Techniques d’impression d’images numérisées.PDF

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Techniques d’impressiond’images numérisées

par Jean-Jacques ELTGENDirection Scientifique, Nipson Printing Systems, Groupe BullIngénieur de l’École Nationale Supérieure de l’Aéronautique et de l’Espace (ENSAE)Membre de la Society for Imaging Science & Technology (IS&T)et de la Technical Association for Graphic Arts (TAGA)

et article est plus particulièrement consacré aux techniques d’impressiond’images numériques, complexes et variables. À ce titre, seules les tech-

nologies dites non-impact, qui constituent l’essentiel des recherches et des évo-lutions actuelles, y sont abordées en détail. Les méthodes d’impression parimpact, plus anciennes bien que toujours utilisées, ne sont pas décrites ici. Ellesfont l’objet de l’article Imprimantes [H 1 420], traité Informatique. Enfin, les tech-niques conventionnelles d’impression d’images fixes (imprimerie) ne sontmentionnées que dans la mesure où elles constituent une référence ou un pointde mire important.

Le lecteur pourra se reporter aux articles Restitution des Images de ce traité.

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1. Origine et évolution des techniques d’impression......................... E 5 670 - 21.1 De l’image fixe à l’image variable .............................................................. — 21.2 De l’impression par impact à l’impression sans impact .......................... — 2

2. Caractéristiques de l’image imprimée ............................................... — 42.1 Caractéristiques densitométriques ............................................................ — 42.2 Caractéristiques géométriques................................................................... — 52.3 Bruits............................................................................................................. — 72.4 Restitution des gris...................................................................................... — 72.5 Caractéristiques colorimétriques ............................................................... — 92.6 Robustesse................................................................................................... — 9

3. Classification des technologies ........................................................... — 103.1 Classement par procédés physico-chimiques........................................... — 103.2 Classement par applications....................................................................... — 103.3 Critères binaires........................................................................................... — 103.4 Grille d’analyse des familles non-impact .................................................. — 103.5 Classification par niveaux de prix .............................................................. — 12

4. Principales familles de techniques non-impact .............................. — 124.1 Famille électrographique ............................................................................ — 124.2 Famille thermique........................................................................................ — 124.3 Famille jet d’encre ....................................................................................... — 154.4 Famille électrostatique................................................................................ — 184.5 Famille magnétique..................................................................................... — 26

5. Perspectives .............................................................................................. — 275.1 Bilan des évolutions passées...................................................................... — 275.2 Tendances nouvelles ................................................................................... — 285.3 Convergence de l’impression numérique et de l’imprimerie ? ............... — 28

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. E 5 670

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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.© Techniques de l’Ingénieur, traité Télécoms E 5 670 − 1

TECHNIQUES D’IMPRESSION D’IMAGES NUMÉRISÉES ________________________________________________________________________________________

1. Origine et évolutiondes techniques d’impression

L’histoire de l’image se confond avec celle de la civilisation.L’image est d’abord œuvre d’art ou monument, unique et quasiintransportable. Puis elle devient outil de communication, et lebesoin accru de diffusion conduit à mécaniser sa reproduction fidèleet massive. Finalement, la production incessante d’informationsnouvelles et vite périmées appelle à la création dynamique desimages.

1.1 De l’image fixe à l’image variable

Littéralement, imprimer signifie « laisser une empreinte surquelque chose ». Plus précisément, il s’agit ici de reporter sur unsupport permanent des caractères ou des dessins, que nous dési-gnerons par image au sens large du terme. L’image imprimée doitbien entendu être visible par l’œil humain, c’est-à-dire que ses élé-ments constitutifs doivent donner lieu à des différences de réflexiond’une lumière incidente par rapport au fond du support.

1.1.1 Retrait ou apport de matière

Longtemps, le contraste nécessaire à l’image a été obtenu parretrait de matière d’un support massif, donc lourd et peu trans-portable (tablettes gravées en pierre, argile, bois). Bientôt, c’est leconcept symétrique qui s’impose. L’utilisation d’un apport dematière à fort contraste (colorant, peinture, encre) s’accommode desupports légers et moins encombrants, donc plus facilement trans-portables (peaux, papyrus, papier). Beaucoup plus tard, desméthodes physico-chimiques apparaissent, qui se contentent dechanger localement la couleur de composés préexistants dans lesupport (papier photographique ou thermosensible, § 4.2.1.1).

1.1.2 Forme imprimante et images fixes

L’apport de matière colorante s’est longtemps effectué de façonpurement manuelle, par l’intermédiaire de pinceaux ou de plumes,avant que la notion de forme imprimante n’apparaisse. La formeimprimante (figure 1), soit en relief (typographie), soit en creux(héliogravure), soit à plat (offset), permet la reproduction de masse.L’imprimerie traditionnelle, aboutissement de cinq siècles d’évolu-tion, offre maintenant toutes les garanties de reproductibilité,stabilité et transportabilité des documents imprimés. Mais l’infor-mation portée par la forme imprimante est fixe. Tout changementde l’image, aussi faible soit-il, passe par la fabrication et le montagesur la presse d’une nouvelle forme, processus long et coûteux.

1.1.3 Images numériques variables

Le formidable développement de l’ordinateur s’est accompagnéd’un besoin croissant en impression d’images. Les images en sortied’ordinateur sont définies de façon numérique. L’informationqu’elles contiennent est variable d’une page à l’autre (informationdynamique) par opposition à l’information fixe (ou statique) del’imprimerie.

1.2 De l’impression par impactà l’impression sans impact

Nota : pour plus de détails sur l’impression par impact, le lecteur pourra se reporter àl’article Imprimantes [H 1 420] dans le traité Informatique.

Dans un premier temps, les images en sortie d’ordinateur restentpurement numériques ou textuelles. Les efforts portent d’abord surle perfectionnement de techniques par impact, directement dérivéesde la machine à écrire. Puis, le besoin croissant en sortie graphiquefait émerger le concept de l’impression matricielle par points. Enfin,la recherche permanente de vitesse, capitalisant sur l’acquis del’approche matricielle, oriente les développements vers les tech-niques sans impact. Ces dernières tendent maintenant à se géné-raliser à l’ensemble de la gamme de vitesses.

Liste des abréviations

cps caractères par secondedpi dots per inch = points par inchlp/ in paires de lignes par inchlpi lignes par inchppm pages par minute

Figure 1 – Techniques de l’imprimerie traditionnelle (image fixe)

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.E 5 670 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Télécoms

________________________________________________________________________________________ TECHNIQUES D’IMPRESSION D’IMAGES NUMÉRISÉES

1.2.1 Impression par impact à caractères préformés

Avec les premières téléimprimantes, les codes fournis par l’ordi-nateur déclenchent automatiquement la percussion du papier, àtravers un ruban encreur, par des marteaux munis d’images en reliefdes caractères alphanumériques désirés. En quelque sorte, la formeimprimante est confondue avec la masse frappante, et la vitesse esttrès lente. Très vite, une première évolution consiste à séparer et àspécialiser les fonctions. Les marteaux sont réduits à leur stricte fonc-tion de frappe alternative, à fréquence toujours plus grande. Lesformes imprimantes, constituées par les gravures en relief des carac-tères, sont regroupées (figure 2) sur des supports en mouvementcontinu (roues, tambours, chaînes, trains ou bandes). Cela réduit lestemps d’adressage (temps d’accès à la gravure désirée pour uneposition d’impression donnée), donc augmente la vitesse. Toutes cestechniques sont généralement qualifiées d’impression par impact àcaractères préformés (solid font ).

1.2.2 Limitation typographiquedes caractères préformés

Vers la fin des années 70, les imprimantes impact parallèles (autantde marteaux que de colonnes à imprimer) atteignaient 1 000à 2 000 lignes par minute (lpm). Au-delà, l’inertie des marteauxrendait aléatoire toute augmentation significative de vitesse. L’accèsséquentiel aux gravures limitait le nombre de caractères par police(48, puis 64, plus rarement 128 caractères distincts). Enfin, la naturefixe des formes imprimantes n’offrait que peu de souplesse en termede taille des caractères [le plus souvent 10 caractères par inch (cpi)et 6/8 lignes par inch (lpi)], ou de style des polices. L’impression infor-matique restait donc loin des canons de l’imprimerie traditionnelleen matière d’arts graphiques.

1.2.3 Impression impact matricielle

La recherche d’une plus grande souplesse typographique, viteassociée à un besoin croissant en impression purement graphique,donne lieu à une deuxième évolution, l’impression matricielle.L’idée, très simple, consiste à réduire la forme imprimante à un seulpoint élémentaire, le plus souvent matérialisé par l’extrémité d’unetige en translation (imprimantes à aiguilles). L’image, quelconque,est alors reconstruire par juxtaposition de points, tous identiques(figure 3). La simplification électromécanique qui en résulte se tra-duit par une plus grande sophistication du traitement électroniqueassocié. La banalisation des microprocesseurs, mais surtout desmémoires vives (RAM) nécessaires au stockage local des cartes depoints (bitmaps ) représentant les formes de caractère, facilite cetteévolution.

1.2.4 Vitesse limitée de l’impact matriciel

La richesse typographique apportée par l’approche matricielle sepaie cependant par une régression de la vitesse d’impression parrapport à celle des grandes imprimantes à caractères préformés. Eneffet, en dépit de cadences de frappe de l’aiguille individuelletoujours améliorées, le nombre d’aiguilles par tête d’impression,ainsi que le nombre de têtes par machine restent sévèrement limités,sous peine de dégrader fiabilité et compétitivité. Vers la fin desannées 70, une imprimante à impact matriciel, équipée d’une têteà 7 ou 9 aiguilles, atteignaint typiquement 100 à 200 caractères parseconde (cps), soit une production d’au moins un ordre de grandeurinférieur à ses aînées à caractères préformés. Enfin, la qualitéd’impression restait médiocre, du fait du nombre de points limitéà moins de 4 points/mm ou 100 dpi (dots/inch, § 2.2.2) et de leur fortetaille.

1.2.5 Impression sans impact

Au départ du moins, c’est la limitation en vitesse de l’impressionpar impact, due à l’inertie des masses frappantes, qui a motivé unetroisième évolution et conduit à l’éclosion de technologies d’impres-sion sans percussion. Nous utiliserons pour les désigner le vocablenon-impact, que l’usage a consacré, ainsi que le sigle NIP (non impactprinting ).

1.2.5.1 Performance

L’idée de base consiste à remplacer la percussion à l’aide demasses frappantes, aussi miniaturisées soient-elles, par des pro-cessus physico-chimiques. À l’exception du papier, les seulesmasses en mouvement seraient alors celles, très faibles, des par-ticules ou gouttes d’encre. C’est ainsi que, dès le début desannées 70, quelques imprimantes NIP produisaient déjà plusieursdizaines de milliers de lignes par minute (Mead, Honeywell). Laqualité d’impression restait néanmoins médiocre, avec des densitésde points de l’ordre de 100 dpi. C’est l’émergence de l’électro-photographie laser (§ 4.4.2) qui, dans la deuxième moitié des années70, a apporté ses lettres de noblesse à l’impression non-impact, avecdes densités de 144 et 180 dpi, et des vitesses de l’ordre de 200 pagespar minute ou ppm (IBM 3800, Siemens ND2 ).

Figure 2 – Impression par impact à caractères préformés



1.2.5.2 Qualité et souplesse graphiques

La prise de conscience des autres avantages potentiels des tech-niques NIP n’est apparue que dans un deuxième temps : absencede bruits de percussion, bien sûr, mais, surtout, inégalable souplessede dessin en modes alphanumérique et graphique. Plus avancéesque leurs aînées en matière de fonctions graphiques, ce sont alorsles petites imprimantes bureautiques de faible débit (< 20 ppm) qui,dès le milieu des années 80, ont pris le relais et ont amené la qualitéd’impression à un niveau bientôt comparable à celui des artsgraphiques. Ce sont elles aussi qui, en ce début des années 90,commencent à introduire de façon courante l’impression d’imagespolychromes (à des vitesses toutefois très faibles, souvent < 1 ppm).

2. Caractéristiquesde l’image imprimée

Les progrès de qualité d’impression (QI) apportés par les tech-nologies non-impact ont conduit à mieux formaliser et quantifiercette notion, restée relativement subjective jusque-là. Bien qu’aucunsystème normalisé n’existe encore, les principales grandeurs carac-téristiques de la QI intrinsèque sont généralement regroupées entrois grandes catégories : densitométrie, géométrie et bruit (défauts,parasites). Dans chaque catégorie, l’analyse peut se faire à trois

niveaux : le point élémentaire (souvent appelé dot ou spot dans lalittérature technique), le trait (groupe unidimensionnel de points),la texture (ensemble bidimensionnel de points). Le cas du rendu desgris des images complexes avec dégradés est suffisamment impor-tant pour mériter un traitement séparé. De même, les images poly-chromes, de plus en plus fréquentes avec le développement desmicro-ordinateurs et des écrans couleurs, conduisent à considérerles attributs colorimétriques. Enfin, au-delà de l’aspect intrinsèquede la QI instantanée, il est également important de qualifier la robus-tesse de l’image, d’où une catégorie supplémentaire caractérisantsa résistance à l’environnement (longévité ).

2.1 Caractéristiques densitométriques

Cette catégorie regroupe les caractéristiques optiques quicontribuent à créer les indispensables différences de contraste entreles éléments constitutifs de l’image et son support.

2.1.1 Réflectance

La réflectance R d’un élément d’image se définit comme le rapportde l’intensité Is de la lumière réfléchie par cet élément, à celle Ie d’unelumière incidence. La réflectance varie donc en sens inverse de lanotion de noirceur. Mais c’est la grandeur physique la plus prochede la mesure. Les réflectomètres utilisés travaillent habituellementdans des conditions angulaires telles que seule la lumière rediffuséesoit prise en compte, à l’exclusion de la réflexion spéculaire(figure 4a , article Restitution des images. Notions de base sur lesécrans [E 5 650] dans le présent traité). Le papier normal a une réflec-tance proche de 70 %. La réflectance intrinsèque d’un aplat noirconstitué d’une couche épaisse et uniforme d’encre solide ou toner(§ 4.4.2.5) se situe vers 4 %.

2.1.2 Densité optique

La densité optique D (figure 4b) est une transformation mathé-matique commode destinée, d’une part à rétablir un sens croissantde la mesure du blanc vers le noir, d’autre part à tenir compte dufait que la sensibilité de l’œil humain varie dans les gris clairs, alorsque la sensation de noir sature vite à partir d’une certaine intensité.Par définition :

D = lg (1/R ) = – lgR

2.1.3 Contraste

Alors que réflectance et densité optique sont des mesuresabsolues du niveau de blanc ou de noir d’un élément d’image, lefacteur de contraste ou PCS (Print Contrast Signal ) mesure la dif-férence relative de réflectance de cet élément par rapport au fonddu support :

PCS = (Rb – Rn)/Rb

avec Rb = réflectance du support (blanc),

Rn = réflectance de l’image (noire).

Figure 3 – Principe de l’impression matricielle par points

Par exemple :

— papier de réflectance 70 % : D = lg (1/0,7) = 0,15 ;— toner de réflectance intrinsèque 4 % : D = lg (1/0,04) = 1,4.

Exemple : Par exemple si Rb = 70 % et Rn = 4 % (exemple pré-cédent), on a :

PCS = (70 – 4)/70 = 94 %



2.2 Caractéristiques géométriques

Il s’agit essentiellement de caractéristiques morphologiques etdimensionnelles, au niveau du point, du trait, de la texture. En dehorsde l’adressabilité (§ 2.2.2), notion abstraite, les autres attributs géo-métriques dépendent étroitement des performances densito-métriques, dans la mesure où la forme et les dimensions d’un pointou d’un trait ne se définissent que par les transitions associées deréflectance.

2.2.1 Forme et taille des points

Les points circulaires (ou elliptiques ) sont souvent opposés auxpoints carrés (ou rectangulaires ). Certaines technologies sontouvertes aux deux options ; d’autres imposent la forme (jet d’encreasynchrone (§ 4.3.2). Beaucoup de technologies, surtout celles àhaute densité, ne garantissent pas la reproductibilité parfaite dupoint individuel. C’est pourquoi les mérites respectifs des deux typesde formes n’apparaissent réellement qu’au niveau du groupe depoints. Pour des densités d’impression faibles à moyennes(< 300 dpi), le point carré peut être préféré, produisant de meilleuresrectitudes de bord (§ 2.2.5) sur les traits horizontaux et verticaux, touten offrant une résolution maximale (figure 5a ). Mais c’est l’inversequi se produit pour les diagonales, où le point circulaire reprendl’avantage, au prix cependant d’une résolution inférieure (figure 5b ).À très forte densité (> 600 dpi), le débat perd de son intérêt.

