La solution de mouillage dans le procd offset

Bernard Pineaux - EFPG(juillet 1998)

IntroductionCe dossier reprend un descriptif des fonctions et de la composition de la solution de mouillage. Il mentionne galement les paramtres susceptibles de modifier la nature ou le comportement de cette dernire, et par consquent d'affecter la mise en oeuvre du procd offset.

Il nous a paru important de rappeler les principes de base de ce procd d'impression, afin de mieux comprendre quels niveaux intervenait la solution de mouillage et o se situaient les points surveiller plus particulirement.

De plus, nous accorderons une large place l'influence de la duret de la solution de mouillage sur l'impression offset.Enfin, nous aborderons quelques concepts scientifiques que nous jugeons utiles dans l'interprtation des phnomnes dcrits dans ce document (sans tre indispensables leur comprhension

I - Le procd offset

1.1. Rappels de physico-chimie [Sommaire dossier]1.1.1. nergie de surface [Hiemenz, 1977]

Dans la masse d'un liquide se trouvant l'intrieur d'un rcipient ouvert, chaque molcule subit des forces d'attraction de la part des molcules voisines. Ces forces agissent dans toutes les directions et quilibrent ainsi l'atome ou la molcule.

Cependant, en surface, les atomes ou les molcules ne subissent des forces d'attraction que vers les cts et l'intrieur. Ces molcules tendent donc rentrer l'intrieur du liquide, mme si toutes ne le peuvent pas. l'quilibre, la surface du liquide est donc la plus rduite possible.

Considrons un film savonneux sur un dispositif filiforme en forme de boucle rectangulaire, dont l'un des cts (de longueur l) peut coulisser, et ainsi en modifier la superficie (voir figure 1.a.). Cette dernire, pour

demeurer aussi petite que possible, va exercer une traction sur le ct coulissant, jusqu' l'quilibre. En exerant une force F trs lgrement suprieure la force de traction exerce par le film savonneux et de direction oppose, on dplacera le ct coulissant d'une longueur dx, augmentant ainsi l'aire du film d'une valeur dA gale l.dx (voir figure 1.a).

Figure 1.a. Boucle filiforme sur laquelle repose un film savonneux et dont l'aire peut tre augmente

Le travail w exerc sur le systme s'crit :w = F dx [1]

ou encore :

w = dA [2] tant dfinie comme l'nergie de surface ou tension superficielle du film savonneux.

La notion d'nergie de surface joue un rle fondamental dans le procd offset : en effet, les surfaces des rouleaux encreurs et mouilleurs, de la plaque, du blanchet et du support d'impression vont tre tour tour mouilles par les liquides en prsence (encres, solution de mouillage) puis, pour certaines d'entre elles, "dmouilles". Les ingrdients devront donc tre choisis en fonction de leurs modes d'interactions vis--vis des surfaces avec lesquelles ils seront en contact.

1.1.2. Tension interfacialeLa notion de tension superficielle se rfre l'nergie de surface d'un liquide ou d'un solide en prsence d'air. Cependant, cette surface peut se trouver en prsence d'un (ou de plusieurs) autre(s) corps (solide ou liquide, par exemple). On parle alors de "tension interfaciale", puisque les proprits de surface du matriau correspondent en fait celles de son interface avec l'autre (ou les autres) corps en prsence.

Si l'on place de l'eau en contact avec de l'huile, l'interface entre ces deux liquides aura tendance se contracter, de la mme manire que la surface d'un liquide en prsence d'air. On notera AB la tension interfaciale entre deux liquides A et B. Elle se dfinit de la mme manire que la tension superficielle dans l'quation [2] [Davies & Rideal, 1963].

L'talement d'une goutte de liquide sur une surface solide parfaitement lisse constitue un cas typique o la tension interfaciale intervient. La figure 1.b en donne une illustration :

Figure 1.b. Etalement d'une goutte de liquide sur une surface

A l'quilibre, le liquide est en prsence de sa vapeur, de l'air et du solide, la surface de ce dernier tant galement en prsence de cette mme vapeur. Les tensions interfaciales correspondant respectivement aux interfaces solide/liquide, liquide/vapeur et solide/vapeur, sont notes SL LV, et SV. Nous avons vu qu'elles pouvaient tre considres comme des forces s'exerant la priphrie de la goutte. l'quilibre, le bilan des forces s'exerant la surface s'crit, par projection sur l'axe horizontal :

SV = SL + LV cos [3]C'est l'quation de Young. est appel angle de contact et caractrise l'aptitude de la goutte mouiller la surface : le mouillage est bon si est infrieur 90 , et serait parfait si tait nul. En revanche, le mouillage est mdiocre pour un angle suprieur 90 , et serait nul si tait gal 180 .

Un liquide mouillera facilement un solide si ce dernier possde une nergie de surface plus leve que celle du liquide. En effet, l'adhsion du liquide la surface du solide sera alors suprieure la cohsion du liquide.

Il faut prciser qu'en dpit de son apparente simplicit, l'quation de Young fait intervenir deux grandeurs impossibles mesurer indpendamment, SLet SV, mme si des facteurs correctifs permettent de l'adapter des situations relles.

1.2. La mise en oeuvre du procd offset [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

Le terme "offset" signifie "double report" : l'image est reporte de la forme imprimante au support d'impression en deux temps. Cette technique peut tre employe dans la plupart des procds d'impression : en lithographie, mais galement en typographie ou en hliogravure. Toutefois, la grande majorit des impressions lithographiques s'effectuant par le procd offset, ce terme a quasiment remplac celui de lithographie [Bruno, 1986]. C'est d'ailleurs dans ce sens que nous l'emploierons dans la suite de ce document.

1.2.1. MouillageLa pierre calcaire utilise par Aloys Senefelder (l'inventeur de la lithographie) possdait la proprit de refuser l'encre grasse lorsqu'elle tait humide, mais de l'accepter lorsqu'elle tait sche.

Le mme phnomne se produit sur la forme imprimante utilise dans les applications modernes de l'offset. Cette dernire est gnralement une plaque d'aluminium anodis et grain (dont l'paisseur est typiquement de 0,3 mm) recouverte d'une fine couche de matire photopolymre (quelques micromtres). Cette couche constitue la zone imprimante de la plaque et correspond au motif reproduire. Quant la surface en aluminium (ou, plus prcisment, en alumine - Al2O3) non recouverte par la couche photopolymre, elle correspond la zone non imprimante de cette mme plaque.

L'objectif tant de reproduire l'image figurant sur la plaque, il va s'agir de ne dposer l'encre que sur la zone imprimante. Cependant, l'alumine (qui constitue la zone non imprimante) possde une nergie de surface leve (de l'ordre de 60 70 mN/m), si bien que l'encre (d'nergie de surface situe autour de 35 mN/m) tendra s'y dposer ( la mouiller) facilement. Pour viter cet tat de fait, on va d'abord appliquer une solution de mouillage sur la plaque. La haute nergie de surface de l'alumine va permettre la solution de mouillage de s'taler facilement sur les zones non imprimantes, d'autant plus que le grainage de la plaque en augmente la superficie relle (la plaque devenant plus rugueuse). En revanche, le mouillage de la zone imprimante (non polaire) demeurera mdiocre, bien que non nul [Fetsko, 1986]. Ensuite, on talera l'encre sur la plaque mouille : le film de solution de mouillage, prsent sur les zones non imprimantes, "repoussera" l'encre (non polaire), mais cette dernire s'talera aisment sur les zones imprimantes, qui ont des caractristiques physico-chimiques similaires (nergie de surface de l'ordre de 40 mN/m). Ainsi parvient-on ne dposer l'encre qu'aux endroits de la plaque o se trouve l'image reproduire.

