Le LNE-LCM réalise des étalonnages d’éprouvettes utilisées comme matériaux de référence sur les brillancemètres industriels. Pour les éprouvettes non diffusantes, il n’y a pas de problème particulier mais ce n’est pas le cas pour les matériaux diffusants : La configuration géométrique de l’installation existante est à modifier pour améliorer les incertitudes de mesure, en améliorant notamment la reproductibilité du positionnement des échantillons. Cela permettra de mesurer l’indice de brillant de matériaux liquides pour répondre à des besoins industriels croissants (cosmétologie, agroalimentaire) .
Objectifs
La mise à niveau de l’installation existante pour étendre les possibilités de mesure vers les faibles niveaux de brillant (matériaux diffusants) et pour améliorer les incertitudes de mesure sur tout le domaine de mesure.
La mise en œuvre d’une nouvelle installation permettant d’obtenir une incertitude inférieure à 1 ub (unité de brillant), quel que soit le niveau de brillant de l’échantillon.
Résumé et premiers résultats
Le cahier des charges fixé pour la nouvelle installation est d’améliorer la mise en œuvre des échantillons, d’étendre le domaine de mesure du banc d’étalonnage existant, de pouvoir effectuer les mesures dans toutes les directions de mesure et d’effectuer des mesures sur des matériaux liquides ou gels.
Sur la base de ce cahier des charges, un nouveau banc de mesure a été conçu, fabriqué et qualifié. Il permet d’effectuer des mesures d’indice de brillant dans toutes les directions et pour tous les niveaux de brillant de 0 et 120 ub (unité de brillant).
L'instrumentation est constituée d'une source, d'un système de lentilles qui crée un faisceau de lumière sur la surface d'essai, et d'un récepteur muni d'une optique appropriée, d'un diaphragme et d'une photodiode pour la détection du cône de lumière réfléchie par la surface d'essai. Cette instrumentation répond notamment à différentes exigences de la norme ISO 2813 concernant la source, l’étalon de référence, le récepteur et les géométries de mesure (pour les trois directions : 20°, 60° et 85°).
La valeur de brillant B d’un matériau d’indice n sous pour un angle d’incidence a est défini par :
L’étalon de référence est une lame prismatique de (70×70) mm2 étalonnée en indice de réfraction à la longueur d’onde de 587,6 nm sur un banc de mesure absolue d’indice de réfraction du LCM.
L’installation développée permet la mise en place des échantillons diffusants et spéculaires avec une excellente reproductibilité ; ce qui constitue la principale amélioration. L’automatisation des mesures permet d’obtenir de nombreux résultats dans des conditions variées.
Pour l’étalonnage des éprouvettes de brillant spéculaire compris entre 80 ub et 120 ub, la nouvelle installation a permis une réduction de l’incertitude d’au moins un facteur 3 par rapport à l’ancien banc de mesure ; soit une incertitude élargie (k = 2) de 0,1 ub, 0,2 ub et 0,3 ub respectivement pour les configurations angulaires à 20°, 60° et 85°.
Des investigations complémentaires sur les étalons « Semi-Gloss » pourraient être faites avec le nouveau banc de mesure de BRDF pour expliquer des écarts dans les résultats obtenus sur des échantillons diffusants mais déjà les résultats obtenus indiquent que les spécifications inscrites dans la norme ISO 2813 nécessiteraient une révision et un complément.
Impacts scientifiques et industriels
- extension du domaine de mesure de l’indice de brillant au LCM vers les matériaux diffusants ;
- extension des configurations de mesure à toutes les directions ;
- extension des possibilités de mesure aux matériaux liquides (échantillon en position horizontale)
- amélioration des incertitudes de mesure du brillant et de l’talonnage des brillancemètres industriels.