2.2.2 Adressabilité

C’est la fréquence spatiale de la grille imaginaire sur laquellepeuvent être imprimés les points :

A = 1/λd

où λ d désigne le pas minimal entre deux positions de pointsadressables (figure 3b ).

Si la grille n’est pas carrée, l’on distinguera adressabilité horizon-tale et adressabilité verticale. L’adressabilité s’exprime en points/mmou en dots/ inch (dpi). Elle est souvent, à tort, confondue avec larésolution.

2.2.3 Résolution

Alors que l’adressabilité mesure simplement le nombre de pointsadressables par unité de longueur, la résolution est une notion pluscomplexe qui se réfère au nombre maximal de points que l’œil puisserésoudre, c’est-à-dire distinguer sur la même distance unitaire. Lamesure la plus simple (figure 3b ), le plus souvent retenue (aussiFTM, § 2.2.6), est :

où Dd désigne une dimension caractéristique du point, par exemplesa largeur pour la résolution horizontale, ou sa hauteur pour la réso-lution verticale. Dans le cas particulier de point circulaire, ces deuxgrandeurs sont égales.

Ainsi définie, la résolution s’exprime également, tout commel’adressabilité, en points/mm ou en dpi, d’où confusion fréquente.Certaines technologies offrent une excellente adressabilité, mais dufait de points relativement gros, souffrent d’une résolution inférieure(figure 5d ). À l’inverse, les premières techniques matricielles(aiguilles et jet d’encre continu, § 4.3.1) avaient souvent une réso-lution supérieure à leur adressabilité, d’où un aspect discontinu destraits (figure 5c ).

Au contraire, des points carrés : Dd = λ d = 85 µm conserve larésolution avec une rectitude théoriquementparfaite sur les traits à 0 et à 90o (discussion § 2.2.1).

2.2.4 Netteté

Il s’agit de la netteté de bord, ou acuité, des éléments d’imagesaplats ou traits. Cet attribut se mesure généralement par la longueurt sur laquelle s’effectue la transition de la réflectance du blanc versle noir, suivant une ligne normale au bord d’élément considéré. Lebord théorique de l’élément se définit lui-même comme le centrede la transition, ou mieux le point de passage de la réflectance Rpar une valeur arbitraire définie à partir des réflectances maximalesRb et minimale Rn rencontrées suivant le déplacement. Par exemple(figure 6a ) :

R = Rb – 0,6 (Rb – Rn)

La définition précise des bords est, bien entendu, fondamentalepour la mesure de la largeur du trait.

Figure 4 – Réflectance et densité optique

Exemple : pour une adressabilité A = 300 dpisoit λd = 25,4 · 103/300 = 85 µm, le diamètre optimal de points rondspour minimiser les ondulations de bord de trait est :

(cercles orthogonaux, figure 5e )

alors :

1/Dd=

Dd λ d 2 120 µ m= =

1/Dd 1/λd 2 A / 2 212 dpi= = = =

A 300 dpi = =



2.2.5 Rectitude

Les bords d’images sont plus ou moins irréguliers, en fonctionde la précision d’encrage. Mais ils peuvent aussi présenter desperturbations systématiques, dues à la nature même du procédématriciel. Théoriquement parfaits pour les traits horizontaux etverticaux, les points

carrés

produisent des

escaliers

sur les traits

inclinés. Les points

ronds

produisent des

ondulations

sur tous lestypes de traits, ondulation que l’on cherche à minimiser par unrecouvrement plus ou moins important des points adjacents, audétriment cependant de la résolution. La rectitude d’un trait peut semesurer en

écart quadratique moyen

(RMS,

Root Mean Square

) ducontour réel de bord par rapport à la ligne médiane (ligne virtuellequi, considérant le bord comme un littoral maritime, délimiterait dessurfaces égales de

caps

et de

golfes

).

2.2.6 Fonction de transfert de modulation

Héritée de la photographie, la fonction de transfert de modulation(FTM) est probablement la meilleure mesure de la résolution, priseau sens de

pouvoir séparateur

. La FTM décrit le taux de modulationde la réflectance, en fonction de la fréquence spatiale d’une mireconstituée de traits verticaux ou horizontaux, successivement blancs

et noirs, mais d’égale épaisseur du moins au niveau de la carte depoints (

bitmap

) qui les détermine :

FTM = (

R

p

–

R

v

)/(

R

v + Rp)

où Rv et Rp sont respectivement les réflectances de vallée (noir entredeux barres blanches) et de pic (blanc entre deux barres noires). Lafréquence spatiale de la mire s’exprime classiquement en paires delignes par millimètre ou par inch (lp/in). Une paire de lignes désignel’ensemble d’une ligne noire et d’une ligne blanche adjacente. Unetechnologie d’impression d’adressabilité A et de résolution nepeut donc faire l’objet de mesure de FTM que jusqu’à une fréquencemaximale A /2, et les valeurs mesurées s’approchent de zéro dès queles barres noires imprimées commencent à se toucher, c’est-à-direlorsque la limite de résolution est atteinte, conduisant donc à uneFTM nulle à la fréquence .

Une technologie d’impression idéale, dont la résolution seraitégale à l’adressabilité et produirait des transitions decontraste parfaitement abruptes, donnerait une FTM constante etmaximale jusqu’à la fréquence , où elle passerait alorsà zéro de façon discontinue.

Figure 5 – Forme des points, morphologie et résolution des traits

Exemple : avec une adressabilité A = 300 dpi, la FTM ne peut êtremesurée que jusqu’à une fréquence spatiale maximale de 150 lp/ in. Siles points sont circulaires avec le niveau de recouvrement idéal del’exemple du paragraphe 2.2.3, la résolution est , et laFTM approchera zéro avant 106 lp/in.

/2

212 dpi =

A=( )

A/2 /2=



Dans la réalité, les transitions de contraste sont plus progressiveset induisent une décroissance continue de la FTM. La forme de ladécroissance constitue donc une excellente mesure à la fois de la

résolution

et de la

netteté

de transition (figure

6

b

).

2.3 Bruits

Cette catégorie regroupe les défauts, plus ou moins aléatoires, quiaffectent les attributs de l’image et contribuent donc à en dégraderla qualité d’impression.

2.3.1 Éclatement et dispersion

Il s’agit de défauts, localisés au

voisinage

des éléments d’image,tels que gouttes d’encre

satellites

ou grains de toner

dispersés

. Ilsajoutent du

bruit

sur les profils de transition de contraste, rendentplus incertaine la détection des bords de traits et produisent uneimpression visuelle de flou. Ils dégradent la FTM et limitent larésolution.

2.3.2 Bruit de fond

Le bruit de fond (souvent désigné par le seul vocable

fond

) résulteégalement de gouttes ou particules d’encre, mais qui, au contrairedes précédentes, sont réparties plus ou moins uniformément surl’

ensemble du support

. Souvent, le

fond

existe indépendamment del’image, du seul fait du passage du papier à travers le dispositifd’impression. Il arrive aussi qu’il varie en intensité et localisation enfonction de la nature de l’image imprimée. Le fond se mesure envariation de la densité optique ou mieux de la réflectance (mesureplus sensible pour les faibles noirceurs) du support après et avantpassage dans le dispositif d’impression.

2.3.3 Défauts spécifiques

Ces défauts sont intimement liés à la technologie utilisée et enconstituent souvent une

signature

. Citons par exemple : points para-sites dus à des diaphonies ou interférences entre les organes d’écri-ture (§ 4.5.1.2) ; dispersion de taille et de positionnement des pointsdue aux imperfections des systèmes de balayage optique et méca-nique d’un faisceau de lumière (§ 4.4.2.4) ; soufflage de l’encre pardes effets pneumatiques ; ou encore calandrage du support en casde transfert par forte pression mécanique (§ 4.4.3).

2.4 Restitution des gris

Par définition, l’impression de texte ou de dessins au trait nerequiert que deux niveaux de densité optique, le blanc et le noir. Cetaspect binaire convient parfaitement au caractère numérique del’information source. Pratiquement, la notion de position élémen-taire d’impression ou pixel (de l’anglais picture element, parfoisencore contracté en pel ) se confond avec la notion logique de bit(binary digit ). Il en est autrement des images complexes à fortsmodelés, c’est-à-dire faisant appel à toute une gamme continue degris (dégradés de noir).

2.4.1 Gamme continue (continuous tone )

La photographie répond directement au problème (quantitéd’argent libéré proportionnelle à l’éclairement). Les techniquestraditionnelles de l’imprimerie, à l’exception toutefois de l’hélio-gravure (les alvéoles peuvent être plus ou moins profonds), sont enrevanche incapables de reproduire directement les variationscontinues de gris, l’épaisseur de la couche d’encre déposée nepouvant être modulée à l’intérieur d’une même image. Le problème

Figure 6 – Relation entre caractéristiques dimensionnelleset densitométrie

Exemple : si la réflectance du support passe de R1 = 70 % àR2 = 68 % par passage dans le dispositif d’impression, le fond est alors∆R = 70 – 68 = 2 %. C’est un niveau souvent considéré aujourd’huicomme inacceptable. Un faible fond sera inférieur à 0,5 %. À noterqu’un fond moyen faible mais spatialement fortement modulé estmoins acceptable à l’œil qu’un fond plus élevé mais uniforme.



est contourné par l’utilisation du tramage. Une trame quadrillée,interposée entre le document original et la surface sensible utiliséepour la fabrication de la plaque (forme imprimante), a pour effetremarquable de décomposer les gris de l’original en points de taillevariable, gros points, plus ou moins sécants pour les valeurssombres, petits point pour les valeurs claires (figure 7a ). Aprèsimpression, et à condition que le tramage soit suffisamment fin, l’œilintègre la surface des points de trame et restitue ainsi les sensationsde gris. Généralement le tramage se fait selon des lignes diagonales,limitant les effets de moiré à l’impression.

2.4.2 Cellule demi-encrée (half tone )

Les technologies matricielles non-impact, tout comme celles parimpact d’ailleurs, se prêtent tout aussi mal à la restitution analogiquede gammes continues de gris. Là aussi, le problème est contournéen remplaçant les pixels, binaires, par des groupes de n × m pixels(le plus souvent n = m ), appelés cellules demi-encrées (half tone )ou encore super-pixels (figure 7b ). Les pixels binaires situés à l’inté-rieur d’un super-pixel donné, sont alors imprimés ou non, à raisonde p points noirs parmi les n × m pixels possibles. Le rapport p /n × mdétermine la valeur de gris du super-pixel, valeur discrète prise parmin × m niveaux différents.

Souvent, les pixels noirs sont groupés de façon contiguë à l’inté-rieur des limites du super-pixel, émulant ainsi les points de tramede l’imprimerie traditionnelle (figure 7b ). L’effet final est similaire,à la différence près que la taille des points n’évolue pas de façoncontinue comme c’est le cas en imprimerie, mais de façon discrète.La grille constituée par ces super-pixels est donc assimilable à latrame d’analyse de l’imprimerie. Là aussi, les lignes de tramepeuvent être inclinées à 45o pour minimiser les imperfections. Ànoter que, par rapport à la résolution des points, celle de la trameest réduite dans le rapport des dimensions du super-pixel. Envariante, la méthode appelée dithering consiste à disperser aumaximum les points noirs à l’intérieur du super-pixel (figure 7c ).Au contraire de la précédente, cette méthode requiert une excel-lente restitution du point élémentaire individuel, toute dispersionde taille ou de densité de ce point engendrant d’importants défautsd’homogénéité des gris clairs.

2.4.3 Point à plusieurs niveaux de gris

L’idée du point à plusieurs niveaux de gris (gray scale dot ) consisteà engendrer un pixel dont le niveau de gris puisse être sélectionnéindividuellement parmi une suite discrète de niveaux quantifiés. Peude technologies offrent aujourd’hui cette possibilité. C’est pourtantune voie de progrès à considérer (§ 5.1.5).

2.4.4 Courbe de reproduction tonale

Un super-pixel n × n avec p pixels imprimés donne une réflectancethéorique (figure 4b ) :

Rp = [pRn + (n2 – p) · Rb]/n2

où Rb et Rn désignent respectivement les réflectances du supportet de l’encre. Cette relation est linéaire en p, mais ne l’est pas enperception visuelle, du fait de la sensibilité différente du systèmeœil-cerveau dans les gris clairs ou foncés. De plus, les pointsimprimés réels s’étendent souvent au-delà de la limite théorique dupixel (dot gain ), conduisant à des réflectances réelles inférieures àcelles espérées. Il est parfois nécessaire d’ajuster le dessin des super-pixels de façon à modeler la courbe de reproduction tonale (tonereproduction ). L’indice de luminosité L de Munsell est parfois utilisé,lié à la réflectance R par :

L = 116 R1/3 – 16

Les coefficients et l’exposant ont été déterminés expérimen-talement, de telle sorte que des ∆L égaux procurent à l’observateurmoyen des sensations égales d’écarts de gris.

Exemples

Un super-pixel 4 × 4 donne 16 niveaux de gris (le blanc est en plus).

Avec 16 × 16, nous aurions 28 = 256 niveaux (blanc en sus). Dans cecas, la valeur se code parfaitement sur 8 bit soit un octet.

Exemples

Pour une résolution , l’utilisation de super-pixels 4 × 4,n’autorisant que 16 niveaux de gris, équivaut à un tramage à 75 lpiseulement, ce qui convient à du texte ordinaire, mais certainement pasà une image de qualité magazine.

Pour obtenir 64 niveaux de gris (minimum pour une photographie),tout en conservant une trame de 150 lpi, il faut un super-pixel 8 × 8, doncune résolution d’impression de 1 200 dpi !

300 dpi=

Figure 7 – Restitution des grisés en imprimerie traditionnelleet en impression matricielle



2.5 Caractéristiques colorimétriques

Les notions précédentes, définies en principe pour les images ennoir et blanc (et nuances de gris), doivent être complétées dans lecas d’images colorées.

2.5.1 Teinte, luminance, saturation

Dans le système HLS (figure

8

a

), une couleur se caractérise parsa teinte (

hue

), sa luminance et sa saturation. La

teinte

(ou

tonalité

)décrit la longueur d’onde dominante de la lumière diffuse réfléchie.Le facteur de

luminance

(ou

clarté

) mesure l’intensité de cettelumière. La

saturation

quantifie le degré de pureté de la couleur,découlant de la présence d’une composante grise plus ou moinsimportante. Une couleur sera dite

vive

si elle est à la fois lumineuseet saturée ;

pâle

si elle est lumineuse et peu saturée (lavée) ;

profonde

si elle est peu lumineuse (foncée) et saturée ;

rabattue

si elle est peulumineuse et peu saturée.

2.5.2 Synthèse additive

Le spectre visible peut être scindé en trois zones : bleu-violet

≈

400à 500 nm, vert-jaune

≈

500 à 600 nm, rouge-orangé

≈

600 à 700 nm.Toute couleur du spectre peut être synthétisée en juxtaposant troissources de lumière, respectivement rouge, verte et bleue, et endosant convenablement leurs proportions. C’est la synthèse

additive

type RVB (rouge, vert, bleu), où chacune des sources émet dans unedes trois zones du spectre. Théoriquement, un dosage parfaitementidentique des trois soruces est perçu comme blanc. L’exemple typede synthèse additive est celle qui s’effectue sur un écran. C’est aussile cas des images imprimées où la couleur est obtenue par

juxta-position

de points adjacents, encrés avec des toners solides nontransparents, en couche relativement épaisse.

2.5.3 Synthèse soustractive

En variante, la synthèse

soustractive

, dite CMY [cyan, magenta,yellow (jaune)], permet de travailler par

superposition

de finescouches d’encres transparentes (cas des encres de l’imprimerietraditionnelle), chacune de ces encres filtrant environ 1/3 du spectrevisible (figure

8

b

). Théoriquement, la superposition des troiscouleurs filtre l’ensemble des radiations et redonne donc le noir.Pratiquement, l’imperfection des encres disponibles (magenta etcyan surtout) fait qu’il est nécessaire de disposer d’une quatrièmeencre pour restituer un noir de qualité.

2.5.4 Types d’impression couleur

On distingue habituellement trois types : impression

monochrome

ou

plate

; impression multicolore

par taches juxtaposées

(

spotcolor

) ; impression

polychrome totale

(

process color

). Les impres-sions couleur, plate ou par taches juxtaposées, satisfont les appli-cations où l’objectif de la couleur est simplement de rehausser untexte ou un graphique, de façon à attirer l’attention ou mettre enexergue certains éléments de l’image. Une ou quelques couleurssuffisent généralement. En revanche, l’impression d’imagescomplexes, totalement polychromes avec modelés (type photo-graphie couleur), nécessite la restitution d’un nombre important decouleurs. L’imprimerie traditionnelle maîtrise aujourd’hui parfai-tement le problème. En revanche, peu de techniques non-impactpermettent encore de produire de telles images dans de bonnesconditions de vitesse et de coût.