1.2.2. EmulsionnementLe principe de fonctionnement de la lithographie est donc relativement simple.

Cependant, la ralit des faits est un peu plus complexe. En effet, il n'y a pas "incompatibilit totale" entre l'encre et la solution de mouillage (l'antagonisme entre l'eau et l'encre est rel, mais la solution de mouillage contient un ou plusieurs tensioactif(s) destins favoriser l'mulsionnement de cette solution dans l'encre). D'ailleurs, si c'tait le cas, il serait trs vite impossible de transfrer une image depuis la plaque jusqu'au blanchet (qui est l'lment recouvert d'lastomre, servant d'intermdiaire entre la forme imprimante et le support d'impression). En effet, le film liquide prsent la surface de la plaque viendrait rapidement recouvrir les rouleaux toucheurs encreurs (voir figure 1.d), empchant ainsi tout transfert de l'encre vers la forme imprimante (la sparation du film s'effectuerait au niveau du plan de moindre rsistance, qui est le film

de solution de mouillage) [Ibid.].

Il faut par consquent "forcer" une partie de la solution de mouillage pntrer l'intrieur de l'encre pour crer une mulsion. C'est donc une mulsion (de solution de mouillage dans l'encre) qui se forme sur les zones imprimantes et qui est transfre au blanchet.

MacPhee a propos un modle qualitatif du procd offset, reprsentant le mouillage de la plaque et l'mulsionnement de la solution de mouillage dans l'encre (voir figures 1.c et 1.d) [MacPhee, 1979].

Figure 1.c. Mouillage de la plaque sur une presse offset [d'aprs MacPhee]

Figure 1.d. Encrage de la plaque sur une presse offset [d'aprs MacPhee]

Par ailleurs, Rosenberg [Rosenberg, 1985] a mis en vidence l'existence d'une "eau lie" l'intrieur de l'mulsion, et d'une "eau de surface", libre, la surface de cette mme mulsion. Il a galement prouv que cette dernire tait indispensable pour viter le "bouchage" des trames (on parle de bouchage lorsque l'encre remplit les espaces, thoriquement non imprimants, situs entre les points de trame). Ce n'est donc pas la quantit de solution de mouillage apporte la plaque qui conditionne son "nettoyage", mais plut;t la quantit de cette solution qui s'mulsionnera dans l'encre.

On comprend par l aisment l'importance des proprits physico-chimiques et rhologiques des diffrents matriaux dans la mise en oeuvre du procd offset. Ainsi, la tendance l'mulsionnement d'une encre va dpendre fortement de sa viscosit et de sa tension interfaciale [Lindqvist, 1976]. Par ailleurs, le niveau d'mulsionnement de la solution de mouillage dans l'encre conditionnera les proprits

rhologiques de l'mulsion [Rosenberg, 1985]. Comme nous le verrons plus loin, le mouillage et l'mulsionnement se produisent sur presse bobines en quelques centimes de seconde, voire moins [Bassemir, 1995]. La mise au point des ingrdients, de mme que les rglages des groupes d'impression (qui conditionnent, entre autres, la qualit des transferts), doivent par consquent tre optimaux.

1.2.3. Squence et contraintes mises en jeuLa mise en oeuvre de l'impression offset s'effectue suivant la squence ci-dessous (voir figures 1.c et 1.d) :

rpartition d'un film d'encre dans le train d'encrage, jusqu'aux rouleaux toucheurs encreurs (gnralement au nombre de 4, tous de diamtres diffrents, et en contact avec la plaque lors de la mise en pression du systme d'encrage) ;

transport du film de solution de mouillage dans le systme de mouillage, jusqu'aux rouleaux toucheurs mouilleurs (gnralement au nombre de deux, et en contact avec la plaque lors de la mise en pression du systme de mouillage).

De manire permanente et indpendante de la mise en pression des diffrents lments du groupe :

Etape 1 : mouillage de la plaque. Un film de solution de mouillage se dpose et demeure sur les zones non imprimantes.

Etape 2 : encrage de la plaque. Une mulsion de solution de mouillage dans l'encre se forme la surface des zones imprimantes de la plaque.

Etape 3 : transfert de l'mulsion de la plaque au blanchet (le revtement lastomre de ce dernier possde une bonne affinit pour l'encre).

Etape 4 : transfert de l'image encre du blanchet au support d'impression (gnralement une feuille ou une bande de papier).

Nous avons dj soulign l'importance des proprits physico-chimiques et rhologiques mises en jeu, compte tenu des vitesses et des gradients atteints au cours d'une impression. D'autres paramtres vont galement s'avrer dterminants : la temprature, qui va notamment influencer la viscosit de l'mulsion, le pH de la solution de mouillage, les pressions appliques entre rouleaux et entre cylindres, la duret des revtements, la cohsion du papier ou de la couche qui peut en constituer la surface, etc.

1.3. Les consommables du procd offset [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

Dans ce paragraphe, nous dcrirons brivement les fonctions des "consommables" du procd offset, c'est--dire les ingrdients qui contribuent sa mise en oeuvre, tout en tant consomms dans le processus (par transfert ou par dgradation). Il s'agit de l'encre, de la solution de mouillage, de la plaque, du blanchet et du papier. Nous omettrons volontairement les lments mcaniques du groupe

d'impression galement susceptibles de s'user, et par consquent d'tre remplacs (rouleaux encreurs et mouilleurs, "cordons" - bagues en acier durci situes aux extrmits des cylindres dans de nombreux groupes d'impression -, roulements, etc.).

Nous rserverons un paragraphe spcifique la solution de mouillage.

1.3.1. L'encreUne encre doit :

pouvoir tre transfre correctement dans le systme d'encrage ; couvrir rapidement et uniformment les zones imprimantes de la

plaque ; tre transfre (sous la forme d'une mulsion) jusqu'au support

d'impression ; et scher sur ce dernier.

1.3.2. La plaqueLa plaque offset est la forme imprimante. Ses fonctions sont donc videntes :

accepter l'encre (l'mulsion de solution de mouillage dans l'encre) sur ses zones images ;

faciliter le mouillage rapide et uniforme, en un film fin, de la solution de mouillage ;

tolrer une large plage d'mulsionnements ; transfrer l'image reproduire jusqu'au blanchet, avec un

minimum de distorsion.

Elle doit de plus, selon l'utilisation qui en est faite : prsenter une sensibilit leve la lumire (afin de raccourcir le

temps de dveloppement) ; possder une bonne dfinition (c'est--dire, autoriser la

reproduction de points de trs petites dimensions) ; rsister l'abrasion et conserver ses qualits de reproduction le

plus longtemps possible.

1.3.3. Le blanchetLe blanchet possde deux fonctions essentielles :

transfrer l'image le plus fidlement possible (grce ses caractristiques de surface) ;

absorber (grce son lasticit) les chocs dus aux incidents tels que le "bourrage" (accumulation de papier entre les cylindres du groupe, allant jusqu' dclencher son arrt), les ingalits d'paisseur du papier (par exemple, lors d'un raccord de bobine), les particules trangres entranes dans le groupe, etc.

