entreprise. La formule est : 12 % de pigment bleu phthalocyanine, 78 % de liant acrylique, 10 % d’eau déionisée. **Consignes** : 1. Calculer les masses de chaque composant. 2. Décrire les étapes de pesée et de mélange en respectant les consignes de sécurité. 3. Indiquer la viscosité cible (180–220 mPa·s) et la façon de l’ajuster si nécessaire. **Corrigé** : 1. **Masses** : - Pigment : $8 kg \times 0,12 = 0,96 kg$ - Liant : $8 kg \times 0,78 = 6,24 kg$ - Eau : $8 kg \times 0,10 = 0,80 kg$ 2. **Étapes** : - Tare du récipient en inox sur la balance de précision (0,01 g). - Peser 0,96 kg de PB, noter la valeur. - Ajouter 6,24 kg de liant préchauffé à 40 °C. - Verser 0,80 kg d’eau déionisée. - Régler l’agitateur à 450 tr/min, mélanger 5 min, puis augmenter à 650 tr/min pendant 3 min. - Porter des lunettes de protection, gants nitrile et masque P2 durant toute l’opération. - Travailler sous hotte d’extraction débit 0,6 m³/s. 3. **Viscosité** : Mesurer avec un viscosimètre à bille tombée. Si la valeur est < 180 mPa·s, ajouter 20–30 g d’eau ; si > 220 mPa·s, incorporer 10–20 g de liant supplémentaire et remélanger 2 min. Noter la valeur finale et l’inscrire sur la fiche de lot. ### Exercice 2 – Modification et obtention de nouvelles teintes **Situation** : Un client demande une teinte « vert olive » pour des polos scolaires. Le nuancier de référence indique un vert avec L\* = 45, a\* = ‑10, b\* = 20. L’atelier dispose de deux teintes mères : - **TM1** : vert clair (L\* = 55, a\* = ‑5, b\* = 15) composé de 30 % PB, 20 % PY, 50 % liant. - **TM2** : vert foncé (L\* = 35, a\* = ‑15, b\* = 25) composé de 50 % PB, 30 % PY, 20 % liant. **Consignes** : 1. Déterminer, par règle de mélange linéaire, les proportions de TM1 et TM2 nécessaires pour obtenir la teinte cible. 2. Calculer la composition finale en pourcentage de PB, PY et liant. 3. Proposer un essai pilote de 150 g et indiquer les ajustements éventuels si le ΔE\* mesuré est de 3,5. **Corrigé** : 1. **Mélange linéaire** : On cherche $x$ (fraction de TM1) et $1-x$ (fraction de TM2) tels que : - $L\* = x·55 + (1-x)·35 = 45$ → $55x + 35 -35x = 45$ → $20x = 10$ → $x = 0,5$. - Donc 50 % de TM1 et 50 % de TM2. 2. **Composition finale** : - PB : $0,5·30\% + 0,5·50\% = 15\% + 25\% = 40\%$ - PY : $0,5·20\% + 0,5·30\% = 10\% + 15\% = 25\%$ - Liant : $0,5·50\% + 0,5·20\% = 25\% + 10\% = 35\%$ Vérification : $40+25+35 = 100\%$. 3. **Essai pilote (150 g)** : - PB : $150 g × 0,40 = 60 g$ - PY : $150 g × 0,25 = 37,5 g$ - Liant : $150 g × 0,35 = 52,5 g$ Mélanger comme en Leçon13, laisser reposer 15 min, mesurer la teinte. - Si ΔE\* = 3,5 (> 2), la teinte est trop saturée ou trop claire. - Ajuster en ajoutant 2 g de liant (pour éclaircir) ou 1 g de PY (pour verdoyer) puis remélanger 2 min et re‑mesurer. - Répéter jusqu’à obtenir ΔE\* ≤ 2, puis valider le lot. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |------------------|-------------|--------------------------------------| | **Mauvaise tare de la balance** | Dosage erroné du pigment → teinte hors spécification | Toujours effectuer la tare du récipient vide avant chaque pesée ; vérifier la calibration hebdomadaire avec un poids étalon. | | **Omission du masque P2 lors de la manipulation de pigments en poudre** | Inhalation de poussières → irritation respiratoire, risque de sensibilisation | Porter systématiquement un masque à filtration P2 (ou supérieur) lorsqu’on travaille avec des pigments secs ; travailler sous hotte d’aspiration. | | **Mélange trop rapide (vitesse > 800 tr/min)** | Entrée d’air bulleuse, formation de mousse, mauvaise homogénéité | Régler l’agitateur selon les recommandations du fabricant (généralement 400–650 tr/min) ; augmenter progressivement la vitesse. | | **Utilisation d’un solvant non compatible avec le liant** | Précipitation, séparation de phases, perte d’adhérence | Consulter la fiche de compatibilité du liant ; effectuer un petit test de miscibilité avant échelle industrielle. | | **Stockage des solvants près d’une source de chaleur** | Risque d’incendie ou d’explosion | Entreposer les solvants dans une armoire coupe‑feu, éloignée des chauffe‑eau, des soudures ou des panneaux solaires. | | **Absence d’étiquetage GHS sur les récipients d’essai** | Perte de traçabilité, mauvaise manipulation ultérieure | Étiqueter immédiatement chaque récipient avec la formule, la date, le numéro de lot et les pictogrammes de danger correspondants. | --- *Fin du cours.*