2.5.5 Palette de couleurs

Les modelés d’une image polychrome complexe font intervenirde nombreuses combinaisons de teintes, niveaux de saturation etluminance, c’est-à-dire de nombreuses couleurs. Les images de qua-lité moyenne en font intervenir quelques

centaines de milliers

, alorsque celles de haute qualité en requièrent

plusieurs millions

. Si unetechnique d’impression dispose d’une encre de couleur relativementsaturée, la méthode des cellules demi-encrées (§ 2.4.2) permet d’enfaire varier la saturation par niveaux discrets à l’intérieur de super-pixels en couleur. Un nombre variable de pixels blancs laissés à l’inté-rieur du super-pixel donnera des couleurs

pâles

. Au contraire, l’ajoutde pixels noirs donnera des couleurs

rabattues

. Cette approchepermet d’améliorer la palette de couleurs des techniques d’impres-sion non-impact incapables d’utiliser la synthèse soustractive (casdes

toners

solides non transparents). Celles disposant d’encres

transparentes

permettent, au contraire, cette synthèse et peuventprétendre à la restitution d’images polychromes de qualité. Ellesdoivent toutefois disposer d’une très forte adressabilité, sous peinede dégrader la trame.

2.6 Robustesse

Les performances de stabilité de l’image dans le temps (atténua-tion à la lumière) dépendent essentiellement des caractéristiques desencres, ou toners, et du support. La résistance aux conditions d’envi-ronnement (empilage ou pliage des supports), voire aux agressions(tentative de falsification), dépend dans une large mesure des perfor-mances de

fixation

(§ 4.4.2.8), terme désignant la façon dont l’encre

adhère au support.

2.6.1 Adhésion

C’est la résistance de l’encre ou toner à des efforts de traction

normaux

au support. Un test classique consiste à appliquer un rubanadhésif transparent sur l’élément d’image, selon une directiondonnée, puis à la retirer par traction à 180

o

de cette direction. Laquantité d’encre restant sur le ruban constitue une mesure del’adhésion.

2.6.2 Abrasion

Il s’agit ici de mesurer le degré de résistance des éléments d’imageà des forces de frottement

tangents

à la surface du support. L’onutilise soit des disques rotatifs, soit des patins en mouvement linéaire

Exemples

Soit une technique non-impact d’adressabilité

A

= 300 dpi et dispo-sant des trois encres de base : cyan (C), jaune (Y) et magenta (M). Pourconserver une trame minimale de 75 lpi, le super-pixel ne peut dépasser4

×

4, soit 16 = 2

4

valeurs par couleur. La superposition de super-pixelsconstitués à partir des trois encres C, M, Y donnera seulement :

(2

4

)

3

= 2

12

= 4 096 couleurs différentes

Une adressabilité double de 600 dpi, avec le même tramagemodeste de 75 lpi, autorise un super-pixel 8

×

8, soit 64 = 2

6

niveaux,donc (2

6

)

3

= 2

18

= 262 144 couleurs.

La restitution des quelques 16 millions de couleurs d’un écran poly-chrome codé sur 24 bits exigerait un super-pixel 16

×

16 [car(16

×

16)

3

= 2

4

×

2

×

3

= 2

24

]. Un faible tramage à 75 lpi demanderaitdéjà une adressabilité de 16

×

75 = 1 200 dpi, alors qu’un tramage dequalité magazine à 150 lpi exigerait 16

×

150 = 2 400 dpi !



alternatif (appareil connu sous le nom de

crock-meter

), munis d’unsupport témoin blanc. La mesure de la variation de réflectance dece témoin, après un nombre déterminé de rotations ou d’allers-retours, caractérise la résistance à l’abrasion.

2.6.3 Non-falsification

Particulièrement important pour les applications dites de

sécurité

(banque, finance), cet aspect qualifie le fait que l’image ne peut êtrealtérée de façon volontaire sans laisser de traces visibles de l’agres-sion (grattage, attaque chimique).

3. Classificationdes technologies

3.1 Classement par procédésphysico-chimiques

La classification la plus simple consiste à utiliser directement lanature du procédé physico-chimique mis en œuvre (optique, électro-statique, thermique, électrolytique, ionique, fluidique, etc). Une telleclassification a le mérite d’être linéaire et explicite, donc simple. Enrevanche, la liste s’allonge vite. En dehors de l’ordre alphabétique,il est difficile de la classer logiquement. En moins de deux décennies,une première

sélection naturelle

a déjà conduit à la

quasi-extinction

de quelques-unes des technologies non-impact des débuts (électro-lytique, aérosols). En 1992, une foule d’approches et de variantessubsiste pourtant, et continue même à se

diversifier

avec unesurprenante vitalité, au point de donner lieu à des

hybridations

(ther-momagnétique, jet d’encre thermique) qui rendent souvent difficilel’identification du procédé physico-chimique principal.

3.2 Classement par applications

À l’opposé, il est possible de définir une classification basée surles exigences des utilisateurs, c’est-à-dire sur les applications.Partant de considérations économiques, telles que prix des produits,coût d’exploitation, l’on revient vite à des arguments techniques tels

que productivité (donc vitesse d’impression), maintenance (doncfiabilité). Ces arguments techniques renvoient à leur tour à des carac-téristiques de conception et à des choix techniques. La différenceréside dans le fait que la nature physico-chimique du procédéd’impression s’estompe devant les performances qu’il autorise. Parexemple (tableau

1

), la technique d’impression considérée est-elledu type

sériel

(un seul organe d’écriture balayant séquentiellementle support) ou au contraire

parallèle

(autant d’organes statiques quede points à imprimer), induisant donc une différenciation en vitesse ?Ou encore, l’encre utilisée est-elle

liquide

ou au contraire

solide

(

toner

), impliquant cette fois des contraintes différentes au plan del’environnement ? La nature de l’application (impression de masse,informatique, bureautique, dessin, fax, figure

9) fait alors que telleou telle technique, mieux adaptée à ses exigences, peut lui être iden-tifiée (figure 10), d’où un classement par applications. En fait, lacorrespondance ainsi définie est loin d’être biunivoque. Il est rarequ’une application ne puisse être satisfaite que par une seule techno-logie. Inversement, la plupart des technologies sont multiformes,s’adaptant à des applications totalement dissemblables. Le jetd’encre, par exemple, est présent à la fois aux deux extrémités duspectre de vitesse. (0)

3.3 Critères binaires

De façon à loger sans trop de difficultés les variantes et hybridestout en conservant des sous-ensembles cohérents, nous retiendronsdeux critères binaires : le premier est d’ordre applicatif, le secondest lié à l’organisation de la machine. D’une part, la technologieconsidérée s’accomode-t-elle d’un support d’impression inerte(ordinaire ) ou, au contraire, implique-t-elle un support sensible(special ) ? D’autre part, l’impression sur ce support est-elle directe(c’est-à-dire immédiate ) ou, au contraire, différée par transfert d’unsupport intermédiaire (notion d’image latente, § 4.4) ?

3.4 Grille d’analysedes familles non-impact

Les quatre combinaisons des deux paramètres précédents consti-tuent un tableau à quatre cases (tableau 2). Les grandes familles detechnologies non-impact, nommées en terme de leur procédéphysico-chimique principal, y trouvent alors leur place. Parfois, les

Figure 8 – Caractérisation des couleurs



noms donnés à certaines familles restent quelque peu arbitraires,surtout pour les approches hybrides. On note aussi que certainestechnologies donnent lieu à des variantes situées dans des casesdifférentes (thermique par exemple), mais cela permet d’en biendifférencier les caractéristiques. On note que le tableau est surtout

peuplé dans les quadrants 2 à 4. Cette relative désaffection pour lepremier quadrant s’explique dans la mesure où, en général, l’accep-tation d’un support intermédiaire ne se justifie que s’il permetd’éviter un support final de nature spéciale, donc plus coûteux.

Tableau 1 – Principaux procédés physico-chimiques et réalisations associées

ProcédéSupport papier Impression Imagerie Apport d’encre

sensible inerte directe différée sérielle parallèle liquide solide

Électrographique

Électrolithique

Électrophotographique

Électrostatique

Ionique

Jet d’encre

Magnétique

Photographique

Thermique

Figure 9 – Applications d’impressiondans le plan vitesse × résolution

Figure 10 – Domaines couvertspar les principales techniques non-impact



3.5 Classification par niveaux de prix

Une autre approche consiste à comparer les technologiesd’impression sur le plan économique. La principale difficulté vientdu fait que les seuls prix publiés sont ceux des produitscommerciaux. Il s’agit, dans la grande majorité des cas, de machinesimprimantes complètes, avec leurs systèmes d’entrée-sortie dupapier, leurs alimentations électriques, leurs carters et leurscontrôleurs électroniques ; ou encore de systèmes d’impression plusou moins complexes, incorporant minicalculateur et mémoires demasse. Tous ces éléments additionnels, relativement indépendantsde la technologie d’impression proprement dite, n’en représententpas moins un coût significatif, généralement lié à la performance(vitesse, résolution, couleur), si bien que la contribution de la techno-logie au prix final devient souvent minoritaire. Rien d’étonnant dèslors à ce que les niveaux de prix des produits s’échelonnent de façonrelativement régulière en fonction de la vitesse (figure 11), l’aspecttechnologique n’intervenant, de fait, que dans la détermination desdomaines de performances réalisables avec une technologiedonnée.

4. Principales famillesde techniques non-impact

4.1 Famille électrographique

Cette technique, du type direct sur support spécial (deuxièmequadrant, tableau 2), est l’une des plus anciennes. Le marquage estobtenu par passage d’un courant électrique dans l’épaisseur d’unpapier dit électrosensible. L’élévation locale de température qui enrésulte provoque la vaporisation d’une couche blanche située à lasurface du papier, exposant alors une couche noire préalablementmasquée (figure 12). (0)

4.1.1 Papier électrosensible dans la masse

Dans les premiers papiers électrosensibles de ce type (figure 12a ),la couche noire, rendue conductrice par inclusion de carbone, servaitaussi de base. La contre-électrode, commune à toutes les électrodesd’écriture, se situait de l’autre côté du papier. Le claquage de lacouche blanche supérieure, isolante et relativement épaisse, se

faisait par rupture diélectrique. La taille des points était assez maldéfinie. Ce papier a vite disparu, du fait de son coût élevé, de l’odeurdésagréable associée au claquage du diélectrique et des faiblesdensités obtenues.

4.1.2 Papier électrosensible en surface

Une amélioration (figure 12b ) a consisté à remplacer l’épaissecouche diélectrique par une fine couche d’aluminium et à placerl’électrode commune du même côté que les électrodes d’écriture.La surface de contact beaucoup plus importante de l’électrodecommune assure une faible densité de courant à son niveau. Lecourant ne passe plus qu’en surface et la sous-couche noire ne sertplus qu’à apporter le contraste d’image. Elle peut être amincie,reposant sur une base en papier ordinaire. La résolution est amé-liorée et l’odeur ne pose plus de problème. Typiquement, la tensionest de 10 à 20 V, le courant de 1 mA. Certaines machines de ce typeont atteint des vitesses très élevées dès le début des années 70, avantd’être abandonnées du fait d’une qualité d’impression médiocre.

4.2 Famille thermique

Les technologies thermiques se fondent sur l’échauffement loca-lisé, soit d’un papier spécial thermosensible, soit d’un ruban donneurd’encre, lui-même appliqué sur un papier ordinaire (figure 13).

4.2.1 Impression thermique directe

Sous cette forme, l’impression thermique reste du type direct sursupport spécial (deuxième quadrant, tableau 2). Des têtes d’écriturethermique provoquent la fusion de réactifs chimiques contenus dansun support dit thermosensible.

4.2.1.1 Papier thermosensible

Ce papier est composé d’une fine couche contenant deux réactifschimiques, couchée en surface d’une base papier ordinaire(figure 14a ). Sous l’effet de la température, l’un des deux réactifsfond, diffuse dans la couche et réagit avec l’autre, provoquant unchangement de couleur. Le seuil de température produisant un début

Figure 11 – Ordre de grandeur (1992) des prix des produits commerciaux en fonction de la vitesse d’impression et pour différentes technologies

Tableau 2 – Techniques non-impact classéesselon les combinaisons des deux critères binaires :

nature du support et méthode d’impression

Support

Méthode d’impression

directe(instantanée) Transfert différé



de contraste se situe vers 80 à 90 oC, mais il faut atteindre 100à 130 oC pour que la densité optique sature à une valeur de l’ordrede 1,1 à 1,3. L’énergie requise est de l’ordre de 5 à 10 J/cm2. Clas-siquement, l’un des réactifs est du type leucodye, initialement sanscoloration, bien que donnant un excellent contraste après réaction.En revanche, ces colorants résistent mal à l’eau, à l’huile, à l’alcool.Leur contraste s’atténue dans le temps. On leur préfère parfois desoxydes métalliques, de contraste inférieur, mais résistant mieux àl’environnement. Des impressions monochromes autres que le noirsont possibles (bleu ou rouge). D’une manière générale, les papiersthermosensibles sont plus simples et moins désagréables à utiliserque les électrosensibles, mais la tête d’écriture associée est plussophistiquée.

4.2.1.2 Têtes d’écriture thermique

Cette tête est composée d’éléments chauffants qui sont, soit descouples transistor-résistance sur silicium (tête type mesa ), soit depetites résistances déposées sur un substrat isolant (céramique oualumine). Ce dernier cas est le plus fréquent aujourd’hui. Les résis-tances sont soit sérigraphiées en couche épaisse (5 à 20 µm) à basede RuO2 , soit de type film mince (< 1 µm) obtenu par dépôt sousvide de Ta2N ou Cr-Ni, avec couche de protection SiO2 ou Ta2O5 .C’est la capacité thermique du substrat, très supérieure à celle dupapier, qui contrôle la croissance en température de l’élément chauf-fant sous l’effet de la puissance thermique qui y est dissipée(figure 14b ). Pour réduire le temps nécessaire à l’obtention de latempérature de saturation du papier, la puissance est réglée à lavaleur maximale compatible avec la température admissible par leséléments chauffants (200 oC pour les semiconducteurs, jusqu’à400 oC pour les couches épaisses). L’élément doit ensuite être refroidiavant d’atteindre la position d’impression suivante. Ce temps derefroidissement, nécessaire pour évacuer l’énergie stockée dans lesubstrat, limite le temps de cycle et, par suite, la vitesse. Les têtesen couches épaisses sont moins chères, mais demandent davantagede puissance (1 à 1,5 W par point) et ont des temps de cycles pluslongs (3 à 10 ms) ; leur densité est limitée vers 200 dpi, mais leurrésistance à l’abrasion par le papier est plus forte (50 à 100 km), ainsi

que leur tenue en fatigue (100 · 106 à 200 · 106 cycles). Les têtes enfilms minces sont plus chères, se contentent de puissances plusfaibles (0,5 à 1 W par point) et offrent des cycles plus courts (1à 3 ms) ; la densité peut dépasser 400 dpi, mais la longévité est plusfaible (20 à 40 km ou 50 · 106 à 100 · 106 cycles). Les têtes thermiquesexistent, soit en matrice 5 × 7 (type semiconducteur) ou en barrettelinéaire verticale à 7,9 ou 11 éléments (couches épaisses) pour têtemobile d’imprimante sérielle lente, soit au contraire en barre linéairestatique de 8" (≈ 203 mm) (1 920 à 2 400 éléments en films minces)pour imprimantes parallèles plus rapides. Des barres plus longuesont été réalisées pour des traceurs (jusqu’à 19", soit ≈ 483 mm).

4.2.2 Impression par transfert thermique

C’est la forme moderne de l’impression thermique. L’utilisationd’un ruban donneur, interposé entre têtes thermiques et papier,permet d’imprimer instantanément sur un support en principe quel-conque (troisième quadrant du tableau 2). En pratique, les perfor-mances peuvent toutefois notablement différer selon les qualités depapier.

Figure 12 – Impression électrographiquesur papier électrosensible

Figure 13 – Arbre des techniquesd’impression thermique

Exemple : une puissance de 1 W pendant 1 ms, correspond à uneénergie de 1 mJ par point. À 240 dpi, il y a (240/2,54)2 = 8 928points/cm2. Un aplat noir demande donc une énergie de près de9 J/cm2. Pour un temps de cycle de 3 ms, la vitesse maximale théoriqued’une telle tête, supposée parallèle de 8" de large (total de 920 élémentschauffants), est de 2,54/240 × 3 · 10–3 = 3,5 cm/s, soit une page A4 en8,5 s, ou 7 ppm. Le cas limite d’un aplat pleine page A 4 de20 × 29 = 540 cm2 demanderait 4 860 J, soit à vitesse maximale unepuissance 4 860 × 3,5/29 = 587 W ! Dans le cas plus réaliste de 2 000caractères alphanumériques par A4, à 100 points/caractère enmoyenne, l’énergie fournie n’est plus que 2 000 × 100 × 10–3 = 200 Jet la puissance tombe à 24 W.