1.3.4. Le papierOn distinguera videmment le papier couch du papier non couch (dit

offset) : Le papier couch s'emploie prfrentiellement pour des

impressions de bonne qualit. En effet, sa surface, plus lisse et moins poreuse, d'une part autorise un meilleur transfert d'encre depuis le blanchet, et d'autre part laisse pntrer moins de pigments (d'o une couverture du film d'encre plus efficace). Par ailleurs, la couche du papier peut en amliorer la blancheur, l'opacit et le brillant ;

Le papier offset non couch contient souvent, en plus des fibres, des charges diverses.

Les charges du papier couch sont destines : minimiser l'absorption d'eau lors des contacts rpts avec des

blanchets humides. En effet, les fibres de cellulose, trs hydrophiles, absorberaient facilement l'eau de la solution de mouillage, occasionnant des distorsions de l'image inacceptables, une fragilisation de la surface, et du tuilage (dformation curviligne du papier, parce qu'une face absorbe davantage de liquide que l'autre) ;

augmenter la blancheur et l'opacit du papier (dioxyde de titane, etc.).

I - Le procd offset (suite)

1.4. La solution de mouillage Remarque : ce que l'on nomme solution de mouillage est en fait le mlange d'eau (77 98 %), d'un additif concentr (2 3 %), et ventuellement d'alcool isopropylique ou d'un substitut (2 20 %). C'est donc l'additif qui va contenir l'essentiel des ingrdients remplissant les fonctions de la solution de mouillage, mme s'il ne reprsente qu'une faible proportion de cette dernire.

Les termes solution de mouillage et additif de mouillage seront conservs ultrieurement, dans le sens qui leur a t attribu ci-dessus. Le terme eau ne sera, quant lui, employ que pour dsigner l'eau d'alimentation dans la solution de mouillage.Afin d'viter toute confusion, nous viterons tout particulirement les termes eau de mouillage et quilibre eau/encre (ou, pire, l'anglicisme balance eau/encre), mme si ces termes sont communment employs dans la littrature technique, et que les viter doit alourdir l'criture de ce document.

1.4.1. Fonctions [Burris, 1993 ; Laufs, 1995 ; Johnson, 1997] La solution de mouillage doit remplir un certain nombre de tches :

mouiller les zones non imprimantes de la plaque rapidement, uniformment et sans excs ;

s'mulsionner dans l'encre ; entretenir le caractre hydrophile de la plaque tout en la

protgeant contre l'usure (par lubrification) et l'oxydation (par adsorption d'un film protecteur) ;

s'vaporer le plus possible avant d'tre transfre au papier.

Cependant, la solution de mouillage remplit d'autres fonctions, moins videntes a priori, mais trs importantes pour le bon droulement de l'impression offset :

refroidir le film d'encre au niveau des rouleaux toucheurs-encreurs. Il est noter que l'alcool isopropylique, lorsqu'il est utilis, contribue grandement refroidir le systme en s'vaporant. L'emploi de substituts non volatils (voir ci-dessous) diminue l'efficacit du refroidissement, mme si la solution de mouillage et les "tables d'encrage" (rouleaux intermdiaires durs du systme d'encrage) sont rfrigres ;

vacuer les particules (poussires, papier, encre) susceptibles de se dposer sur la plaque ou le blanchet ;

protger les rouleaux contre une usure prmature due l'abrasion.

Quant l'additif de mouillage, qui reprsente 2 3 % de la solution, il doit remplir des fonctions essentielles :

fixer et stabiliser le pH de la solution. En effet, une diminution du pH peut, par exemple, rduire l'efficacit des siccatifs contenus dans les encres, dissoudre partiellement la couche du papier, rduire la dure de vie de la plaque, et favoriser les phnomnes de corrosion dans le groupe d'impression. Tandis qu'une lvation du pH tendra augmenter la prise de solution de mouillage par l'encre et rduire l'efficacit du "dgraissage" de la plaque (vacuation de l'encre des zones non imprimantes par la solution de mouillage) ;

rduire la tension superficielle de la solution ; empcher les dveloppements bactriens (action immdiate et

action prventive) ; protger les lments de machine contre la corrosion (cas d'une

solution acide).

Et, le cas chant : empcher les dpts de sels insolubles (calcaire, par exemple) ; empcher les accumulations sur le blanchet ; limiter la formation de mousse.

1.4.2. Composition [Ibid.] L'additif. Afin de remplir correctement les diverses fonctions qui lui sont attribues, l'additif de mouillage est constitu d'un nombre significatif

d'ingrdients. Chacun d'eux doit remplir son rle sans venir perturber le fonctionnement des autres (ou, du moins, en minimisant cette perturbation).

Le tableau 1.A prsente les composants d'un additif acide type, ainsi que leurs fonctions.

COMPOSANT RLE

Acide (citrique, phosphorique, succinique)

Maintenir l'hydrophilie de la plaque et faciliter son dgraissage (vacuation de l'encre des zones non imprimantes).

Tampon (phosphates) Ajuster et maintenir le pH de la solution.

Dsensibilisant (gomme arabique, glycrol)

Protger les zones non imprimantes de la plaque, tout en maintenant leur caractre hydrophile en s'adsorbant leur surface.Le glycrol n'obstrue pas les buses ou les brosses des systmes de mouillage et assure une lubrification des rouleaux encreurs).

Biocide(s) Combattre les dveloppements d'algues et de bactries ; les prvenir.

Tensioactif(s)En rduisant la tension superficielle de la solution, amliorer le mouillage de la plaque et l'mulsionnement avec l'encre.

Inhibiteur de corrosion

Rduire l'attaque des parties mtalliques de la machine par la solution acide.

Le tampon peut galement jouer ce rle.

Agent squestrant (optionnel)

viter les dpts de sels en provenance d'une eau trs dure.

Le tampon et la valeur du pH peuvent aussi contribuer rduire les dpts.

Glycol ther viter les accumulations sur le blanchet.

Anti-mousse (optionnel) viter l'accumulation de mousse dans la centrale et dans les bacsTableau 1.A. Les composants d'un additif acide type et leurs fonctions

L'additif de type acide fonctionne en gnral autour d'un pH voisin de 5. On lui attribue un meilleur dgraissage de la plaque [2, 1983 ; Gardner, 1991 ; Laufs, 1995], mais il augmente les risques de corrosion (en particulier si le pH devient infrieur 4, auquel cas il peut galement inhiber le schage de certaines encres). Il est cependant presque toujours utilis dans des applications de type "labeur", demandant une bonne qualit d'impression. Par ailleurs, il domine largement le march

europen de l'offset.

Les additifs de type alcalin ont t (et sont encore) utiliss en Amrique du Nord, l'origine pour rduire les dveloppements bactriens et les accumulations sur les rouleaux [Ddame, 1989 ; MacPhee, 1988]. Toutefois, ils tendent tomber en dsutude car ils ne permettent pas d'atteindre une qualit d'impression quivalente celle des additifs acides (tendance la formation de mousse [Tam, 1995] et au "voilage", c'est--dire l'mulsionnement de l'encre dans la solution de mouillage [2, 1983 ; Hodgson, 1987]).

Enfin, un certain nombre d'imprimeurs (surtout en Amrique du Nord [Tam, 1995]) utilisent des additifs neutres. Ces derniers prsentent deux avantages :

ils liminent quasiment les risques de corrosion dus la solution de mouillage ;

ils sont moins polluants, puisqu'ils vitent les rejets acides.

