Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux – Benjamin Goffette

Thèse de doctorat de Benjamin Goffette – juin 2013

Couleurs de polymères chargés pour un environnement lumineux : Application à la recherche par le design de matériau à changement chromatique

Soutenue le 19-06-2013 à Paris, ENMP, dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice), en partenariat avec Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire), et avec l’axe de recherche DCIP/DESIDEH du cycle supérieure de recherche de l’EnsAD, EnsADLab.

Sous la direction de Evelyne Darque-Ceretti et de Bernard Monasse.

Le président du jury était Anne-Marie Chaze.Le jury était composé de Evelyne Darque-Ceretti, Bernard Monasse, Françoise Giulieri, Patrick Renaud, Pascal Di Croce.Les rapporteurs étaient Stéphane Parola, Olivier Eterradossi.

Résumé

La compréhension de la couleur de polymères chargés, utilisés en revêtement de sol pour un environnement lumineux, peut être abordée soit par une approche perceptive, soit par une approche optique et spectrale de la couleur. Sur la base d’un travail principalement expérimental, les travaux de thèse explorent cette seconde voie. A partir de films composites calandrés, nous avons d’abord montré comment les types de polymères et de pigments, leur concentration, et la mise en forme de la surface, influencent l’aspect. D’une part, une formulation PVC existante ne peut être contretypée par une nouvelle matrice PE, en raison d’un fort couplage entre luminance et chrominance. Ce sont les écarts d’indices de réfraction aux interfaces entre particules et matrice, couplés aux pertes intrinsèques des pigments, qui interviennent au premier ordre pour expliquer la couleur. D’autre part, trois types de rugosité contrôlée induits par grainage ont permis de montrer que toutes les échelles, caractérisées par rugosimétrie confocale et AFM, influencent la luminance L* des matériaux, mesurée par gonio-spectro-colorimétrie. Le modèle géométrique proposé a permis de quantifier les variations de L* en fonction de la topographie des matériaux et de leur orientation. Le rôle de l’éclairage sur la couleur a été étudié avec une source halogène et une LED. L’analyse de matériaux PVC colorés a montré que l’approche spectrale permet de déterminer l’origine du métamérisme et de rechercher ses effets maximaux, par l’association de méthodes perceptive et quantitative dans l’espace CIE-L*a*b*. Le couplage des spectres d’émission des illuminants, de réflectance des matériaux, et de réponse de l’observateur est le principal résultat utilisé pour la conception d’un matériau à changement chromatique. Ces changements sont caractérisés et validés dans un espace réel, où intervient la réflexion-diffusion liée à l’environnement. La recherche par le design a finalement permis de faire émerger de nouvelles typologies de sol, à partir d’un revêtement d’aspect changeant en fonction de l’ambiance lumineuse. Si l’innovation s’accomplit au-delà de la seule réalisation des prototypes, ceux-ci révèlent néanmoins des variations d’aspects marquées pouvant induire de nouveaux usages du sol dans l’habitat.

Thèse téléchargeable ici