4.2.2.1 Transfert par diffusion

Parfois désignée par le sigle DDTT ou D2T2 (Dye Diffusion ThermalTransfer ), cette approche est aujourd’hui la plus utilisée des tech-niques thermiques. Les têtes sont semblables à celles décrites auparagraphe 4.2.1.2. Le ruban donneur (figure 15a ) est constituéd’une bande support en polyester (10 à 15 µm) en contact avec lestêtes thermiques et d’une couche colorante (3 à 5 µm) en contactavec le papier. Cette dernière couche est à base de cires (60 à 70 %)à faible température de fusion, de pigments (20 à 30 %) et de lubri-fiants (5 à 15 %). Sous l’effet de l’échauffement, les cires fondent,la cohésion et la viscosité de la couche colorante décroissent rapi-dement et les colorants fondus se transfèrent sur le papier, où ilsse resolidifient. L’énergie requise par les rubans donneurs à basede cires est inférieure (< 1 J/cm2) à celle des papiers thermosensibles(5 à 10 J/cm2). Des rubans multicolores, en plusieurs zones,permettent l’impression couleur, au prix d’une réduction de la vitesse(1 ppm). En principe, la quantité de colorant diffusée peut être modu-lée (niveaux de gris). Ce procédé donne de meilleurs résultats surdes papiers lisses. Les encres à base de cire ont toutefois tendanceà s’étendre latéralement, diminuant la résolution à adressabilitédonnée. Des colorants à base de polymères thermoplastiques, moinssensibles à l’état de surface du papier et préservant la résolution,peuvent être préférés aux cires. Mais l’énergie requise est plus forteet les points obtenus ne sont pas modulables en densité.

4.2.2.2 Transfert par sublimation

Désignée par le sigle DSTT (Dye Sublimation Thermal Transfer ),cette variante demande une plus forte pression de transfert et uneplus forte énergie d’écriture de façon à vaporiser les colorants quisont littéralement éjectés en phase vapeur sur le papier avant des’y résolidifier. Les colorants sublimables (sublimable dyes ) offrentde bonnes caractéristiques d’impression polychrome, étant dispo-nibles en cyan, jaune et magenta. La quantité de colorant transféréepeut être plus facilement modulée par le niveau d’énergie thermique,autorisant théoriquement des gammes continues de dégradés. Lesvitesses d’impression sont, en revanche, très faibles (plusieursminutes par page).

4.2.2.3 Transfert thermique par ruban résistif

Évolution récente, cette technique est popularisée par le sigle R2T2(Resistive Ribbon Thermal Transfer ) (figure 15b ). Le ruban estdifférent du donneur habituel dans la mesure où il comporte troiscouches : un support polycarbonate chargé carbone (16 µm),constituant une couche résistive au contact de la tête ; une finecouche conductrice d’arrêt (aluminium ≈ 100 nm) ; la couche colo-rante (6 µm), où les cires sont remplacées par des polymères thermo-plastiques. La tête, plus simple, n’étant plus constituée qued’électrodes d’écriture en tungstène et d’une électrode de retourcommune, présente l’avantage de ne pas chauffer. L’échauffementse fait directement dans la couche résistive du ruban, provoquantle transfert des colorants sur le papier. Cette technique, mise au pointpar IBM, est utilisée dans les imprimantes de cette société. La struc-ture simplifiée de la tête autorise de plus hautes densités,jusqu’à 1 000 dpi. La vitesse peut être plus élevée, puisque seul leruban s’échauffe localement, mais il est déplacé en permanence, sibien qu’il n’est pas nécessaire de tenir compte du temps de refroi-dissement dans le temps de cycle.

Figure 14 – Impression thermique sur papier thermosensible

Figure 15 – Impression thermique par transfert d’un ruban donneur



4.2.3 Avantages et inconvénientsde l’impression thermique

Technique directe et simple, l’impression thermique produit desimprimantes de coût extrêmement compétitif, pour les applicationsse contentant d’une vitesse lente et de faibles volumes imprimés.La faible consommation énergétique, associée à la légèreté dumatériel, convient parfaitement aux imprimantes portables. Éga-lement liée à l’aspect direct (instantané), la lisibilité quasi immédiatede la dernière ligne imprimée est un atout certain dans beaucoupd’applications. Enfin, les possibilités d’impression polychrome (pro-cess color ) en font un candidat de choix pour l’impression d’imagesde qualité photographique, encore que le temps d’impression soitsouvent très long. Du côté des inconvénients, se situe le prix élevédu papier spécial (environ 4 fois supérieur à celui du papier ordinaire)ou, ce qui revient au même, du ruban donneur du transfert ther-mique. La robustesse de l’impression s’avère parfois insuffisantepour certaines applications.

4.3 Famille jet d’encre

Méthode à la fois directe et ne requérant pas de papier spécial,le jet d’encre est une des grandes techniques du troisième quadrantdu tableau 2. Basé sur la créaction et la mise en mouvement degouttes d’encre, sur leur charge électrostatique et, éventuellement,leur déflexion, le jet d’encre donne lieu à de nombreuses variantes(figure 16). Nous distinguerons essentiellement les méthodes dutype jet continu [CIJ (continuous ink jet )] et celles du typegoutte-à-la-demande [DOD (drop on demand )], les jets intermittentsconstituant une classe intermédiaire peut utilisée. À noter, dans lesDOD, le cas particulier du jet d’encre solide SIJ (solid ink jet ou hotmelt ). En fait, le jet d’encre donne lieu à de multiples variations surchaque grand thème. Un exemple en est le jet immergé [I2J (imergedink jet ) proposé par le Professeur Hertz], qui allie les avantages dujet continu et du DOD.

4.3.1 Jet continu

Dans cette technique, encore qualifiée de synchrone, les gouttessont émises en un train continu. Leurs trajectoires sont contrôléespar charge et déviation électrostatiques (une déviation magnétiqueest envisageable mais peu utilisée). La charge est soit binaire, auquelcas ce sont généralement les gouttes non chargées qui impriment[BDJ (binary deflected jet )] (figure 17), soit proportionnelle, auto-risant alors une déflexion analogique [MDJ (multilevel deflectionjet )] (figure 18). Éventuellement, la déflexion peut se faire selondeux dimensions, grâce à deux paires de plaques X - Y, comme dansun tube cathodique. Relativement lente, cette dernière méthodeconvient davantage aux imprimantes de basse performance et àfaible coût. Au contraire, à raison d’un jet par position de point impri-mable, le BDJ se prête à des organisations parallèles très rapides.Les gouttes non utiles pour l’impression sont capturées dans unegouttière et recyclées.

4.3.1.1 Création des gouttes

Les gouttes s’obtiennent par fragmentation d’un jet issu d’unorifice sous pression. Les notations géométriques sont celles de lafigure 17. L’encre est caractérisée par sa masse volumique ρ, satension superficielle γ et sa viscosité η . Dès la fin du 19e siècle,Rayleigh a montré que les perturbations qui produisent une insta-bilité maximale d’un jet sont celles dont la longueur d’onde (ditecritique ) est voisine de :

soit une fréquence de perturbation, donc des gouttes qui enrésultent :

v j désignant la vitesse du jet.

La taille des gouttes s’obtient en exprimant que leur masse estidentique à celle de l’élément cylindrique de jet de longueur λ quileur donne naissance :

soit, remplaçant la longueur d’onde λ par sa valeur critique :

dg ≈ (3/2)21/3 d0 ≈ 1,9 d0

En régime stimulé, voisin de la fréquence critique, le diamètre desgouttes est donc proche du double de celui du jet. Leur vitesses’obtient par application du théorème de la quantité de mouvement.Il a été démontré que, pour des vitesses de jet v j , telles que

est la vitesse de propagationdes ondes capillaires à la surface du jet, l’effet des forces de tensionsuperficielle peut être négligé. Soit :

exprimant à nouveau dg et λ en fonction de d0 , cette relation seréduit à :

v j – vd ≈ 0

si bien que la vitesse des gouttes est pratiquement égale à celle dujet. Négligeant toujours les forces de tension superficielle, ainsi quecelles de viscosité dans l’orifice, cette vitesse s’obtient à partir dela pression p en amont de l’orifice :

4.3.1.2 Charge des gouttes

La charge des gouttes se fait généralement par induction à l’aided’une électrode annulaire, de diamètre intérieur d a , entourantl’extrémité du jet et portée à la tension U (figure 17). Juste avantson détachement pour donner naissance à une nouvelle goutte,l’élément de jet de longueur λ forme avec cette électrode un conden-sateur cylindrique de capacité C. Étant encore au contact de la buse,supposée à la masse, à travers une résistance R égale à celle ducylindre d’encre de résistivité ρe , de longueur et de diamètre d0 ,

cet élément prend une charge q, qui sera celle conservée par la goutteaprès détachement :

ε0 étant la permittivité du vide.λ 9

2------ d 0≈

Exemple : l ’ IBM 4640 (1976) avait un diamètre d’orificed 0 = 33 µm, le diamètre des gouttes était d g = 63 µm (rapportd g /d 0 = 1,9), leur fréquence f = 117 kHz et leur longueur d’onde

λ = 150 µm, soit une vitesse vg = λf = 150 · 10–6 · 117 · 103 ≈ 18 m/s.

Pour une encre aqueuse γ ≈ 40 · 10–3 N/m et ρ ≈ 1,2 · 103 kg/m3, lavitesse des ondes capillaires serait v a = 2 m/s, vérifiant bien

, et v j ≈ vd = 18 m/s. La pression de l’encre dans labuse serait alors :

p ≈ 0,5 · 1,2 · 103 · 182 = 1,9 · 105 Pa

f v j / λ 29------

v j

d 0--------= =

λ π/4( ) d 02 π /6 ( ) d g

3 =

v j / va( )2 1, où v a 4 γ / ρ d 0 ( ) 1 2 / =

ρλ π / 4( ) d 02

v j ρ π /6 ( ) d g3

v d – 0 ≈

v j2 2 p /ρ=

v j /va( )2 81 ≈ 1

j

q CU2 π ε 0 λ U ln

d

a

/ d

0

( )

----------------------------= =



En fait, la charge est exponentielle, de constante de temps :

Il existe une charge limite

q

max

au-delà de laquelle la goutte sedésintègre en gouttes plus petites, la pression électrostatique à sasurface dépassant la tension superficielle :

En réalité, le problème de la charge est compliqué par la présenced’autres gouttes, déjà chargées ou non, se trouvant encore à l’inté-rieur de l’électrode de charge (encadré de la figure

18

). Il faut alorscorriger la capacité

C des capacités en parallèle dues aux autresgouttes et, si ces gouttes sont chargées, tenir compte de l’influencede ces charges sur la goutte en cours d’induction.

Figure 16 – Arbre des techniques d’impression par jet d’encre

Figure 17 – Impression par jet d’encre continu type déflexion binaire (BDJ)

Figure 18 – Impression par jet d’encre continu type déflexion à plusieurs niveaux (MDJ)

τ RC8 ε 0 ρ λ j

d

02 ln d a / d 0 ( )

--------------------------------------= =

q max π 8 ε 0 d g3 γ ( )

1 2

/ =

Exemple :

avec les mêmes données qu’au paragraphe

4.3.1.1

, nousaurions

q

max

= 2,6 pC pour une goutte de 63

µ

m, de masse 157 ng(charge massique critique

q

max

/

m

= 17

µ

C/g). Le jet ayant une longueur

(les jets s’étendent généralement sur des distances allantde 30 à 90 fois leur diamètre) et supposant une électrode annulaire dediamètre intérieur

d

a

= 1 mm, une encre de résistivité

ρ

e

= 0,6

Ω

· mprendrait sous

U

= 200 V une charge

q

= 0,5 pC (3

µ

C/g). La constantede temps serait

τ

= 2 ns et le temps requis pour atteindre 95 % de cettecharge serait de 6 ns.

j 1,2 mm =



4.3.1.3 Déflexion des gouttes

Le problème est classique. Une goutte de charge massique

q

/

m

,pénétrant à la vitesse d

x

/d

t

=

v

g

, dans le champ électrique

E

créépar les plaques de déflexion, prend une trajectoire paraboliquedéfinie par (figure

17

) :

À la sortie des plaques de déflexion, la trajectoire redevientrectiligne, bien que déviée d’un angle :

Propriété remarquable, la droite qui porte cette trajectoire passepar le centre

I

des plaques, et la position d’impact de la goutte àla distance

D

est :

Cette position verticale peut donc être commandée, soit par modu-lation de la charge

q

, soit par modulation du champ

E

. Cela est àla base du jet d’encre à déflexion proportionnelle (MDJ).

Pratiquement, le contrôle de la trajectoire est plus complexe qu’iln’y paraît. Il faut tenir compte des interactions électrostatique etaérodynamique entre gouttes. Les algorithmes de correction sontsouvent très sophistiqués (gouttes

de garde

non chargées entregouttes

utiles

). Une autre complication résulte de l’existence degouttes

satellites

plus petites que les gouttes principales. Certainesvariantes utilisent uniquement les satellites pour imprimer à hauterésolution.

4.3.1.4 Impact sur le papier

Lors de l’impact, la goutte se déforme (avec éventuellement desoscillations), avant de se stabiliser selon l’angle de contact dicté parles tensions de surface comparées de l’encre et du papier. Enfin, unepartie du liquide pénètre plus ou moins profondément dans lesfibres. Une absorption trop importante se traduit par une densitéoptique faible. Cela explique que les performances du jet d’encredépendent assez étroitement de la qualité du papier. Supposant unefaible pénétration, l’expression de la conservation de la masse, lorsdu passage d’une goutte sphérique à une galette d’épaisseur

e

,permet d’estimer le diamètre

d

d

du point résultant (figure

17

) :

Pour conserver une densité optique acceptable, l’épaisseur del’encre doit être au moins

e

≈

8

µ

m, soit pour

d

g

= 63

µ

m,

d

d

≈

150

µ

m.

4.3.2 Goutte-à-la-demande

Au lieu d’émettre les gouttes en continu, quitte à n’en utiliserqu’une très faible proportion (quelques pour-cent), les approchesdites

goutte-à-la-demande

(ou asynchrone) n’engendrent que lesgouttes strictement nécessaires à l’impression. Cela se traduit par

une complexité moindre (ni déflexion, ni gouttière, ni recyclage), desorifices plus gros (100

µ

m) donc plus fiables, car moins enclins à seboucher. En revanche, les vitesses sont beaucoup plus faibles.

4.3.2.1 Extraction électrostatique

Dans cette méthode (figure

19

a

), la pression est insuffisante pourvaincre la tension superficielle de l’encre, si bien, qu’au repos, unménisque convexe se forme à l’orifice de la buse. L’application d’unetension électrique entre l’électrode de commande et la buse(distance

L

) crée un champ électrique

E

qui induit des charges à lasurface du ménisque. Celui-ci se déforme jusqu’à donner naissanceà une goutte, qui finit par se détacher, pour être ensuite accéléréesous l’effet du champ électrostatique. Le champ minimal

E

min

per-mettant de déformer le ménisque s’obtient en exprimant que la forceélectrostatique sur sa surface l’emporte sur la force capillaire crééepar le bord de l’orifice. La densité de charge étant :

σ

=

ε

0

E

et la pression électrostatique :

p

=

σ

2

/2

ε

0

=

ε

0

E

2

/2

Cette condition s’exprime par :

d’où

E

min

= (8

γ

/

ε

0

d

0

)

1/2

Un champ trop faible tend à créer une très grosse goutte qui,formant temporairement écran, permet au ménisque de se reformeren oscillant, avec pour effet de limiter la fréquence de travail(< 100 Hz). Au contraire, un champ trop fort provoquera un brouillardd’encre, la pression électrostatique faisant éclater le ménisque enfines gouttelettes. Des champs intermédiaires améliorent la dyna-mique et permettent d’atteindre des fréquences de l’ordre de 3à 10 kHz.