Comme ils demeurent moins efficaces que les additifs acides dans le dgraissage de la plaque, on les utilise le plus souvent dans l'impression des journaux (moins exigeante en termes de qualit).

L'alcool. L'alcool isopropylique (ou isopropanol, dilu une valeur comprise entre 5 et 20 % dans la solution de mouillage) a longtemps fait (et fait encore) le bonheur de l'imprimeur offset. Il remplit en effet plusieurs fonctions essentielles au bon fonctionnement du procd offset [Laufs, 1995] :

tout d'abord , il facilite grandement le mouillage de la plaque en diminuant sensiblement la tension superficielle de la solution ( temprature ambiante, l'nergie de surface de l'eau pure est gale 73 mN/m, tandis que celle de l'isopropanol est de 22 mN/m. Celle d'une solution contenant 10 % d'isopropanol est d'environ 45 mN/m) ;

il augmente la viscosit de la solution de mouillage, ce qui en facilite le transport sous la forme d'un film, en particulier vitesse rduite ;

il limite l'mulsionnement de la solution de mouillage dans l'encre ; Trauzeddel et Kempe constatent galement que l'isopropanol amliore la stabilit de l'mulsion (mesure en examinant la tendance de cette dernire la coalescence) [Trauzeddel & Kempe, 1985] ;

il s'vapore trs rapidement.

Cette dernire proprit prsente deux avantages :

il contribue vaporer une grande partie de la solution de mouillage avant que celle-ci n'atteigne le blanchet (l'essentiel de l'eau tant vapor dans le train d'encrage [MacPhee, 1985]) ;

il refroidit les rouleaux (chauffs par friction) en s'vaporant. Cela maintient la temprature (et donc des proprits viscolastiques) de l'encre relativement constante(s) et compatible(s) avec son bon fonctionnement.

Cependant, la volatilit de l'isopropanol, associe son caractre toxique, prsente un inconvnient majeur : celui de le classer dans la catgorie des composs organiques volatils (COV). Or, on cherche minimiser les missions de COV dans les pays industrialiss, afin de rduire la pollution atmosphrique (c'est ainsi que l'utilisation de l'isopropanol est interdite en Californie depuis plusieurs annes).

De plus, l'isopropanol est class comme produit "irritant" [Johnson, 1997]. C'est pourquoi des substituts se sont dvelopps au cours des dernires annes. Ils sont gnralement formuls base d'alcools lourds, peu volatils par dfinition (mais toujours polluants s'ils sont rejets l'gout). Pour cette raison, ils ncessitent l'application d'un film de solution de mouillage trs fin, ce qui impose de travailler d'une part avec des groupes trs bien rgls en pression, et d'autre part toujours en limite de "sche" (talement de l'encre sur les zones non imprimantes de la plaque, en raison d'un mouillage insuffisant).

De plus, les substituts sont moins efficaces avec des systmes de mouillage indirects . Or ces derniers quipent une bonne partie des presses offset en Europe, ce qui constitue l'une des raisons pour lesquelles l'usage de substituts ne s'y rpand pas comme en Amrique du Nord [Laufs, 1995]. Johnson [Johnson, 1997] confirme cette explication en signalant qu'en Allemagne (o les systmes de mouillage alcool ont t mis au point), 90 % des rotatives "heat set" et 95 % des machines feuilles installes utilisent des solutions de mouillage contenant de l'isopropanol. Aux tats-Unis, ces pourcentages sont respectivement de 10 et 50 %. Les lgislations relatives la protection de l'environnement, plus ou moins contraignantes d'un tat l'autre, expliquent galement de tels carts.

Enfin, l'utilisation de substituts l'isopropanol impose de rduire la duret des rouleaux mouilleurs en matire lastomre. En effet, la suppression de l'alcool isopropylique diminue la viscosit de la solution de mouillage, et par consquent l'paisseur du film transport au sein du groupe de mouillage. Avec des rouleaux dont la duret va de 18 22 degrs shore A (contre 25 30 degrs shore A dans des groupes de mouillage utilisant de l'isopropanol), on compense cet cart de viscosit.

la vue du tableau 1.A , on conoit aisment la difficult de mettre au point un additif de mouillage : en plus de l'encre, de l'eau et de la plaque, la formulation de cet additif doit prendre en compte la gomtrie des systmes de mouillage et d'encrage, le blanchet, le papier, ainsi que la vitesse de production de la presse.

1.5. Le systme de mouillage [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]1.5.1. Fonctions

Le systme de mouillage doit transfrer jusqu' la plaque un film fin et uniforme de solution de mouillage. Il doit permettre le transport de la solution vitesse rduite, et dans certains cas viter les retours de particules en provenance de la plaque ou des rouleaux encreurs. Il est le plus souvent connect une centrale rfrigrante, qui permet :

le dosage de l'additif et, ventuellement, de l'isopropanol ; la circulation de la mme solution dans tous les groupes

d'impression ; le maintien d'une temprature basse et peu prs constante ; la filtration des particules accumules par la solution lors de son

retour dans la centrale.

1.5.2. ClassificationEn dehors du systme de mouillage conventionnel , on peut classer les systmes de mouillage de deux faons :

selon le mode de transfert au sein du groupe de mouillage ; selon le mode d'application sur la plaque [Klinger, 1987].

1.5.2.1. Classification selon le transfert au sein du groupeLe systme contact (voir figure 1.e) fait circuler la solution de mouillage depuis le barboteur (rouleau qui trempe dans le bac de mouillage) jusqu'au toucheur-mouilleur (rouleau mouilleur en contact avec la plaque), au moyen de rouleaux en contact.

Il permet d'obtenir un film de solution fin et uniforme, le dosage s'effectuant grce aux rouleaux intermdiaires . En revanche, on s'expose des risques de retours de particules (encre, papier, fragments de caoutchouc) dans le bac de mouillage, puisque tous les rouleaux sont en contact. Ce systme est trs employ sur les presses destines aux applications labeur.

Figure 1.e. Systme de mouillage contact

Le systme sans contact (voir figure 1.f) projette la solution de mouillage depuis le barboteur jusqu'aux autres rouleaux mouilleurs. La

projection peut se faire :

au moyen d'une brosse, qui trempe dans le bac et frotte contre une lame ;

au moyen d'un systme tournant, utilisant la force centrifuge ; au moyen de buses, pulvrisant des gouttes sous pression.

Figure 1.f. Exemple de systme de mouillage sans contact

L'espace entre l'lment de projection et les rouleaux mouilleurs interdit tout retour de particule dans le bac de mouillage. Il est par contre plus difficile de contrler le dbit de solution et sa rgularit, surtout dans la laize (largeur de la bande de papier). On retrouve frquemment ce type de mouillage dans les rotatives pour journaux, o les risques de retour de particules de papier sont importants.

1.5.2.2. Classification selon le mode d'application contre la plaque Le systme direct (voir figure 1.g) apporte la solution de mouillage directement la plaque. Le toucheur-mouilleur transfre un film de solution sur les zones non-imprimantes de cette dernire. Ce film vient ensuite s'mulsionner dans l'encre, lorsque la plaque vient au contact des toucheurs-encreurs.

