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Mai 2016
cosmetique
 

La technologie photonique pour maîtriser l’apparence des produits cosmétiques : les atouts de la spectrophotométrie

Dans le secteur des cosmétiques, le champ d’application de la photonique (science de la génération, du contrôle et de la détection de la lumière) est vaste. Elle peut être en effet utilisée pour étudier la lumière, les propriétés des matériaux ou encore la perception visuelle de ces produits dans leur ensemble (contenant – contenu – packaging).

L’apparence visuelle nait de l’interaction entre la lumière, la surface de l’objet et le système visuel du consommateur. On a coutume de définir l’apparence globale par les attributs d’apparence : La couleur, le brillant, la translucidité et la texture. Ils sont influencés par les angles d’observation et d’illumination ainsi que par les propriétés de réflexion et de transmission de l’objet, qui dépendent souvent de la longueur d’onde.

D’un point de vue métrologique, l’étude de l’apparence est associée à deux critères :
  • Le critère géométrique, qui décrit les conditions d’observation de l’objet et la manière dont il est illuminé.
  • Le critère spectral, qui décrit comment l’objet restitue le spectre de couleur lors de la réflexion ou la transmission.

L’enjeu de la perception et de l’apparence d’un produit cosmétique

photonique

A l’ère de la communication et de l’usage constant de matériaux innovants, l’apparence est un critère décisionnel d’achat majeur pour choisir un produit. Il est donc crucial d’en maîtriser les attributs.
Or, avec les surfaces modernes actuelles, la métrologie de l’apparence fait face à de nouveaux défis.
En effet, on observe d’une part une complexification des mesures à effectuer. Ceci est dû à la grande variété de sources d’éclairage et de nouveaux matériaux à texture et effets variables (nacré, interférentiel, pigments métallisés) qui arrive régulièrement sur le marché.
D’autre part, l’influence de la culture sur l’utilisation des produits cosmétiques et sur les exigences des consommatrices en matière de sophistication, d’innovation, est considérable, et varie d’un pays à l’autre. Ces critères doivent être pris en compte pour qualifier les attributs de l’apparence des produits.

Malgré sa complexité, cette situation offre aux fabricants la possibilité de se différencier de leurs concurrents, en mettant sur le marché une grande variété de produits, adaptés aux spécificités locales, ce qui génère un potentiel d’innovation et de business important.

Pour maîtriser l’ensemble de ces attributs, plusieurs outils et techniques sont disponibles.

Métrologie de l’apparence pour caractériser et évaluer les attributs de perception visuelle

La métrologie de l’apparence des surfaces modernes est la science de la mesure des paramètres de perception visuelle à la fois de couleur et d’aspect sur l’ensemble des produits : contenant – contenu – packaging.

L’apparence est quantifiée par des attributs, qui sont de différentes natures :
  • Les attributs chromatiques, apparenté à la couleur
  • Les attributs géométriques, apparenté à la texture, au brillant, le haze (le flou), l’aspect …

La colorimétrie est la mesure de la couleur, et celle d’un matériau dépend de trois éléments : la nature de la lumière, les caractéristiques spectrales du matériau et l’environnement dans lequel l’objet est vu. La couleur est exprimée généralement dans le système colorimétrique CIE L*a*b* (souvent abrégé CIELAB) créé en 1976 par la Commission Internationale de l’éclairage (CIE). Cet espace colorimétrique tridimensionnel est adapté aux besoins industriels. Pour évaluer ces composantes L*a*b*, les mesures s’effectuent à l’aide d’un appareil de mesure : le spectrophotomètre.