Exemple :

pour une charge massique

q

/

m

variant de 0 à 3

µ

C/g, desplaques de déflexion de longueur 2

d

= 1,5 cm, et un champ

E

= 2 · 10

6

V/m (< tension de disruption

≈

3 · 10

6

V/m), le balayagevertical maximal à la distance

D

= 1,5 cm est

y

D = 4,3 mm. Cette ampli-tude est suffisante pour engendrer des caractères alphanumériques à6 l pi (hauteur maximale 4,23 mm) avec une seule buse.

y 12------ q

m-------- E

v g2

-------- x d+( )2=

α arctan 2 qEd / mv g2 =

y Dqm-------- E

v g2

-------- 2 dD =

dd 2 d g3 / 3 e ( )

1 2

/ ≈

Exemple :

avec

γ

= 40 · 10

– 3

N / m et

d

0

= 100

µ

m,

E

min

≈

2 · 10

4

V/m, soit une tension de commande

U

min

= 100 V si

L

= 5 mm.

Figure 19 – Impression par jet d’encre asynchrone (goutte-à-la-demande)

ε 0 E 2 /2 ( ) π d 02

/4 > π d 0 γ



4.3.2.2 Éjection mécanique (piézoélectrique)

Dans cette approche, (figure

19

b ), la pression de la chambreamont est, au repos, inférieure à celle de l’atmosphère, si bien quele ménisque est concave (cela diminue le risque de séchage en arrêtprolongé). Au lieu de tirer la goutte de l’extérieur, c’est une variationrapide de volume de la chambre amont, sous l’effet d’un élémentpiézoeléctrique, qui la pousse de l’intérieur. La vitesse communiquéeà la surface du ménisque doit être supérieure à la vitesse de libérationv lib définie comme celle qui communique à la goutte une énergiecinétique égale à l’énergie de surface du ménisque, soit :

d’où v lib = (12γ /ρd0)1/2

Là aussi, la relaxation du ménisque limite la fréquence vers 10 kHz.Une variante consiste à d’abord tirer le ménisque vers l’intérieuravant de le repousser (méthode dite pull push, par opposition à laprécédente dite push pull ).

4.3.2.3 Excitation thermique

Dans cette technique, connue sous l’appellation de bubble jet,l’excitation se fait par impulsions d’énergie thermique dans unélément chauffant situé dans la chambre. Une bulle de vapeur seforme. En grossissant, elle pousse le ménisque. Éclatant finalement,elle favorise la séparation de la goutte en rappellant rapidement leménisque en arrière. Cette méthode est rendue extrêmement brutalepar les surplus d’énergie mis en œuvre : une énergie thermique del’ordre de 10 µJ est injectée dans l’élément chauffant, portant satempérature à près de 500 oC ; à 100 oC, la bulle possède une énergiede 0,5 µJ ; la goutte éjectée prend une énergie cinétique de 15 nJ.Le temps de cycle de la bulle est de l’ordre de 20 µs. Cette méthodepermet d’atteindre des fréquences de gouttes de 2 à 25 kHz, avecdes vitesses de gouttes de plus de 5 m/s. Les chocs thermiques etmécaniques répétés abrègent cependant la durée de vie deséléments chauffants (quelques millions de gouttes).

4.3.2.4 Jet d’encre solide

Cette variante consiste à utiliser un crayon d’encre solide, engénéral à base de cire, qui est fondu au moment de l’éjection. Lesgouttes se resolidifient rapidement sur le support qui, virtuellement,peut être quelconque. En revanche, le dôme brillant qui en résulterend l’image trop réfléchissante pour certaines applications.

4.3.3 Composition des encres utilisées

Les encres liquides pour impression par jet d’encre sont le plussouvent aqueuses, contenant plus de 50 % d’eau distillée dans lecas du DOD et jusqu’à 80 % pour les jets continus. Le colorant pro-prement dit ne représente que 5 %. Le reste se compose de stabi-lisants, d’agents de contrôle du pH, de la viscosité et d’antiobturationdes buses, dont 0,1 % de bactéricides. Des encres à base de solvantsexistent également pour impression sur des supports spéciaux, maisnécessitent des précautions au niveau de la protection del’environnement.

4.3.4 Avantages et inconvénientsde l’impression par jet d’encre

Capable d’imprimer, non seulement sans impact, mais égalementsans contact, et en principe sur tout support, le jet d’encre est unetechnique particulièrement élégante. Pratiquement, sa mise enœuvre reste toutefois assez délicate. Le jet continu, plus rapide(gouttes à quelques centaines de kilohertz), exige des orifices de busetrès petits (30 à 50 µm), donc prompts à l’obturation. Le jet asyn-chrone (DOD) utilise des orifices plus gros, donc plus fiables, maisla fréquence des gouttes est beaucoup plus basse (1 à 20 kHz). Aprèsavoir connu d’intéressantes tentatives (Mead Corp.) à très hautevitesse (jusqu’à 600 et même 900 fpm (pieds par minute) par BDJmultiple de 1 024 jets parallèles) mais de faible adressabilité (90 à120 dpi), le jet d’encre s’est plutôt développé depuis dans la plagedes basses vitesses, avec des approches sérielles (déplacementd’une ou plusieurs têtes). Cela permet de limiter le nombre de busesà un niveau raisonnable (jusqu’à quelques dizaines), plus en rapportavec leur fiabilité intrinsèque. Le jet d’encre à excitation thermique,en particulier, offre des coûts très bas, comparables à ceux del’impact matriciel. Le potentiel pour la réproduction d’images encouleur de haute qualité est tout à fait remarquable. Le plus souvent,quatre buses type DOD sont utilisées (cyan, magenta, jaune et noir),à des densités de 200 à 400 dpi. Dans cette configuration, les vitessessont toutefois extrêmement faibles (plusieurs minutes pour unepage) et la fidélité du rendu des couleurs impose des contraintesen ce qui concerne l’état de surface des papiers.

4.4 Famille électrostatique

Avec l’impression électrostatique, nous abordons une nouvelleclasse de techniques d’impression caractérisée par la notion d’imagelatente. Dans les technologies précédentes (électrographique, ther-mique, jet d’encre), l’image était visible aussitôt que créée. L’imagelatente, au contraire, est une image intermédiaire qui reste provi-soirement invisible, bien que contenant déjà toute l’information del’image finale. Pour qu’elle soit révélée, il faut attendre le tempsnécessaire à la translation du support vers un poste de développe-ment (analogie avec la photographie). L’agent de développement estune encre, soit liquide, soit sèche, c’est-à-dire à l’état de solide pul-vérulent, que l’usage désigne par le terme anglo-saxon de toner. Lestoners secs ont pris un essor tout à fait remarquable, étant utiliséspar la grande majorité des photocopieurs. Les techniques qui lesutilisent peuvent être regroupées sous le nom générique dexérographie (du grec sec ). Pour des raisons historiques, ce vocableest souvent restreint à la seule électrophotographie (§ 4.4.2). Au senslarge (figure 20), il recouvre aussi bien les images latentes électro-statiques, objet de ce paragraphe, que les images magnétiques(§ 4.5), dans la mesure où les unes comme les autres sont déve-loppées à sec.

4.4.1 Impression électrostatique directe

C’est la forme la plus ancienne. Des stylets transfèrent des chargesélectrostatiques sur la couche diélectrique d’un support (figure 21a).Le transfert se fait par émission, multiplication et transport d’élec-trons ou d’ions à travers le film d’air qui subsiste dans la zone decontact. Les charges de signe opposé, qui sont engendrées sur l’autreface de la couche diélectrique, proviennent d’une contre-électrodecommune. La base du support doit donc être conductrice. Le supportpeut être un médium (support intermédiaire) qui, après dévelop-pement par un toner, servira à transférer l’image sur le support papierfinal. Mais cette approche est très peu utilisée dans la pratique. Dansla quasi-totalité des réalisations commerciales, c’est le support finalqui reçoit lui-même la charge électrostatique. Il s’agit alors d’unpapier spécial couché d’une mince épaisseur diélectrique (6 à 8 µm).Fonction de l’état de surface du papier (film d’air équivalent de 1

Exemple

Pour :γ = 40 · 10–3 N/mρ = 1,2 · 103 kg/m2

et d0 = 100 µmnous avons v lib = 2 m/s.

12

------ ρ πd 03 /6( ) v lib

2 π d 02 γ =



à 3

µ

m), une impulsion de tension (400 à 600 V) produit une imagelatente électrostatique (densité de charge de l’ordre de 100 nC/cm

2

).L’impression électrostatique directe a été l’une des premières tech-niques non-impact utilisées à grande vitesse (> 200 ppm) ou pourdes applications graphiques complexes (traceurs). Le coût plus élevédes papiers diélectriques (facteur 2 à 4 par rapport à un papier clas-sique) a condamné cette technique, surtout pour les forts débits.

4.4.2 Électrophotographie

Également qualifiée d’électro-optique, et souvent identifiée à laxérographie (au sens restreint), cette technique s’appuie sur unetechnologie de base héritée de celle des photocopieurs. Depuis lelancement de la première imprimante électrophotographique dansles années 70 (Xerox

1200

), elle a connu un développement consi-dérable, d’abord dans le haut de gamme , puis dansle milieu (20 à 50 ppm) et bas de gamme (< 10 ppm). L’électro-photographie est sans conteste la première grande famille non-impact du type différé et à support inerte (quatrième quadrant dutableau

2

).

4.4.2.1 Précharge uniforme d’un photorécepteur

À la base de l’électrophotographie se trouve un médium photo-récepteur constitué d’un matériau photoconducteur déposé encouche d’épaisseur

d

p

sur une base conductrice (figure

21

b

). Dansl’obscurité, le photoconducteur est isolant. Utilisant l’effet couronne,un fil porté à haute tension (typiquement 7 000 à 8 000 V) permetde déposer à la surface du photoconducteur des charges électriquesuniformes de densité

σ

p

. L’équilibre électrique nécessite l’apparitionde charges de signe opposé à l’interface avec la base conductrice.À l’intérieur de la couche, de constante diélectrique

k

p

, règne doncun champ électrique

E

p

:

E

p

=

σ

p

/

ε

0

k

p

et la différence de potentiel (ddp) entre la surface du photoconduc-teur et la base est :

V

p

=

E

p

d

p

=

σ

p

d

p

/

ε

0

k

p

Cette différence de potentiel, qui caractérise la faculté du photo-récepteur d’être développé par la suite à l’aide d’un toner électro-statique, est généralement de l’ordre de 400 à 600 V.

Figure 20 – Arbre des techniques xérographiques

200 ppm ( )

Figure 21 – Images électrostatiques



4.4.2.2 Décharge localisée par photogénération de charges

Les photons issus d’un rayonnement lumineux donnent naissanceà des paires d’électrons-trous. Fonction de leurs mobilités, l’un aumoins de ces types de porteurs de charge, parfois les deux, diffusedans le matériau sous l’effet du champ E

p et finit par neutraliser les

charges en regard. Tout se passe comme si le matériau, renduconducteur par la lumière, se déchargeait localement. Le temps dedécharge dépend de l’épaisseur

d

p

du photoconducteur et de lamobilité sous champ

µ

p

du type de porteurs de plus grande mobilité :

t

d

=

d

p

/

µ

p

E

p

Comme

d

p

ne peut être réduit en dessous de l’épaisseur limiteimposée par le champ de claquage du matériau, ce temps dedécharge limite le temps minimal de cycle pour la création de l’imageà des valeurs de l’ordre de quelques millisecondes. Un autre pro-blème réside cependant dans le phénomène du

stockage de charges

.Des charges résiduelles, dues aux porteurs de plus faible mobilité,sont conservées dans le volume du photoconducteur, n’ayant pasle temps d’être dissipées entre deux cycles, et créent ainsi une

tension de bruit

cumulative qui peut atteindre 10 % à 15 % de cellede l’image. Pour des temps de cycles charge/exposition trop courts,l’effet cumulatif finit par provoquer la fin de vie en

fatigue

duphotoconducteur. Pour les machines rapides, le médium d’écriture(tambour ou bande sans fin) a une forte longueur développée, defaçon à maintenir le temps de cycle à une valeur raisonnable del’ordre de la seconde (fréquence de rotation < 1 Hz).

4.4.2.3 Photoconducteurs

Le photoconducteur type est le sélénium amorphe (a-Se) qui secaractérise par une charge positive, des épaisseurs d’au moins 60

µ

mdu fait de sa tension de claquage relativement basse et une sensibilitémaximale pour les longueurs d’onde inférieures à 500 nm, donc dansle bleu (figure

22

b

). L’alliage Se-Te permet d’étendre la courbe de

sensibilité au-delà de 600 nm, mais c’est surtout le composé As

2

Se

3

qui prolonge le plus cette courbe vers le rouge. De plus, As

2

Se

3

donne une meilleure résistance mécanique (microdureté de 60 HV,à comparer à 30 HV seulement pour Se). L’oxyde de zinc, ZnO, estégalement photoconducteur, mais souffre d’une durée de vie trèslimitée du fait du phénomène de stockage de charge. Pour cetteraison, son utilisation a plutôt été limitée à celle de papier spécialélectrophotographique non réutilisable. Les photoconducteurs orga-niques comme le polyvinyle carbazole (PVK) se chargent en principenégativement. Le plus souvent, ils possèdent deux couchesdéposées sur une base plastique aluminisée : fine couche réservéeà la photogénération, couche plus épaisse pour le transport decharge. Le champ disruptif plus élevé autorise des épaisseurs plusfaibles de 20

µ

m, donc des temps de création d’image plus courts.En revanche, la sensibilité est plus faible que pour As

2

Se

3

. Plusrécemment, un nouveau photoconducteur inorganique, le siliciumamorphe hydrogéné, a-Si:H, a suscité un grand intérêt dans lamesure où sa sensibilité spectrale s’étend beaucoup plus loin dansle rouge et, surtout, offre des duretés mécaniques supérieures deplusieurs ordres de grandeur à celles de tous les autres photo-conducteurs. Cependant, les temps donc les coûts de production dea-Si:H restent élevés, ce qui limite son utilisation dans les applica-tions à forts volumes. La durée de vie des photorécepteurs classiquesvarie de quelques dizaines à quelques centaines de milliers de pagespour les cylindres de faible diamètre (5 à 10 cm) des petites impri-mantes bureautiques, et atteint de l’ordre du million de pages pourles gros cylindres (30 à 60 cm de diamètre) des grosses imprimantesrapides.

Exemple

Photoconducteur organique type :

k

p

= 3

d

p

= 20

µ

mPour obtenir

V

p

= 600 V, il faut charger à :

Le champ dans le photoconducteur est alors :

Cette valeur est proche du champ de claquage du matériau. Toutecharge supérieure ou toute épaisseur inférieure conduirait à sadestruction.

Photoconducteur inorganique type sélénium :

k

p

= 6,5

d

p

= 60

µ

m

l’on trouve de même pour une ddp maximale de 600 V :

σ

p

= 60 nC/cm

2

et

E

p

= 10 V/

µ

m

champ maximal à ne pas dépasser pour ce matériau.

Exemple :

soit un photoconducteur inorganique d’épaisseur

d

p

= 60

µ

m. Les porteurs les plus mobiles sont les trous :

µ

p

= 2 · 10

–9

m

2

· V

–1

· s

–1

. Si le champ interne maximal est

E

p

= 10 V/

µ

m, le temps de création d’image associé à la décharge est

t

d

= 3 ms. Un temps de cycle maintenu à 1 s autorise une mobilité300 fois plus faible des porteurs le moins mobiles (électrons).

σ p600 3⋅

20 10 6–⋅--------------------------- 1

36 π 10 9 ⋅ ------------------------------

⋅

0,8 10

3

– C/m 2 ⋅ 80 nC/cm 2 = = =

Ep600

20 10 6–⋅------------------------ 30 106 V/m ⋅ 30 V/ µ m= = =

Figure 22 – Électrophotographie



4.4.2.4 Sources lumineuses

Les sources lumineuses sont soit sérielles avec balayage dufaisceau lumineux, soit parallèles et statiques.

4.4.2.4.1 Sources sérielles

La source la plus utilisée est le laser, soit à gaz, soit semiconduc-teur. Les premiers sont les lasers argon (

λ

≈

500 nm) ou HeCd(440 nm) dans le bleu donc convenant au sélénium, et surtout leslasers HeNe (633 nm), parfaitement adaptés à Se-Te, As

2

Se

3

et PVK.Fonction de la vitesse, la puissance requise est de l’ordre de 5à 10 mW pour les photoconducteurs inorganiques, mais atteint 20à 30 mW pour les organiques moins sensibles. Ces lasers à gazémettent de façon continue et exigent donc l’utilisation d’un modu-lateur acousto-optique, afin d’interrompre momentanément l’éclai-rage du photoconducteur par déviation commandée du rayon. Lesdiodes lasers, GaAlAs, présentent, au contraire, l’avantage d’unemodulation directe de leur rayonnement. Leur émission se trouvantvers 800 nm, donc dans le rouge lointain, elles demandent un photo-conducteur de réponse spectrale adaptée. Dans la grande majoritédes cas, un seul laser est utilisé. Bien que d’autres approches existent(galvanomètre), le balayage de l’image s’effectue le plus souvent parun miroir polygonal (de 8 à 30 faces) tournant à grande vitesse(jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute). Cesmiroirs, ainsi que les optiques associées, doivent être de grande pré-cision. La multiplication des étages optiques diminue le rendementénergétique du système qui peut tomber au-dessous de 20 %.