Figure 1.g. Systme de mouillage direct

Le systme indirect (voir figure 1.h) fait transiter la solution de

mouillage par le systme d'encrage (premier toucheur-encreur) avant de lui faire atteindre la plaque. L'mulsion est donc cre avant le transfert de l'encre, et sa qualit s'en trouve amliore. C'est Dahlgren qui a mis au point ce systme pour la premire fois au milieu des annes 60 [5, 1995], et son succs ne s'est pas dmenti depuis. On parle d'ailleurs souvent de mouillage Dahlgren. Un tel systme impose cependant l'utilisation d'alcool isopropylique ou d'un substitut pour faciliter tant l'talement de la solution de mouillage sur le film d'encre que son mulsionnement dans ce dernier.

Figure 1.h. Systme de mouillage indirect

Les quatre types de systmes de mouillage sont donc : direct contact ; direct sans contact ; indirect contact ; indirect sans contact.

1.5.2.3. Cas particulier du mouillage "conventionnel"Bien que les systmes actuels soient plus performants, il existe encore de nombreux systmes de mouillage conventionnels installs. C'est pourquoi il est important d'en dcrire brivement le principe (voir figure 1.i).

Le systme de mouillage conventionnel appartient la catgorie des systmes contact (puisque les particules peuvent remonter dans le bac de mouillage). Tout comme le train d'encrage, il comprend un rouleau preneur, anim d'un mouvement d'oscillation et qui viendra rgulirement chercher de la solution de mouillage sur le barboteur. Ce mouvement alternatif ne doit pas pnaliser la rgularit du film de solution apport la plaque, en dpit du peu de rouleaux constituant le systme de mouillage. Il y a donc lieu de constituer une rserve de solution : c'est pourquoi le toucheur-mouilleur est recouvert d'un molleton en matire textile absorbante. De ce fait, le contrle de la quantit de solution applique la plaque est plus dlicat et le systme prsente une certaine inertie aux modifications de rglage de dbit.

Figure 1.i. Systme de mouillage "conventionnel"

II - L'offset sans mouillage ("waterless")Dans un article traitant de la chimie des surfaces applique la lithographie, Bassemir fait la remarque suivante : "Compte tenu des interactions complexes intervenant en lithographie et dues la prsence d'une solution de mouillage, il n'est pas surprenant qu'un considrable effort de recherche ait t fourni pour supprimer les systmes de mouillage des lments d'une presse plat" [Bassemir, 1982].

Depuis, cet effort ne s'est pas dmenti, en particulier depuis le dbut des annes 1990. On pourra consulter le dossier que le CERIG a consacr au procd offset sans mouillage.

2.1. Principe

Comme son nom l'indique, l'offset sans mouillage n'utilise pas de solution de mouillage... Il s'agit donc de pallier l'absence de cette dernire, qui permet aux zones non imprimantes de refuser l'encre lorsqu'elles sont en contact avec les rouleaux toucheurs encreurs. Pour ce faire, la zone non imprimante est recouverte d'une couche de silicone, dont l'nergie de surface trs faible (18 mN/m) va empcher son mouillage par l'encre.

La plaque dveloppe est donc constitue (depuis le dessous vers le dessus) :

d'une base mtallique en aluminium ; d'une couche photopolymre qui joue le rle de zone imprimante ; de la couche de silicone qui constitue la zone non imprimante.

Cette plaque peut tre positive ou ngative.

La figure 2.a prsente une plaque offset conventionnelle et une plaque pour offset sans mouillage :

Figure 2.a. Comparaison entre une plaque "waterless" et une plaque conventionnelle

2.2 Intrts et limites 2.2.1 Avantages de l'offset sans mouillage

On peut remarquer sur la figure 2.a que les zones imprimantes prsentent un lger relief (quelques micromtres) par rapport aux zones non imprimantes sur une plaque conventionnelle, alors qu'elles forment un lger creux (du mme ordre de grandeur) sur une plaque "waterless". Ainsi, lorsqu'on encrera cette dernire, l'encre aura peu tendance s'taler autour des points constituant les zones imprimantes. En effet, les parois du creux o se trouve chaque point tendent retenir l'encre " l'intrieur" de celui-ci.

cette proprit, il convient d'ajouter une viscosit nettement plus leve des encres pour offset sans mouillage et l'absence de solution de mouillage (qui, en s'mulsionnant, diminuerait cette viscosit). En consquence, le procd offset sans mouillage limite considrablement l'largissement des points de trame (l'augmentation de la valeur tonale) [Drong, 1992]. Cet avantage donne accs des travaux de haute qualit : les linatures de 70 80 lignes par centimtre sont trs courantes, et l'on peut atteindre plus de 200 lignes par centimtre.

De plus, les impressions "waterless" ne sont obtenues qu' partir d'encre et sont, en consquence, plus brillantes que les impressions offset conventionnelles.

En supprimant la solution de mouillage, on limine les problmes lis l'quilibre entre cette dernire et l'encre : la "bonne feuille" (appele galement bon rouler) est obtenue plus rapidement, d'o des gains apprciables en temps de "calage" (prparation de la presse pour l'impression) et en "gche" de papier. Les seuls gains de productivit (ne prenant donc pas en compte les conomies de papier) sont valus 25 % [Drong, 1992], ce qui est considrable lorsqu'on sait qu'une presse feuilles quadrichrome cote (en 1997) entre 1000 et 3000 francs de l'heure, selon sa configuration. Qui plus est, la conduite d'une presse fonctionnant uniquement sans mouillage requiert du personnel moins

qualifi, et que l'on forme plus rapidement. On rduit donc galement le cot horaire d'une telle presse.Ne plus utiliser de solution de mouillage signifie enfin gnrer moins de risques de pollution (en particulier par l'isopropanol ou ses substituts), sachant que la composition des encres "waterless" n'est pas fondamentalement diffrente de celles des encres offset classiques.

2.2.2 Inconvnients et limites de l'offset sans mouillageIl subsiste quelques inconvnients l'offset sans mouillage, qui en limitent l'expansion.

Tout d'abord, la dure de vie des plaques pour offset sans mouillage est moins longue que celles des plaques conventionnelles (environ 300 000 impressions, contre 1 000 000 pour une plaque conventionnelle cuite [Charlesworth, 1996]). Le rle lubrifiant et nettoyant de la solution de mouillage n'tant plus rempli, les risques d'usure de la plaque par abrasion sont accrus. En dpit des progrs considrables raliss ces dernires annes, l'utilisation de l'offset sans mouillage se limite par consquent encore l'impression sur machines feuilles ou sur rotatives pour tirages moyens.

De plus, la suppression de la solution de mouillage ne permet plus de rguler la temprature en absorbant partiellement la chaleur l'intrieur du groupe d'impression. Ainsi, l'encre pour offset sans mouillage voit sa viscosit chuter jusqu'au point o les zones non imprimantes de la plaque ne peuvent plus la repousser : c'est le phnomne de voilage de la plaque. Le blanc du papier apparatra lgrement color par ce "voile" d'encre.Il est donc indispensable de rguler la temprature dans les systmes d'encrage plus ou moins 2 degrs, car les vhicules employs dans les encres "waterless" ont une plage de fonctionnement optimal trs troite. Ceci impose d'installer un systme permettant de refroidir ou rchauffer les rouleaux encreurs, car les presses feuilles n'en sont pas quipes. On utilise pour ce faire des rouleaux oscillants creux, l'intrieur desquels circule un liquide dont la temprature est contrle. Un tel systme peut s'installer sur une presse conventionnelle. Sur une presse neuve, le pr-quipement revient moins cher.

Le cot des consommables pour offset sans mouillage demeure lev, bien que le brevet de la plaque "waterless" positive soit dj tomb dans le domaine public. Ce surcot est rapprocher des gains de productivit et de l'investissement associs l'offset sans mouillage.