Pour plus d’information sur la qualification métrologique de spectrophotomètres, un guide destiné aux industriels est disponible gratuitement sur www.metrologie-francaise.fr. Ces informations de la CIE sont disponibles sur le site officiel : www.cie.co.at

Le brillant est un critère important de l’apparence visuelle. Il est souvent associé à la qualité de finition d’un produit et à son esthétique. Il s’évalue en niveau de brillant et est réparti en trois catégories: mat, semi-brillant ou haut brillant, correspondant à des aspects rugueux, granuleux, ou lisses. La mesure du brillant se fait avec un brillancemètre. Elle s’appuie sur la comparaison de la quantité de lumière réfléchie par une surface à mesurer dans une direction donnée, à celle d’un étalon de référence de type verre noir poli. Elle est exprimée en Unité de Brillant (ub). Généralement, les brillancemètres que l’on trouve sur le marché sont accompagnés d’un étalon de transfert à raccorder aux étalons nationaux.

La translucidité est un terme technique qui définit un matériau translucide, ce qui signifie qu’il laisse passer la lumière.

Si le brillant est un attribut dit « de surface », la translucidité est un attribut « de volume » qui joue un rôle essentiel dans l’esthétique de l’objet, mais aussi dans son identification. La translucidité nait de la lumière qui pénètre dans le matériau et est réémise par celui-ci après un trajet complexe. Evidente pour les objets comme le verre, la translucidité est un attribut majeur de l’apparence de la peau.

Elle se mesure également à l’aide d’un spectrophotomètre ou d’un goniospectrophotomètre.

La recherche métrologique du LNE-CNAM pour maîtriser les nouveaux effets

Couleur, brillant et transparence, sont efficaces pour maîtriser les productions « classiques ». Néanmoins, ces attributs ne suffisent plus pour caractériser certains effets spéciaux très en vogue aujourd’hui. On pense ici aux effets nacrés, goniochromatiques, iridescent, étincellent (sparkle), ou marbrés (graininess).

La recherche métrologique est active dans ce domaine. Elle s’appuie sur la mesure de la fonction de répartition bi-directionnelle du coefficient de luminance, plus connue sous son acronyme anglais BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function). La BRDF se mesure avec un goniospectrophotomètre. Elle permet de quantifier intégralement la réflexion lumineuse d’un matériau. Elle contient donc l’information liée à l’apparence globale de celui-ci. Le lien entre la BRDF et les attributs de l’apparence, incluant les effets spéciaux modernes est un sujet de recherche actuel. Le LNE, via son laboratoire commun avec le CNAM, est un acteur important de cette recherche. Gaël Obein, chercheur au LNE-CNAM, coordonne un projet de recherche Européen nommé xDReflect (Multidimensional reflectometry for industry) qui mobilise actuellement 9 laboratoires nationaux de métrologie, 2 laboratoires universitaires, et s’appuie sur un budget de 2,7 M€.

Comment le LNE peut aider les industriels du secteur ?

Pour répondre à leur enjeu de maîtrise de l’apparence, le département Photonique du LNE est en mesure de proposer aux industriels les prestations suivantes :
  • expertise technique pour les accompagner dans le développement de leurs produits, contrôle des matières premières et des sous-traitants
  • étalonnage des instruments ou des étalons de transferts utilisés en développement ou en production
  • essais d’attributs : de la R&D au contrôle qualité (production ou marché)
  • formation de leur personnel sur les thématiques de la radiométrie et la photométrie dédiées à l’apparence
  • accompagnement pour la mise en place d’une fonction de responsable métrologie au sein de l’entreprise

Le LNE dispose de l’ensemble des moyens de mesures : banc de brillant, goniospectrophotomètres dont le nouveau CARY 7000, spectrophotomètres... raccordés directement aux étalons nationaux, pour assurer la fiabilité des mesures et disposer d’une incertitude de mesure au plus haut niveau français. Les industriels pourront notamment corréler de manière quantifiée des données de leurs différents sites de production nationaux et internationaux et être au plus près de la réalité ou de l’usage de leurs produits en termes d’apparence.

Pour en savoir plus

Le LNE organise un Webinar « Maîtriser la couleur, la translucidité et le brillant de vos produits cométiques par spectrophotométrie », le mardi 5 juillet à 10h.

Pour toute information complémentaire, écrivez-nous sur : info@lne.fr