4.4.2.4.2 Sources parallèles

En variante, l’illumination sélective du photoconducteur peut sefaire de façon parallèle, à l’aide d’un ensemble linéaire de sourceslumineuses. La solution la plus courante consiste à utiliser une barrede

diodes électroluminescentes

(LED

light emitting diodes

), semi-conducteurs à base de Ga-As-P. Cela permet d’éliminer le miroir poly-gonal et de simplifier les problèmes de corrections géométriqueset optiques associés au balayage. En revanche, le nombre importantde diodes (plusieurs milliers) induit de nouvelles contraintes sur leplan optique (autant de lentilles de focalisation que de diodes) etsurtout de la connectique du fait de la multiplication des commandes.Un problème crucial réside dans l’

uniformité

spatiale et temporelledes rayonnements des différentes diodes. Des systèmes de mesureset de corrections périodiques doivent leur être associés. D’autressystèmes de sources lumineuses parallèles commandées sont aussiutilisés, tels que des barres de cristaux liquides (LCD

liquid crystaldisplays

), des

écrans cathodiques

(CRT

cathode ray tube

) associésou non à des fibres optiques et même des barres d’

obturateurs

mécaniques, électro-optiques ou magnéto-optiques.

4.4.2.5 Toners électrostatiques

Ces toners sont de trois types : solides bicomposants, solidesmonocomposants, ou liquides.

4.4.2.5.1 Toners bicomposants

Les technologies rapides (100 à 200 ppm) utilisent généralementdes développeurs bicomposants (figure

23

a

), c’est-à-dire composésde deux types de particules, le

toner

et le transporteur (

carrier

). Lesparticules de toner sont relativement fines (10

µ

m typique),composées essentiellement d’un mélange de polymères thermo-fusibles, additionné de noir de carbone et de divers agents destinésà conférer à la poudre ses caractéristiques électrostatiques etrhéologiques. Les particules de

carrier

sont des billes beaucoup plusgrosses (100 à 200

µ

m), autrefois en verre, mais le plus souvent main-tenant en métal ou ferrite, leur permettant d’être véhiculées par desbrosses magnétiques, coquilles cylindriques tournant autourd’aimants fixes ou mobiles. Alors que le toner est le véritable agentcolorant, destiné à développer l’image électrostatique et à être trans-féré sur le papier, le

carrier

ne sert qu’à charger triboélectriquementles particules de toner et à les transporter au voisinage de l’image.Les charges massiques

Q

/

M

couramment obtenues au niveau du

toner sont de l’ordre de 10 à 20

µ

C/g. Cela correspond, pour une par-ticule de toner de taille 10

µ

m et de densité voisine de 1, à une chargeindividuelle de 5 à 10 fC. En principe, le

carrier

n’est pas consomméet reste dans la station de développement, alors que le toner l’estquant à lui au rythme de l’impression. La concentration

toner

/

carrier

,critique pour la qualité de l’image, doit être maintenue dans deslimites précises, typiquement 1 à 2 % en masse. Elle doit donc êtremesurée et corrigée en permanence par admission de toner neuf.Pratiquement, le

carrier

a une vie limitée et doit être vidangé et renou-velé périodiquement (

≈

1 million de pages).

4.4.2.5.2 Toners monocomposants

À l’opposé des précédents, ces développeurs ne comportent qu’untype de particules (figure

23

b

). Outre leurs propriétés électro-

statiques, ces particules sont elles-mêmes rendues magnétiques(SCM

single component magnetic

) par inclusion dans la massepolymérique d’un très grand nombre (quelques milliers) de grainsd’oxyde métallique de faible taille (0,2

µ

m typique). Il s’agit géné-ralement de Fe

3

O

4

,

γ

-Fe

2

O

3

ou ferrites, en proportion pondéralevariant de 30 à 70 %. Le comportement magnétique ainsi acquispermet aux particules de toner d’être agitées (charge triboélectrique)et transportées directement par les brosses magnétiques. Les tonersmonocomposants sont de mise en œuvre plus simple et conviennentdonc bien au bas et milieu de gamme (machines lentes et éco-nomiques). Les caractéristiques électriques des toners mono-composants sont aussi à considérer. Les toners relativementconducteurs présentent l’inconvénient de mal setransférer dans le cas d’environnements humides, l’eau contenuedans le papier le rendant suffisamment conducteur pour déchargerles particules au contact. Les toners isolants ou résistifs

leurs sont donc de plus en plus préférés.

4.4.2.5.3 Distributions granulométriques

Pour les toners monocomposants comme pour les bicomposants,la distribution granulométrique des particules est une caractéristiqueessentielle, déterminante pour la qualité d’impression. Les particulestrop grosses limitent la résolution. Les fines engendrent du bruit defond et posent des problèmes d’environnement (sécurité et pollu-tion). La littérature donne des lois de distribution, soit en volumeou en masse (plus directement accessibles à la mesure), soit deslois statistiques réelles, c’est-à-dire en nombre (population). La distri-bution en volume favorise artificiellement les grosses particules(figure

23

c

). La loi log-normale :

avec

Φ

variable aléatoire représentant le diamètred’une particule,

µ

= E [ln

Φ

] moyenne des logarithmes de

Φ

,

τ

= E [ln

Φ

–

µ

]

2

écart type des logarithmes de

Φ

,

rend assez bien compte de ces distributions. On démontre facilementque

µ

n’est autre que la

médiane

de la distribution de

Φ

. Par ailleurs,si

µ

1

et

τ

1

sont les paramètres de la loi log-normale en population,alors la loi en volume est également log-normale, mais de para-mètres

µ

3

et

τ

3

tels que :

µ

3

= 3

µ

1

+ ln (

π

/6)

τ

3

= 3

τ

1

Enfin, les moyennes

m

1

et

m

3

en population et volumes’expriment par :

Exemple :

une distribution en population :

µ

1

= 2 et

τ

1

= 0,5 corres-pond à une taille moyenne (en population) de 8,4

µ

m. La loi en massese caractérise par

µ

3

= 5,4 et

τ

3

= 1,5 correspondant à une taillemoyenne (en masse) de 10,8

µ

m.

ρ 10 Ω m ⋅( )

ρ 10 8 Ω cm ⋅( )

f ϕ( ) prob ϕ Φ < ϕ d ϕ + 1/ ϕτ 2 π( ) exp ln ϕ µ – ( ) 2 /2 τ 2 –= =

m i exp µ i τ i2

+ /2( ) avec i 1,3 = =



4.4.2.5.4 Distribution de charges

Admettant pour la charge q d’une particule une loi en φ2 (chargede surface), alors que sa masse m dépend bien sûr de φ3, on peuts’attendre à avoir une charge massique q /m de la particuleelle-même fonction de sa taille φ . En général, la moyenne E[q /m]est différente du rapport Q /M mesuré au niveau global de la poudre.Ce phénomène est en fait aggravé par la présence quasi systéma-tique d’une minorité plus ou moins forte de particules dont la chargeest de signe opposé à celui de la majorité (wrong sign particles ).Ces particules de signe opposé peuvent être responsables de bruitde fond dans les zones situées hors de l’image.

4.4.2.5.5 Toners électrostatiques liquidesEncore que leur utilisation ne justifie plus, en principe, l’appar-

tenance au groupe xérographique, les toners liquides ont été abon-damment utilisés dans les années 70, surtout en association avec

les techniques électrostatiques directes (§ 4.4.1), mais aussi avecl’électrophotographie. Progressivement abandonnés dans la décen-nie suivante, ils ont bénéficié récemment d’un regain d’intérêt dufait de leur excellente résolution. Ces toners sont constitués d’unfluide transporteur dans lequel sont mis en suspension de très finesparticules colorantes solides. Idéalement, la suspension devrait êtrecolloïdale, c’est-à-dire que les particules devraient être suffisammentpetites (< 0,01 µm) pour que l’agitation thermique les empêche dedécanter sous l’effet de la gravité. Pratiquement, des tailles de 0,1à 1 µm sont utilisées, bénéficiant de l’agitation additionnelle due aupompage et à la recirculation. Les particules devant recevoir etconserver des charges électrostatiques, le fluide porteur doit êtrediélectrique (ρ > 108 Ω · m), ce qui limite le choix aux hydrocarbures(l’isopar est le plus utilisé). L’intensification actuelle des normes desécurité et de pollution rend assez incertain l’avenir de ces tonersà base d’hydrocarbures.

4.4.2.6 Développement électrostatique

Le développement de l’image résulte de l’interaction du champélectrique E, créé par les points de l’image électrostatique, avec lesparticules de charge q (force coulombienne) :

Fe = qE

L’accélération Fe /m associée à cette force dépend donc de lacharge massique q /m de la particule, égale en première approxi-mation seulement à celle Q /M du toner.

4.4.2.6.1 Masse surfacique développéeUne autre grandeur caractéristique est le rapport M/A de la masse

totale de toner développé à la surface concernée. C’est ainsi, parexemple, que la densité optique D d’un aplat (figure 23d ) est bienreprésentée à partir de M/A par la loi de Castro et Lu :

avec Rp et R t réflectances du papier et du toner respectivement,

ρ t masse volumique du toner,

ϕ t taille moyenne des particules de toner.

Le coefficient α rend compte de la forme finale des particules aprèsfixation sur le papier (expérimentalement : α ≈ 2,9). Pour Rp = 70 %et R t = 4 %, D sature vers 1,4 pour des M/A voisins de 0,8 à 1 mg/cm2.Une borne supérieure du M/A réalisable s’obtient simplement enécrivant que la charge surfacique totale σ t associée à la masse detoner développée ne peut en aucun cas dépasser en valeur absoluela charge surfacique σp disponible à la surface du photoconducteur(cas limite de la neutralisation). Nous avons :

σ t = Q/A = (Q /M) (M /A)

σp = ε0kpVp/dp (§ 4.4.2.1)

La condition |σ t | < |σ p| conduit alors à :

M /A limite < ε0Vp (dp/kp) –1 (Q /M ) –1

La masse développée réelle, obtenue en mode dynamique, restetoujours très inférieure à cette limite statique qui demanderait untempsd infini pour être atteinte. D’autres phénomènes, non détaillésici, font aussi que le développement s’arrête toujours largementavant.

Figure 23 – Encre solide électrostatique (toner)

Exemple : admettant un transfert de 100 mg de liquide par pageimprimée, un volume de 10 millions de pages par an, courant pour unsite informatique, conduit à l’émission dans l’atmosphère de102 · 10–6 · 10 · 106 = 1 000 kg de solvant par an. À 100 millions depages par an, cas d’un site d’impression de masse, c’est 10 tonnes desolvant qu’il faut traiter. Même si l’on récupère et brûle sur place 95 %des vapeurs, c’est tout de même 1/2 tonne de solvant qui est émisechaque année.

D lg R t R p exp + 3 α 2

ρ t

ϕ t

------------------- MA

------- ⋅ R t exp – 32

ρ t

ϕ t

------------------- MA

------- ⋅ –––=



4.4.2.6.2 Électrode de développement

Ce qui précède ignorait les effets de bords. En réalité, le champtend à être plus concentré et plus intense sur les bords d’un élémentd’image plutôt qu’en son centre (figure

24

a

). Cela se traduit par desimages trop développées sur les bords et au contraire affaiblies aucentre. Une parade consiste à placer à proximité de l’image un planconducteur maintenu à la masse (figure

24

b

). Appelé électrode dedéveloppement, ce plan a pour effet de modifier la topographie deslignes de champ, redressant en partie celles qui rejoignaient tropvite la base conductrice du photoconducteur, et établissant d’autreslignes sur toute la surface de l’image. Le développement ainsi obtenuest beaucoup plus uniforme.

4.4.2.6.3 Tension de biais

Si une tension de polarisation

V

b

(

biais

) est appliquée à l’élec-trode de développement,l’intensité des lignes de champ qu’ellereçoit de l’image sera légèrement atténuée, mais d’autres – de sensinverse – la relieront alors au photoconducteur en dehors de la zoned’image (figure

24

c

). Supposant une charge d’image positive et uti-lisant un toner chargé négativement, les particules seront attiréesdans la

zone image

et, au contraire, repoussées dans les

zonesnon-image

. La tension de biais permet ainsi de lutter contre le bruitde fond dû aux phénomènes d’adhésion. À noter cependant quetoute réduction du bruit de fond, par augmentation de la tension debiais, s’accompagne d’une diminution de l’intensité de l’image, lePCS (§ 2.1.3) évoluant finalement assez peu.

4.4.2.6.4 Développement des zones chargées ou déchargées

L’utilisation d’un toner dont la charge est de signe opposé à celuidu photoconducteur, se traduit (figure

24

d

) par un

développementdes zones chargées

(CAD

charged area development

). Dansl’exemple de la figure

24

d

, le photoconducteur est supposé chargéinitialement à

V

i

= 500 V et conserver une tension résiduelle

V

r

= 100 V dans les zones éclairées. L’utilisation de la tension de biais

V b = 150 V permet alors de conserver une différence de potentiel dedéveloppement de 500 – 150 = 350 V dans les zones image, alors queles zones non-image subissent une différence de potentiel inversede 100 – 150 V = – 50 V, s’opposant ainsi au développement du fondpar des particules chargées négativement. L’on peut tout aussi bien(figure

24

e

) utiliser un toner chargé du même signe que le photo-conducteur, obtenant alors un

développement des zones déchargées

(DAD

discharged area development

). Toujours dans l’hypothèsed’une tension initiale de charge

V

i

= 500 V et d’une tension résiduelledes zones illuminées

V

r

= 100 V, le choix d’une tension de biais

V

b = 450 V donnera une ddp de déve loppement de100 – 450 = – 350 V dans les zones déchargées (le signe moinsassocié à un toner de charge positive donne bien lieu à dévelop-pement), tandis que les zones chargées subissent une ddp inverse500 – 450 = 50 V s’opposant donc au développement par des par-ticules positives. Pour les photocopieurs, le mode CAD était le plusnaturel, puisque les zones déchargées correspondent aux blancs del’original à reproduire. Pour une imprimante, au contraire, le main-tien du mode CAD implique que la source lumineuse écrive(décharge) les parties non-image, c’est-à-dire le plus souvent laquasi-totalité de la page (typiquement > 95 %). Il est souvent préfé-rable d’utiliser le mode DAD, permettant à la source de ne déchargerque les éléments d’image, de surface beaucoup plus faible (< 5 %),réduisant ainsi sa puissance moyenne et augmentant sa durée devie. En revanche, dans le cas de réutilisation d’une technologie CAD

héritée d’un copieur, le passage au mode DAD impose le dévelop-pement d’un nouveau toner et un changement important de latension de biais.

4.4.2.7 Transfert de l’image développée

La masse de toner développée est enfin transférée électrostati-quement du photoconducteur sur le support papier final. Un filcorona, situé en son dos, y dépose des charges électrostatiques designe opposé à celles du toner, la densité de charge pouvant atteindre

Exemple : pour un photoconducteur d’épaisseur dp = 60 µm, deconstante diélectrique kp = 6,5, chargé à Vp = 600 V, et un toner decharge massique 10 µC /g, la masse limite développée serait :M/A = 3,8 mg/cm2. La masse développée réelle est nettement plusfaible : 0,5 à 1 mg/cm2, fonction de la vitesse et du nombre de brossesmagnétiques utilisées (jusqu’à 5 dans les imprimantes rapides(> 200 ppm).

Figure 24 – Développement d’images en électrophotographie



20 à 30 nC/cm2. Les rendements de transfert ainsi obtenus sont cou-ramment de 80 à 85 %. Le reste du toner est nettoyé sur le photo-conducteur par des systèmes de brosses rotatives, tournant à hautevitesse dans des enceintes maintenues en dépression de façon àaspirer aussitôt les particules qu’elles délogent. Préalablement, unéclairage uniforme du photoconducteur, et éventuellement l’expo-sition à un corona alternatif, permettent d’éliminer les chargespouvant s’opposer au nettoyage. Une variante consiste à remplacerle transfert corona par un rouleau de pression en élastomère, derésistivité parfaitement contrôlée, dont l’âme métallique est pola-risée électriquement. De même, le nettoyage peut se faire par unelame en plastomère frottant sur la surface du photoconducteur. Enélectrophotographie, ces variantes sont toutefois réservées auxmachines lentes et surtout à faible volume d’impression. Leur rela-tive agressivité ne permet pas, en effet, d’assurer une longévitéacceptable des photoconducteurs.