Enfin, il subsiste un paramtre, notre sens fondamental, et trop souvent omis dans la littrature technique : il s'agit du papier, couch ou non, dont la qualit doit tre parfaitement adapte au procd. Rappelons que les encres pour offset sans mouillage ont un tirant lev, et que les fibres et/ou fragments de couche qu'elles sont susceptibles d'arracher ne peuvent plus tre vacus par la solution de mouillage. On peut donc tre rapidement confront un problme de "peluchage" (l'encre arrache des fibres de la surface d'un papier offset, et ces dernires viennent se dposer sur le blanchet, les zones imprimantes de la plaque, ou les rouleaux) ou d'arrachage de couche. Non seulement la qualit d'impression se dgrade, mais le conducteur doit frquemment arrter sa presse pour nettoyer ses groupes.

Ce rapide tat des lieux ne rend pas compte des progrs techniques considrables raliss dans le domaine de l'offset sans mouillage ces dernires annes. Il est trs vraisemblable que ce procd va continuer se dvelopper l'avenir, et prendre d'importantes parts de march dans

le domaine des petits et moyens tirages de qualit. Le march des grands trs grands tirages devrait vraisemblablement rester l'apanage de l'offset humide, qui attaque d'ores et dj le march de l'hliogravure (c'est--dire les tirages excdant le million d'exemplaires).

III - Les composants de la solution de mouillageLe paragraphe 1.4 a dcrit les fonctions et la composition de la solution de mouillage. tant donne son importance capitale pour le bon droulement du procd offset, nous allons, dans cette troisime partie, dtailler davantage la nature et les proprits de certains des constituants d'une solution acide, ainsi que leur importance. Nous ferons apparatre le nombre lev et la complexit des interactions au sein de la solution de mouillage, mais aussi entre cette dernire et les autres consommables. Nous mettrons ainsi en vidence la ncessit d'une mise au point prcise et d'un contrle rigoureux des ingrdients.

3.1. L'eau

Rappelons que l'eau est le principal constituant d'une solution de mouillage, puisqu'elle reprsente de 80 98 % de son volume. Trs souvent, l'eau arrive directement du robinet au bac de mouillage, ce qui, comme nous le verrons tout au long de ce travail, peut tre source de variations dans la mise en oeuvre du procd et le rendu d'impression.

3.1.1. L'eau naturelle [Mayet, 1994 ; Tardat-Henry & Beaudry, 1992]3.1.1.1. Variabilit

L'eau absolument pure n'existe pas dans la nature. Les eaux non traites, dites brutes, contiennent de nombreuses substances d'origine naturelle, ou provenant de l'activit humaine (dans la mesure o l'activit humaine peut ne pas tre naturelle...).

Les substances prsentes dans les eaux naturelles sont soit en solution vraie, soit en suspension collodale, soit en suspension plus ou moins fine (voir 3.1.1.2).

L'eau naturelle suit un cycle : vaporation de l'eau de mer et de l'eau douce, prcipitations (pluie, neige, etc.), infiltration et/ou ruissellement, coulement par les rivires puis les fleuves, et retour la mer. Au cours de ce cycle ( partir de l'tape prcipitation), l'eau se charge de diffrentes substances :

gaz et fumes, dissous lors des prcipitations (surtout au-dessus des zones urbaines) ;

gaz, minraux et sels minraux, substances organiques et organismes vivants (algues, bactries, etc.) lors des infiltrations et des ruissellements, ainsi que lors de l'coulement en rivire ou fleuve.

Les pollutions (atmosphrique, des sols et des rivires) contribuent par ailleurs augmenter la quantit de substances prsentes dans l'eau naturelle.

La nature (c'est--dire, la composition) d'une eau naturelle va varier selon le lieu o l'on se trouve. De plus, les conditions mtorologiques d'une rgion donne vont influer sur la qualit de son eau (concentrations plus leves par temps sec, eaux plus boueuses par mauvais temps, etc.). De la mme manire, la nature de l'eau va varier de faon saisonnire.Comme nous le soulignerons plus loin, cela signifie que l'eau d'alimentation n'est pas la mme d'un endroit l'autre, mme si elle est rendue potable. Un imprimeur offset implant dans une rgion granitique et un autre implant dans une rgion calcaire ne travaillent donc pas dans les mmes conditions, mme s'ils sont quips de matriels identiques et utilisent les mmes produits (on ngligera ici les ventuelles diffrences qualitatives entre conducteurs de presse...).

3.1.1.2. Substances contenuesL'eau naturelle contient la fois des substances en solution vraie, des matires en suspension grossire, sdimentables, et des substances en suspension collodale. Ces dernires sont beaucoup plus difficiles dstabiliser et donc liminer.

On distinguera donc les solutions vraies, les dispersions et les suspensions collodales.

Dans une solution vraie, le corps dissous se divise dans tout le solvant, formant avec lui une phase homogne. Entre autres proprits caractristiques, une telle solution est limpide et traverse les filtres les plus fins sans sparation. La taille des particules dissoutes (molcules ou ions) va de 0,1 quelques nanomtres.

Une dispersion contient un ensemble de particules supra-molculaires gnant le passage de la lumire au sein de la phase liquide. Une dispersion est retenue par les filtres. Parmi les dispersions, on peut citer les suspensions et les mulsions. On obtient une suspension en agitant fortement un solide finement divis avec un liquide dans lequel il est insoluble). La taille des particules excde alors 500 ou 1000 nm. Une mulsion est le mlange de deux liquides non miscibles.

Un systme collodal contient des particules constitues soit d'agrgats de particules lmentaires, soit de macromolcules. Les particules renferment gnralement galement des charges lectriques (dues la prsence de groupements ionisables, ou l'adsorption d'ions trangers contenus dans la solution). Leur taille va de quelques nanomtres 500 nm environ. De ce fait, les systmes collodaux prsentent des proprits optiques, cintiques et lectriques particulires.

Parmi les trs nombreuses substances que peut contenir l'eau, on s'intressera surtout celles qui peuvent intervenir dans le procd offset, savoir :

les gaz dissous, et notamment l'oxygne, le dioxyde de carbone et le chlore ;

les sels minraux dissous (de calcium, magnsium, sodium, etc.) : ces sels peuvent se prsenter sous forme d'hydrognocarbonates, de chlorures, de sulfates, etc.

3.1.1.3. Proprits lectrocintiquesLa charge effective d'une particule collodale suspendue dans l'eau peut diffrer de sa charge relle du fait des ions en solution, de signe oppos, qui adhrent plus ou moins fermement la particule :

les ions les plus proches de la particule y sont fortement retenus par attraction lectrostatique. Ils constituent la couche fixe ou adhrente ou couche de Stern, qui se dplace avec la particule, abaisse sa charge relle, et forme autour d'elle une sorte d'cran protecteur (voir la figure 3.a).

Figure 3.a. Double couche et potentiel zta. Cas d'une particule charge positivement [d'aprs Tardat-Henry & Beaudry]

La concentration de ces ions diminue rapidement quand on s'loigne de la particule (la force d'attraction varie en effet en 1/r6, r reprsentant la distance au centre de la particule. Il existe donc une deuxime couche diffuse ou couche de Gouy, qui n'adhre pas la particule, mais qui forme un nuage autour d'elle, s'estompe et devient nulle une certaine distance de la particule. Dans un champ lectrique, ces ions, de signe contraire celui de la particule, sont attirs par cette dernire, mais sont attirs galement par le ple oppos. Cette couche freine donc le mouvement lectrophortique (migration de particules collodales l'intrieur de la solution, sous l'effet d'un champ lectrique).

Ainsi, la charge effective tient compte d'une part de la couche fixe et d'autre part, de la couche diffuse [Tardat-Henry & Beaudry, 1992].

On sait que tout corps portant une charge lectrique q exerce un potentiel V proportionnel q/r. Dans le cas d'une particule collodale, il est trs difficile de dterminer ce potentiel V d la charge relle, mais on peut le dcomposer en deux parties :

V = v + Z [4]o v est un potentiel de contact qui varie brusquement, de manire peu prs linaire, l'intrieur de la gaine que constitue la couche fixe,

et Z, potentiel zta ou lectrocintique. Ce dernier est le seul qui importe vraiment : il est d non pas la charge relle, mais la charge effective de l'ensemble (particule + double couche). Inversement, c'est cette charge effective (et, par consquent, le potentiel zta) qui dtermine la mobilit de la particule, ainsi que sa stabilit vis--vis de la coalescence (formation d'agglomrats) [Tardat-Henry & Beaudry, 1992 ; Trauzeddel & Kempe, 1985]. Le potentiel zta correspond au point o commence la couche diffuse (c'est--dire l'extrieur de la couche fixe) [Crow, 1994]. Lorsque la charge effective diminue, le potentiel zta diminue et la stabilit diminue, mme si la charge relle (et, par consquent, le potentiel V) ne varie pas [Tardat-Henry & Beaudry, 1992].

3.1.2. La duret de l'eau naturelle 3.1.2.1. Dfinition

Les cations que l'on retrouve le plus frquemment dans la plupart des eaux naturelles continentales sont, par ordre dcroissant d'importance, l'ion calcium (Ca2+), l'ion magnsium (Mg2+), l'ion sodium (Na+), puis l'ion potassium (K+). Dans les eaux de mer, c'est videmment le sodium qui est prpondrant (c'est galement vrai pour certaines eaux douces) [Ibid.].

Les cations bivalents et trivalents confrent aux eaux naturelles des caractristiques particulires, rsultant de la faible solubilit de certains de leurs sels. Ces caractristiques sont regroupes sous le concept de duret.Les ions calcium et magnsium prcipitent avec les savons, ce qui n'est pas le cas des ions sodium (puisque les savons sont des sels de sodium d'acide gras). Cela se traduit, entre autres, par le caractre rche d'une peau qui a t savonne dans une eau comportant des ions calcium et magnsium en concentrations leves. C'est ce qui explique l'introduction empirique de la notion de duret, associe la prsence de tels sels.

La duret d'une eau naturelle correspond la quantit totale d'ions calcium et magnsium qu'elle contient. On parlera souvent de duret totale (ou titre hydrotimtrique, not TH), qui est la somme des durets calcique et magnsienne. Pour la plupart des eaux naturelles, cette dernire est infrieure la duret calcique.

Remarque : d'autres ions mtalliques contribuent la duret (le fer ferrique, par exemple). Cependant, du fait de leurs trs faibles quantits dans les eaux naturelles, on nglige le plus souvent leur apport.

3.1.2.2. Units de mesureIl existe plusieurs units pour exprimer la duret d'une eau naturelle. On peut, par exemple, utiliser :

les parties par million comme carbonate de calcium (ppm as CaCO3) : 1 ppm as CaCO3 correspond une duret quivalente 1 mg/l de carbonate de calcium. Ceci ne signifie videmment pas que la duret provient uniquement (sinon du tout) du carbonate de calcium : il ne s'agit que d'un moyen de comparer les durets d'eaux diffrentes. Nous utiliserons cette unit, que l'on retrouve frquemment dans la littrature technique ;

les degrs franais (f) : 1 f = 10 ppm compt en CaCO3 ; les degrs allemands (dH) : 1 dH correspond 10 mg

d'oxyde de calcium (CaO) par litre, soit l'quivalent de 10 X 100/56 = 17,86 ppm compt en CaCO3, ou encore 1,786 f ;

enfin, l'unit la plus logique d'un point de vue chimique est la normalit, exprime dans notre cas en milliquivalent par litre (mq/l) : 1 mq/l = (1 millimole)/(valence) par litre. C'est galement l'unit internationale normalise [Mayet, 1994]. Elle s'applique en effet aussi bien aux ions calcium qu'aux ions magnsium, et se prte bien aux bilans ioniques. La masse d'un milliquivalent de calcium (bivalent, de masse atomique gale 40 g) sera 20 mg/mol, et celle d'un milliquivalent de magnsium (bivalent, de masse atomique gale 24,2 g) sera 12,1 mg/mol. Celle d'un milliquivalent de carbonate (bivalent, de masse molaire gale 60 g) sera 30 mg/l.

On a donc : 1 f = 10 ppm as CaCO3 = 0,56 dH = 0,2 mq/l [Ibid.].On calculera la duret totale en additionnant les concentrations [Ca2+] et [Mg2+], exprimes en milliquivalents par litre.

3.1.2.3. Origine [Tardat-Henry & Beaudry, 1992 ; Mayet, 1994]Le calcium et le magnsium sont respectivement les cinquime et huitime lments en abondance dans l'corce terrestre [Lide, 1995]. Ils viennent aprs le silicium, l'aluminium et le fer, mais leurs sels naturels sont beaucoup plus solubles. Ils possdent une grande mobilit dans l'environnement aquatique, qualit qu'ils partagent avec les sels de sodium et de potassium. Mais ces derniers sont nettement moins abondants.

L'eau naturelle dissout les sels de calcium et de magnsium durant son infiltration dans les roches calcaires et dolomitiques (la dolomite est le carbonate double de calcium et de magnsium). Leur dissolution est d'autant plus forte que l'eau contient du gaz carbonique dissous. Ce dernier provient de l'atmosphre et des couches superficielles du sol. En effet, l'atmosphre contient normalement 0,033 % en volume de CO2 et les couches fertiles du sol sont riches en gaz carbonique en raison de l'activit bactrienne intense qui y rgne.

Il en rsulte les interactions suivantes :

La raction de dissolution a lieu lorsque l'quilibre [5] est dplac vers la droite :

[5] Les carbonates de la roche calcaire sont donc transforms en

hydrognocarbonates qui s'ionisent immdiatement selon l'quilibre [6](vers la droite) :

[6]Les ions hydrognocarbonates ne sont stables (et ne restent donc solubles) que s'ils sont accompagns d'une certaine quantit de CO2 dissous. Cette dernire est appele CO2 quilibrant. Elle augmente avec la temprature et la concentration en hydrognocarbonates.

Les hydrognocarbonates sont des lments trs instables qui peuvent se dcomposer facilement suivant la raction [7] :

[7] La raction de dcomposition des hydrognocarbonates est

acclre par l'lvation de la temprature et chaque fois que le dioxyde de carbone peut quitter la phase liquide pour passer en phase gazeuse. Elle est galement favorise par le dpart des ions carbonates dans la phase solide, par exemple sous forme de carbonate de calcium :

[8] Les quilibres [7] et [8] lorsqu'ils sont dplacs vers la droite,

correspondent au dplacement vers la gauche de l'quilibre [5].L'quilibre entre la dissolution de la roche calcaire et la dcomposition des hydrognocarbonates s'appelle quilibre calcocarbonique, et peut s'crire :

[9]

La solubilit du carbonate de calcium, dans l'eau pure et en vase clos, est d'environ 14 mg/l, tandis qu'en prsence de l'atmosphre, elle atteint 50 mg/l. Il en est de mme pour le magnsium, dont le carbonate et l'hydrognocarbonate sont encore plus solubles.