4.4.2.8 Fixation sur le papier

C’est à ce stade qu’interviennent les propriétés thermo-dynamiques des particules de toner. À la température ambiante θa ,les polymères utilisés se trouvent à l’état solide dur et cassant. Leurtempérature de transition vitreuse θg est de l’ordre de 60 à 70 oC.Au-delà de cette température, les particules passent progressive-ment de l’état solide à l’état viscoélastique. Il faut atteindre unetempérature θf nettement supérieure, 120 à 140 oC, pour atteindrel’état de fluide visqueux qui permette le déroulement des principalesétapes de la fixation (figure 25) : arrondissement d’abord puis sou-dure (coalescence) des particules au contact en une masse fondue,enfin étalement puis mouillage de la surface et des anfractuositésdu papier par cette masse. Les forces de tension superficielle du tonerjouent un rôle moteur, tandis que celles associées à sa viscosité àchaud agissent en frein. Ces caractéristiques doivent être soigneu-sement adaptées au mode d’apport d’énergie thermique retenu,ainsi qu’aux caractéristiques du support d’impression (tableaux 3 et4). Les systèmes radiants, constitués de lampes halogènes émettantdans le proche infrarouge, sont simples et peu coûteux, maisdemandent des toners de très faible viscosité à chaud (< 10 Pa · sà 130 oC) et des énergies surfaciques de l’ordre de 3 à 4 J/cm2. L’uti-lisation de lampes flash connaît un regain d’intérêt dans la mesureoù la brièveté de l’impulsion de lumière (quelques millisecondes)permet au toner de s’échauffer sans que le papier n’en ait le temps.L’énergie est réduite (1 à 1,5 J/cm2), mais les alimentations sontvolumineuses. Les systèmes à rouleaux chauffants, portésà 180-200 oC et combinant apport thermique (1,5 à 2,5 J/cm2) et

pression (de l’ordre de 5 · 105 Pa), sont préférés lorsque le papierest en feuilles séparées. Ils s’accommodent d’une viscosité plus forte(5 000 Pa · s à 140 oC), mais sont plus complexes et plus chers. Enparticulier, la fenêtre de fonctionnement entre offset froid (tonerinsuffisamment fondu) et offset chaud (toner trop fluide) exige desformulations serrées. Les systèmes utilisant des solvants en phasevapeur pour accélérer la fixation donnent de bons résultats avec unefaible énergie (< 1 J/m2), mais sont maintenant abandonnés du faitdu renforcement des législations en matière d’environnement. Lafixation par pression à froid est peu utilisée, sauf en ionographie(§ 4.4.3), car elle calandre le papier et ne garantit pas suffisammentla robustesse de l’adhésion. (0)

(0)

Tableau 3 – Valeurs typiquesdes principales caractéristiques des toners utilisés en fixation

par rouleaux chauffants (1)

Paramètre Valeur typique SI Valeur typique CGS

Conductivité thérmique 1,2 · 10–1 J/m · s · K 3 · 10–4 cal/cm · s · oC

Capacité thermique massique ....................... 1,3 · 103 J/kg · K 0,32 cal/g · oC

Températurede transition vitreuse ... 60 à 70 oC 60 à 70 oC

Masse volumique ......... 1 000 kg/m3 1 g/cm3

Module d’Young ........... 3,5 · 109 N/m2 3,5 · 1010 dyne/cm2

Contrainte maximale :

— compression ............ 9,5 · 107 N/m2 9,5 · 108 dyne/cm2

— étirement ................. 4,8 · 107 N/m2 4,8 · 108 dyne/cm2

Tension de surface :

— à 25 oC ...................... 32 · 10–3 N/m 32 dyne/cm

— à 130oC ..................... 25 · 10–3 N/m 25 dyne/cm

Viscosité à chaud :

— à 100 oC .................... 106 Pa · s 107 Po

— à 130 oC .................... 5 000 Pa · s 5 · 104 Po

(1) Ces valeurs peuvent changer notablement en fonction des types depolymères utilisés, eux-mêmes fonctions du mode de fixation choisi.

Figure 25 – Étapes de la fixationd’un toner thermofusible



4.4.3 Ionographie

Cette technique peut être considérée comme une variante del’approche électrostatique directe, dans la mesure où elle consisteaussi à déposer directement des charges sur un médium diélec-trique. Ses spécificités, telles que mises en œuvre par les sociétésDennison et Delphax, méritent une description à part. Le médiumest le plus souvent en aluminium anodisé, la tête d’écriture, parallèlestatique, est constituée d’électrodes délimitant une multitude detrous qui, compte tenu de leur encombrement, sont alignés enplusieurs lignes décalées. Chaque trou (figure 26a ), par le fortchamp électrique créé entre deux électrodes, ionise localement l’air,engendrant un brouillard de particules chargées. Ces particules sontcontrôlées et accélérées en faisceau par une troisième électrodeécran. Longtemps considéré comme composé exclusivement d’ions,le faisceau serait en fait majoritairement à base d’électrons (travauxrécents des chercheurs de Delphax). La charge d’image est limitéepar l’accumulation des particules sur le médium, qui finissent parrepousser les particules incidentes additionnelles. L’épanouissementdu faisceau qui en résulte dégrade la résolution. Le toner est du typemonocomposant magnétique conducteur (§ 4.4.2.3). Une spécificitéintéressante réside dans le regroupement du transfert et de la fixa-tion (figure 26b ) en une seule étape, purement mécanique (trans-fixation), à l’aide d’un rouleau à forte pression (près de 104 N sur200 mm), dont l’utilisation est permise par la robustesse du cylindre.Un rendement de transfert tout à fait exceptionnel de plus de 99 %est obtenu. Mais certains papiers ne supportent pas, ou mal, ceprocédé, qui implique par ailleurs un toner de forte taille (≈ 20 µm).La dureté du cylindre permet également un nettoyage par lamemétallique. Les mécanismes ionographiques sont donc compacts etsimples. En revanche, les conditions de fonctionnement sont rela-tivement agressives pour les composants technologiques. En dépitde sa dureté beaucoup plus forte que celle d’un photoconducteur,le cylindre d’impression voit sa longévité limitée par le bombarde-ment ionique et la forte pression de transfixation. Un préchauffageà 50 oC permet d’éviter l’effet aggravant de la condensation. Lestrous de la tête émettrice d’ions, sous fort champ, tendent à capterles poussières et à se boucher. Il en résulte des durées de vie pra-tiques de l’ordre de 1 à 2 millions de pages pour le cylindre d’écritureet de quelques centaines de milliers de pages pour la tête émettrice.

4.4.4 Avantages et inconvénientsde l’impression électrostatique

C’est probablement la famille qui, depuis l’après-guerre, a donnélieu au plus important effort de développement technologique,industriel et commercial. L’impression électrostatique directe estmaintenant pratiquement abandonnée pour les applications à fortsvolumes du fait des coûts et contraintes associés à l’utilisation d’unpapier spécial diélectrique. L’avantage est aux techniques par trans-fert sur un papier non sensible. L’électrophotographie, après s’êtreimposée comme solution quasi unique pour la photocopie et la dupli-cation de petites séries, a étendu son règne à l’impression numériqueet couvre maintenant près de deux décades de vitesses d’impression(de 6 à 300 ppm). L’utilisation de sources lumineuses sérielles (laser)autorise de hautes adressabilités (300 à 600 dpi et au-delà). Enrevanche, la relative fragilité des photoconducteurs, ainsi que lecompromis temps de cycle/fatigue qui leur est associé, font que cettetechnique est proche de sa limite économique en terme de vitessed’impression. Restant relativement complexe, elle est fortementconcurrencée dans le bas de gamme (< 10 ppm) par les techniquestransferts thermiques et jet d’encre. L’ionographie se positionne enchallenger de l’électrophotographie, avec des approches simples,compactes et économiques, qui lui ont permis de s’implanter danscertains secteurs applicatifs. La conjonction de contraintes tech-niques liées à ses choix de base rend cependant incertain son poten-tiel d’évolution en terme de résolution et de qualité d’impression,du moins dans ses réalisations actuelles (densité et fiabilité des têtesémettrices d’ions, toner conducteur de forte taille, transfixation).

Tableau 4 – Valeurs typiques des principales caractéristiques des papiers utilisés

en électrophotographie (1)

Paramètre Valeur typique SI Valeur typique CGS

Géométrie des fibres :

— longueur moyenne . 3 · 10–3 m 3 · 10–1 cm— diamètre moyen...... 30 · 10–6 m 3 · 10–3 cmConductivité thermique 1,6 · 10–1 J/m · s · K 4 · 10–4 cal/m · s · oCCapacité thermique massique :

— sec ............................ 1 100 J/kg · K 0,26 cal/g · oC— humide ..................... 1 500 J/kg · K 0,36 cal/g · oCTeneur en eau ............... 4 à 8 % en masse 4 à 8 % en masseEnthalpiede vaporisation............. 2,26 · 106 J/kgH2O 540 cal/g H2OTempérature maximale (jaunissement) .............. 170 oC 170 oCMasse volumique ......... 500 kg/m3 0,5 g/cm3

Module d’Young ........... 3 · 109 N/m2 3 · 1010 dyne/cm2

Tension de surface ....... 45 · 10–3 N/m 45 dyne/cm

(1) Ces valeurs peuvent changer notablement en fonction des types depapiers

Figure 26 – Impression ionographique



4.5 Famille magnétique

L’impression magnétique, ou magnétographie, se positionne audépart comme l’ionographie, se voulant une réponse plus simple,plus compacte, et surtout plus robuste que l’électrophotographie,aux applications d’impression rapide et à forts volumes. Sesavantages potentiels ont été reconnus depuis longtemps, y comprispar des sociétés ayant déjà puissamment investi en électro-photographie. Fonctionnellement analogue à cette dernière, lamagnétographie n’en est pas moins organiquement différente. Lesimple fait de remplacer l’image électrostatique par une imagemagnétique implique de fait la mise en œuvre de mécanismesphysiques et de matériaux totalement différents. La sous-estimationde ses spécificités a rendu l’émergence de cette nouvelle techniqueà la fois lente et heurtée. Son essor n’a finalement été possible qu’auprix d’un effort technologique et industriel important, destiné à créerdes composants spécialisés qui n’existaient pas préalablement.Cette technique est essentiellement utilisée par le Groupe Bull, maisaussi par la Société Iwatsu au Japon.

4.5.1 Magnétographie directe

Comme l’électrophotographie et l’ionographie, la magnéto-graphie (figure 27a ) met en œuvre des étapes d’initialisation dumédium, d’écriture de l’image, de développement par du toner, detransfert et de fixation sur le support final. La différence fondamen-tale réside dans le fait que les phénomènes utilisés sont magnétiquesplutôt qu’électrostatiques.

4.5.1.1 Média magnétiques

Le support intermédiaire photoconducteur de l’électrophoto-graphie est remplacé par un médium dont la surface, magnétiquede forte coercitivité (Hc > 25 kA/m) mais de faible perméabilité (µr ≈ 3à 6), permet de mémoriser une image matricielle sous forme depoints (dots) aimantés, équivalents directs des bits des mémoiresmagnétiques. Ce médium est soit une bande magnétique (par-ticulaire ou métallique), soit un cylindre ou tambour métallique munid’une couche d’enregistrement. Au contraire des couches trèsminces (< 1 µm) utilisées pour les mémoires de masse (bande,disque), les couches magnétographiques demandent 10 à 30 µmd’épaisseur, afin de garantir une énergie magnétostatique suffisantepour le développement. Les couches métalliques, protégées ensurface par une mince couche dure (Cr), atteignent couramment desduretés de 2 000 HV, ce qui leur confère un avantage certain parrapport aux photoconducteurs. La durée de vie d’un cylindre atteint20 millions de pages pour un diamètre de 100 mm.

4.5.1.2 Têtes d’écriture magnétique

Les points sont enregistrés, soit de façon sérielle (impressionlente), soit en parallèle (impression rapide) par des têtes d’écrituremagnétiques (figure 27b ). Ces têtes sont des transducteurs quiengendrent un flux magnétique, aussi bien canalisé que possible parune armature magnétique de forte perméabilité (µr > 103), enréponse au courant électrique dans un bobinage. Fonction de sastructure, le bobinage doit développer une ddp magnétique entre5 et 10 A · tr, si l’on veut récupérer de l’ordre de 1 A · tr à l’écrituredans la couche d’enregistrement, en dépit des fuites magnétiques.Le choix s’établit donc entre un fort courant et peu de tours (caslimite : 1 seul conducteur et 10 A) ou un bobinage important et unfaible courant (par exemple 100 tr et 0,1 A). Le second cas s’imposedu point de vue de l’énergie dissipée. Les têtes magnétiques sontextrêmement rapides. En général, c’est la réponse du médium quilimite la constante de temps d’écriture (quelques microsecondes).La principale difficulté consiste à fabriquer des barres de plusieursmilliers de têtes parallèles. Des précautions particulières doivent êtreprises pour minimiser la diaphonie due aux fuites magnétiques entretêtes voisines.

4.5.1.3 Image latente magnétique

Fonction des structures de tête et de couche utilisées, les pointsde l’image latente sont aimantés, soit de façon planaire (dans le plande la couche, figure 27d ), soit verticalement (figure 27c ). Aprèsécriture, la relaxation magnétique de la couche (équilibre entreaimantation résiduelle et champ démagnétisant) laisse une ddpmagnétique de l’ordre de 0,1 A · tr. Cette image latente présentel’avantage unique d’être quasi permanente, pouvant donc, si néces-saire, être réutilisée pour de multiples copies (cela n’est pas le casen électrophotographie). Le champ externe de l’image est très faible,mais, différence fondamentale par rapport à l’électrostatique, c’estson gradient qui est déterminant pour le développement magné-tique. Un point de 80 µm de côté, aimanté verticalement à 60 kA/msur une couche de 25 µm d’épaisseur, développe à sa surface et enson centre un champ externe au maximum de 20 kA/m, mais chuteà 15 kA/m à une distance de seulement 30 µm, soit un gradient localde 15 · 104 kA/m2. Ce gradient est beaucoup plus élevé encore surles bords du point (jusqu’à 10 fois).

Figure 27 – Impression magnétographique



4.5.1.4 Développement et toner magnétographique

Le développement se fait à l’aide d’un toner monocomposantmagnétique, a priori semblable à celui décrit pour l’électrophoto-graphie (§ 4.4.2.5). Mais les caractéristiques magnétiques, secon-daires pour l’électrophotographie (fonction transport), deviennentprioritaires en magnétographie, où elles contribuent directement audéveloppement de l’image. C’est ainsi que les toners magnétiquesde l’électrophotographie, en principe magnétiquement doux(coercitivité Hc < 8 kA/m), produisent des forces de développementfaibles, leur aimantation ne pouvant qu’être induite par le champde l’image, lui-même faible. Au contraire, des toners magnéti-quement durs (Hc > 25 kA/m) peuvent être prémagnétisés, portantainsi un moment magnétique permanent. L’interaction de cemoment avec le fort gradient de l’image produit alors une force dedéveloppement de niveau comparable à celle obtenue par voieélectrostatique.

4.5.1.5 Transfert, fixation et nettoyage

Le transfert, la fixation et le nettoyage peuvent se faire commeen électrophotographie. Mais, tout comme en ionographie (§ 4.4.3),la robustesse du cylindre d’impression rend possibles des approchesplus simples et plus efficaces (pression au transfert, nettoyage parlame), interdites aux média plus fragiles de l’électrophotographie.

4.5.2 Thermomagnétographie

Cette variante pourrait aussi s’appeler magnétophotographie.Basée sur une image latente magnétique, elle procède bien de lamagnétographie, mais emprunte à l’électrophotographie l’utilisationd’un étage optique pour la création de celle-ci. Une réalisation(Dupont, Xerox) consiste à utiliser un médium magnétique en CrO2 ,matériau à basse température de Curie TC ≈ 120 oC, initialementpréenregistré magnétiquement d’un motif régulier à forte densité(300 à 1 000 dpi). Un original négatif, exposé optiquement à l’aided’un flash de forte puissance, désaimante localement le motif pardépassement de la température de Curie dans les zones illuminées.L’image magnétique de haute qualité ainsi obtenue est alors déve-loppée, transférée et fixée classiquement. Une variante consiste àutiliser des têtes thermiques pour la création de l’image, ou encoreun laser.

4.5.3 Avantages et inconvénientsde l’impression magnétique

Alors que l’impression électrophotographique a d’embléebénéficié des procédés créés pour la photocopie, la magnétographiea dû se développer par elle-même. Les matériaux et composantsmagnétiques des mémoires de masse ne lui ont été que d’un secoursindirect. L’énergie magnétostatique requise pour développer desparticules de toner est supérieure de plusieurs ordres de grandeurà celle nécessaire à la relecture de bits d’information, d’où la néces-sité de disposer de composants spécifiques. Cette technologie restedonc difficile d’accès, à défaut d’un investissement industriel impor-tant. Pourtant, son potentiel est maintenant bien établi en matièrede robustesse et de fiabilité, en particulier pour les très hautesvitesses d’impression (> 400 ppm). L’inconvénient principal setrouve être aujourd’hui la difficulté d’obtention de toners magné-tiques colorés.

5. PerspectivesVieilles à peine de quelques décennies, les techniques non-impact

ont subi déjà d’importantes mutations. Enfin matures, ellescontinuent pourtant à évoluer rapidement. L’analyse des évolutionspassées permet de mieux saisir les tendances nouvelles.

5.1 Bilan des évolutions passées

Ces évolutions ont concerné la nature des supports et les orga-nisations des machines, tandis que la lente émergence de la couleurcontrastait avec la montée rapide des exigences typographiques.

5.1.1 Déclin des supports sensibles

Se référant à nouveau au tableau 2, les flèches en gras suggèrentque les techniques du deuxième quadrant qui se sont maintenueset même développées l’ont fait en migrant, soit vers le troisièmequadrant (thermique direct, vers transfert thermique), soit vers lequatrième (électrophotographie directe sur papier couché ZnO, versélectrophotographie transfert sur papier ordinaire). Celles qui n’ontpas pu le faire sont, soit abandonnées, soit confinées à des nichesapplicatives. Cette évolution correspond à un rejet des supportssensibles, à cause de leur coût , mais aussi au nom de la facilité etde la sûreté d’approvisionnement, ainsi que de la commoditéd’emploi (odeur, contact, inscriptibilité ultérieure).

5.1.2 Dominance du transfert différépour les grandes vitesses

Les techniques capables de hautes vitesses d’impression sont, àl’exception du jet d’encre parallèle, du type par transfert différé.C’est le cas de l’électrophotographie, de l’ionographie et de lamagnétographie. L’ionographie a d’ailleurs évolué d’une premièreforme instantanée directe (brouillard d’encre chargé, ink mist) verssa forme actuelle par transfert différé (§ 4.4.3). Il est intéressant denoter que ces approches transfert sont maintenant le reflet destechniques d’imprimerie traditionnelle. Elles impliquent, en effet,les mêmes étapes d’encrage, de transfert, puis de fixation, l’imagelatente n’étant rien d’autre qu’une forme imprimante. Mais cettenouvelle forme imprimante présente l’avantage considérable d’êtremodifiable électroniquement à volonté.

5.1.3 Feuilles séparées en bas/milieu de gamme

Alors que les imprimantes impact ont longtemps popularisé lepapier paravent à bandes latérales perforées, l’impression surfeuilles séparées a fait une entrée en force avec l’apparition despetites imprimantes non-impact de bas de gamme ; suivie d’unenette tendance à s’étendre vers le milieu de gamme. Cette option,en apparence purement applicative, n’est pas sans conséquence auniveau des technologies d’impression. C’est ainsi que la naturecontinue ou discontinue du papier induit des choix au niveau dutransfert ou de la fixation, impliquant à leur tour des formulationsdifférentes des encres.



5.1.4 Émergence de la couleur dans le bas de gamme

Alors que les techniques par impact n’avaient pas connu de déve-loppements significatifs dans ce domaine, c’est incontestablementl’impression non-impact qui a commencé à afficher sérieusementla couleur. Pour l’instant, cette évolution est limitée au bas de lagamme de vitesse ; cela, non seulement à cause des limitations tech-nologiques, mais surtout parce que les micro-ordinateurs gèrent plusvolontiers la couleur que les grandes unités centrales, et que descoûts à la page plus élevés ne sont supportables que pour des appli-cations de faible volume.

5.1.5 Enrichissement typographique

C’est probablement l’évolution dont l’effet est le plus apparentdans la vie de tous les jours. Là aussi, la microinformatique a jouéun rôle considérable, mettant au bout des doigts des utilisateurs unchoix de polices (graphisme, taille, style) tout simplement inimagi-nable il y a seulement 10 ans. Les exigences continuent à croîtreau point de se rapprocher de celles en vigueur en imprimerietraditionnelle. Partie de 70 à 100 dpi, les adressabilités atteignent 300à 600 dpi. Mais la course aux dpi semble marquer une pause, latendance, pour un temps au moins, consistant à mieux exploiter lesdensités disponibles grâce à des techniques d’optimisation (RETresolution enhancement technic ), soit électroniques, soit basées surdes demi-points ou points de taille ou densité optique variables.

5.2 Tendances nouvelles

En ce début des années 90, tout prête à penser que la plupart desévolutions actuellement observables vont se poursuivre, en s’accen-tuant (exigence de qualité d’impression) et en se complétant (couleuren haut de gamme). Mais des considérations d’ordre économique(productivité) ou environnementales (pollution, recyclage) pourrontdonner lieu à des infléchissements sur certains axes.

5.2.1 Productivité et intégration maximales

La diversification des applications d’impression ne se fera pas àn’importe quel prix. Les heurts économiques que nous connaissonss’accompagnent inévitablement d’une recherche permanented’amélioration de la productivité. Cela d’autant plus que les volumesimprimés sont plus forts, ou que l’on s’éloigne de l’optique de serviceinterne pour s’approcher de celle d’outil de production, où l’impres-sion ne coûte plus mais contribue au chiffre d’affaires et au revenu.Cette recherche passe par l’intégration maximale de la fonctionimpression. En une seule étape, et au moment précis où le besoins’exprime (on-demand printing), le papier doit passer le plus vitepossible de sa forme la plus amont (papier vierge standard) à saforme la plus aval. Cette dernière intègre fonds de page fixes(l’actuelle préimpression) et données variables, et implique toute unesérie d’opérations de façonnage (perforation, fenêtrage, pelliculage,coupe, pliage, mise sous enveloppe). Or une bande continue, surtoutsi elle est sous tension, allie une forte autonomie (10 km de papierdans un rouleau de 1,2 m de diamètre, contre seulement 600 m dansun paquet de 2 000 pages) à une meilleure fiabilité du chemin depapier et à une synchronisation-contrôle plus simple des différentesséquences de la chaîne. La recherche d’intégration maximaleredonne donc un attrait nouveau au papier en continu. Notonsencore que cette démarche rapproche l’impression électronique del’imprimerie traditionnelle. Dans le même esprit, toute augmentationde la vitesse et de la largeur de bande de papier, accompagnée d’unélargissement de la zone d’impression, améliore encore laproductivité.

5.2.2 Couleur en impression de masse

Au niveau des applications de publipostage (direct mail ), la pres-sion marketing et commerciale passe par des documents person-nalisés les plus attractifs possible. Après ses débuts dans le bas degamme, et dès que les techniques le permettront, l’impressioncouleur devrait se développer également dans les applications à fortsvolumes. La notion de mise en valeur par la couleur (high-lightcolour ) se précise déjà dans le milieu de gamme avec la technologietri-level electrophotography présentée par Xerox en 1991. Cette tech-nique permet d’imprimer des images en deux couleurs, en un seulpassage papier, avec toute une gamme de dégradés obtenus parcellules demi-encrées (§ 2.4.2), intégrant à une couleur soit du noir,soit du blanc.

5.2.3 Contrôleurs électroniques plus puissants

L’augmentation des densités de points (résolution et restitutiondes gris), ainsi que les accroissements de vitesse et de largeur(productivité) font peser sur les contrôleurs électroniques descontraintes de plus en plus lourdes. La puissance de traitement enbit/s d’un RIP (raster image processor ) évolue en effet comme :

bit/s = K × (dpi)2 × largeur × vitesse

K étant un coefficient de proportionnalité qui dépend des unitésutilisées pour mesurer la largeur et la vitesse.

De façon paradoxale, c’est le contrôleur électronique qui, actuel-lement, fait souvent figure de goulot d’étranglement pour les impri-mantes à grande vitesse (> 400 ppm). Les progrès des composantsmicroélectroniques et des architectures parallèles doivent permettrede faire évoluer rapidement cette situation.

5.3 Convergence de l’impression numérique et de l’imprimerie ?

À terme, il est probable que l’imprimerie traditionnelle et l’impres-sion numérique se recouvriront de plus en plus. L’évolution del’imprimerie vers les systèmes numériques est déjà visible au niveaudes étapes de la mise en page (prepress ) et du tirage d’épreuve(proofing). Les progrès en matière d’impression non-impact à trèshaute vitesse font que les imprimantes numériques et les pressescommencent à se rencontrer dans les ateliers d’imprimerie. C’estdéjà le cas des postes de personnalisation par jet d’encre rapide,mais aussi, depuis peu, des modules intégrables ionographiques etmagnétographiques. La prochaine étape consistera à faire progres-ser suffisamment les techniques d’impression numériques, à la foisen vitesse, densités, couleur et puissance de traitement électronique,pour que le mariage se généralise. Il pourrait en naître une nouvelleespèce, que l’on pourra, au choix, considérer comme une impri-mante à plaque électronique ou, au contraire, une presse sans plaque(plateless press).

Exemple : un RIP multi-processeur rapide actuel permet de traiterdes images à 300 dpi, sur 14" de large (355 mm), jusqu’à 1,5 m/s( ≈ 400 ppm). Pour restituer des images complexes, avec dégradés degris demandant normalement un tramage à 120 lpi, la densité doitpasser à 1 200 dpi (§ 2.5.2), soit un facteur 4 en densité. Pour êtrecompatible avec une petite presse offset de largeur 22" (560 mm) et devitesse 3 m/s, il faut doubler la vitesse et multiplier la largeur d’impres-sion par 1,6. La puissance du RIP doit donc être améliorée d’un facteur :42 × 2 × 1,6 ≈ 50.


Do

c. E

5 6

70

12 -

199

2

POUR

EN

SA

Techniques d’impressiond’images numérisées

par Jean-Jacques ELTGENDirection Scientifique, Nipson Printing Systems, Groupe BullIngénieur de l’École Nationale Supérieure de l’Aéronautique et de l’Espace (ENSAE)Membre de la Society for Imaging Science & Technology (IS&T)et de la Technical Association for Graphic Arts (TAGA)

VOIR

PL

BibliographieOuvragesSCHAFFERT (R.M.). – Electrophotography (Électro-

photographie), The focal Press (1965-1980).DESSAUER (J.) et CLARK (H.). – Xerography and

Related Processes (Xérographie et procédésassociés), Focal Press, New York (1965).

WILLIAMS EDGAR (M.). – The Physics and Techno-logy of Xerographic Process (Physique et tech-nologie du procédé xérographique), John Wiley& Sons (1984).

JOHNSON JEROME (L.). – Principles of Non ImpactPrinting (Principes de l’impression non-impact),Palatino Press (1986).

STARKWEATHER (G.K.). – Design Issues in NonImpact Printers (Problèmes de conception desimprimantes non-impact), SPIE/SPSE CongressTutorial (1990).

Actes de congrèsLes actes de congrès sur les technologies d’impres-sion non-impact, organisés depuis 1981 par SPSE(Society of Photographic Scientists & Engineers),rebaptisée en 1991 IS&T (Society for ImagingScience & Technology), constituent une sourceimportante d’information sur toutes les techniquesd’impression non-impact : Proceedings of SPSECongresses on Non Impact Printing Technologies,

Venise 1981, Arlington 1984, San Francisco 1986,New Orleans 1988, San Diego 1989, Miami 1990,Portland 1991, Williamsburg 1992.

Publications périodiquesJournal of Imaging Science (JIS) et Journal of Ima-ging Technology (JIT), publiés par SPSE, et mainte-nant fusionnés en Journal of Imaging Science &Technology par IS&T.

Journal of Electronic Imaging publié par IS&T àpartir de 1992.

US

NormalisationCouleurCommission Internationale de l’Éclairage (CIE)

Espace chromatique :CIE 1976 L*a*b*(mesure de petits écarts de couleur)

CIE 1976 L*u*v*(synthèse additive)

Association Française de Normalisation (AFNOR)NF X 08-014 3-83 Couleurs. Écarts et tolérances colorimétriques. Formules

de différence de couleur CIE LUV et CIE LAB.

SécuritéCommission Électrotechnique Internationale (CEI)CEI 950 1986 Sécurité des matériels de traitement de l’information y

compris les matériels de bureau électriques (Modif.1990).

Underwriters Laboratories (UL)UL 1950 Safety information technology equipment including elec-

trical business equipment 1988, 1992.

Canadian Standards Association (CSA)CSA C 22-2N0.100 – M 1985 Motor and generator industrial products.

Rayonnements optiquesCommission Électrotechnique Internationale (CEI)CEI 825 1984 Sécurité du rayonnement des appareils à laser, classifica-

tion des matériels, prescriptions et guide de l’utilisateur(Modif. 1990).

European Computer Manufacturers Association/Technical Committee

ECMA/TC 12/91/43

Bruit acoustiqueInternational Organization for Standardization (ISO)ISO 3744 1981 Acoustique. Détermination des niveaux de puissance

acoustique émis par les sources de bruit. Méthodesd’expertise pour les conditions de champ libre au-dessusd’un plan réfléchissant.

ISO 7779 1988 Acoustique. Mesurage du bruit à haute fréquence émispar les matériels informatiques et de bureau.

RFI/EMI (Radio/Electromagnetic Interferences)Comité Européen de Normalisation Électrotechnique (CENELEC)EN 55 022 8-87 Limite et méthode de mesure des caractéristiques des

appareils de traitement de l’information relatives aux per-turbations radioélectriques.

Pr EN 55 101 Electromagnetic requirements for information techno-logy equipment.

Pr EN 55 101-1 General part.

Pr EN 55 101-2 Electrostatic discharge requirements.

Pr EN 55 101-3 Immunity to radiated fields.

Verband Deutscher Electrotechniker (VDE)VDE 0871 6-78 Funk-Entstörung von Hochfrequenz-geräten für indus-

trielle, wissenschaftliche, medizinische (ISM) und ähnli-che Zwecke (Radio interference suppression of radiofrequency equipment, for industrial, scientific and medi-cal (ISM) and similar purposes).

VDE 0878 Teil 1-86 Funk-Entstörung von Anlagen und Geräten der Fernmel-detechnik (Radio interference suppression of telecommu-nication systems and apparatus).

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Federal Communication Commission (FCC)FCC : CFR 471989 Chapter 1 Part 2,15 Code of Federal Regulations RFI/RMI.

FCC/OET MP-4-87 FCC procedure for measuring RF emissions from compu-ting devices

Department of Communications Canadian Standard Association

DOC CSA C108-8-M 1983 Electromagnetic Emission from Data ProcessingEquipment and Electronic Office Machine. Amendéle 15-09-1988.

Principales sociétés Ce tableau ne prétend pas être exhaustif, ni au niveau des sociétés citées,ni en ce qui concerne les spectres de technologies qui leur sont attribués.

Il est fourni en tant que référence de départ commode pour une recherchequi devra nécessairement être affinée, du fait de la complexité des offrescommerciales et de la dynamique des interactions entre fabricants (accordscommerciaux, alliances, acquisitions).

Certaines sociétés, soit n’existent plus en tant que telles, soit ne sont plusactives à ce jour dans les domaines indiqués. Leurs contributions passées n’enrestent pas moins des points de repères importants pour l’étude et la compré-hension des technologies non-impact.

(0)

Sociétés Thermique Jet encreÉlectro-statique

ÉlectrophotographieIonographie

Magnéto-graphieLaser LED Autre

AB Dick P

Acom O O O

AEG O R

Agfa Gevaert O P

AM International P R

Apple O O

Benson/Schlumberger P

Brother O

Bull O O P

Calcomp P P

Canon P P

Casio P P

Colorocs P

Data Interface/Inforex P

Dataproducts R O O

Decision Data O O

Delphax P

Dennison P

Domino P

Dupont R

Eastman Kodak P O P

Epson P O P

Facit O

Ferix R

Fuji Xerox P R

Fujitsu R P P

General Business O O O

General Electric P

General Optronics P

Genicom O

GMC O

Goldstar P

O produit acquis en tout ou partie d’un OEM (Original Equipment Manufacturer ) et distribué tel quel ou avec valeur ajoutée (VAR Value Added Reseller )P produit ou technologie développé (e) en tout ou partie de façon interneR activité de recherche (brevets, publications)

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ITT-STL/Creed R

Iwatsu P

KCR P

Kentek P

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Matsushita/Panasonic P P R

Mead P

Mergenthaler P

Miltope O

Minolta P P

Mita P

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NCR O O

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Printronix O O

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QMS O

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Seiko P R

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Siemens P P P

Siliconix P

Storage Tech O O

Stromberg P





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