La solubilit du carbonate de calcium, dans l'eau pure et en vase clos, est d'environ 14 mg/l, tandis qu'en prsence de l'atmosphre, elle atteint 50 mg/l. Il en est de mme pour le magnsium, dont le carbonate et l'hydrognocarbonate sont encore plus solubles.

On voque parfois les notions de duret temporaire et de duret permanente.

La duret temporaire correspond la duret engendre par les hydrognocarbonates HCO3-. Elle est dite "temporaire" car elle peut tre limine par bullition. Sous l'action de la chaleur, l'quilibre [9] est dplac vers la gauche. Les hydrognocarbonates se dcomposent en eau et en gaz carbonique qui s'vaporent, et il se forme un dpt de calcaire insoluble (le tartre).

Les sels de calcium et de magnsium non carbonats (chlorures et sulfates essentiellement) engendrent la duret permanente. La somme des durets temporaire et permanente est la duret totale.

Comme on le verra par la suite, la duret de l'eau n'est pas ncessairement un inconvnient. Seul un excs de duret risque de perturber srieusement certains processus industriels et applications domestiques.

Lorsque l'eau naturelle contient la quantit de dioxyde de carbone dissous ncessaire au maintien des hydrognocarbonates en solution, elle possde l'quilibre un certain pH, fonction du rapport des concentrations entre ces deux lments.

L'agressivit d'une eau naturelle est son aptitude dissoudre le carbonate de calcium. Une eau non agressive est soit une eau l'quilibre, soit une eau entartrante. L'agressivit d'une eau est lie la prsence de dioxyde de carbone dissous (appel CO2libre) en quantit suprieure la quantit de CO2quilibrant. Dans ce cas, le pH de l'eau est infrieur au pH d'quilibre.

La carte des durets d'eaux naturelles en France met en vidence leur grande variabilit suivant les rgions et les valeurs trs faibles (0 f) ou trs importantes (50 f) qu'elles peuvent prendre.

Le critre d'valuation qualitative d'une eau, en termes de duret, varie sensiblement d'une source l'autre. Le tableau 3.A, qui distingue trois niveaux de qualit d'eau (douce, moyenne, et dure), le montre clairement.

Qualit Plage de duret en ppm as CaCO3 Rfrence

DOUCE

infrieure 50 [MacPhee, 1988]

infrieure 60 [Tardat-Henry & Beaudry, 1992]

infrieure 100 [Johnson, 1997]

infrieure 120 [Mayet, 1994]

infrieure 130 [Walther, 1988 ; Zanon & Charrier, 1990]

infrieure 150 [Scales, 1987]

infrieure 300 [Page, 1984]

MOYENNE

50-220 [MacPhee, 1988]

60-180 [Tardat-Henry & Beaudry, 1992]

100-180 [Johnson, 1997]

120-500 [Mayet, 1994]

130-320 [Walther, 1988 ; Zanon & Charrier, 1990]

150-250 [Scales, 1987]

320-625 [Page, 1984]

DURE

suprieure 180 [Johnson, 1997]

suprieure 180 [Tardat-Henry & Beaudry, 1992]

suprieure 220 [MacPhee, 1988]

suprieure 250 [Scales, 1987]

suprieure 320 [Walther, 1988 ; Zanon & Charrier, 1990]

suprieure 500 [Mayet, 1994]

suprieure 625 [Page, 1984]Tableau 3.A. Classification des eaux selon leur duret

III - Les composants de la solution de mouillage (suite)

3.2 L'acide, le tampon et le dsensibilisant [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

3.2.1 Le dsensibilisantDu fait de son nergie de surface leve (60 70 mN/m), la surface non imprimante de la plaque doit tre "dsensibilise", c'est--dire rendue peu sensible l'talement d'encre. Cette dsensibilisation doit tre maintenue durant la mise en oeuvre du procd offset : c'est le rle du dsensibilisant, mais galement de l'acide. Senefelder avait dj remarqu qu'une combinaison d'acide phosphorique et de gomme arabique permettait d'atteindre d'excellentes performances en lithographie [MacPhee, 1988].

La gomme arabique comprend d'une part une partie hydrophile, et d'autre part des groupements carboxyles (COOH) : ces derniers s'adsorbent la surface d'oxyde d'aluminium, en ragissant avec les groupes hydroxydes (OH) qui y subsistent [Hodgson, 1987]. Ainsi, la gomme arabique constitue un film protecteur, prservant la surface d'alumine d'une oxydation ventuelle. C'est galement pour cette raison

que l'on gomme les plaques avant impression ; la gomme arabique prsente sur les zones imprimantes demeurera soluble, et sera donc vacue durant l'impression. De plus, la surface non imprimante de la plaque, ainsi recouverte de gomme arabique, prsente aux rouleaux toucheurs mouilleurs la face hydrophile du film de gomme, et amliore par consquent sa mouillabilit.

La faible rsistance mcanique du film de gomme arabique impose de le renouveler rgulirement durant la mise en oeuvre du procd offset. C'est pourquoi cet ingrdient se trouve dans l'additif de mouillage.La raction d'adsorption de la gomme arabique est favorise par la prsence d'un acide organique doux, qui gnre d'autres groupements carboxyles [Hodgson, 1987]. Un autre auteur [MacPhee, 1988] cite une interprtation du rle de l'acidit dans le fonctionnement de la gomme arabique : l'acide arabique, form par la raction de la gomme arabique avec l'acide phosphorique, s'adsorberait plus fortement la surface d'oxyde d'aluminium [Ostrander, 1987]. Johnson [Johnson, 1997] confirme cette interprtation.

La gomme arabique est un polymre solide d'origine naturelle. De ce fait, elle prsente deux inconvnients :

une relative irrgularit dans la qualit des approvisionnements [MacPhee, 1988] ;

un risque d'accumulation dans les systmes de mouillage (sans contact) brosse, ou de bouchage des buses dans les systmes de mouillage (sans contact) pulvrisation. Dans ce cas, on la remplace par du glycrol, qui prsente l'avantage supplmentaire de contribuer lubrifier les rouleaux, ou par une gomme synthtique, de qualit plus consistante [1, 1996].

3.2.2 L'acideL'acide phosphorique continue tre largement utilis. Il est en effet moins corrosif que d'autres acides quivalents [2, 1983 ; Page, 1984 ; Zanon & Charrier, 1990]. Cependant, les ions phosphates peuvent empoisonner les catalyseurs prsents dans certains systmes de traitement des composs organiques volatils mis dans les fours de schage des rotatives heat set [MacPhee, 1988]. D'o l'emploi d'acide citrique, ou d'acide succinique.

3.2.3 Le tampon

Comme nous le verrons par la suite ( 4.1), tant donn le nombre important d'ingrdients dans un additif de mouillage et la variabilit de l'eau laquelle on va l'ajouter, il est essentiel de pouvoir maintenir le pH une valeur peu prs constante pendant l'impression. Cette valeur sera naturellement ajuste de manire optimiser le fonctionnement de l'additif.

C'est le rle de la solution tampon, dans laquelle on peut gnrer ou neutraliser des ions H3O+(par addition d'acide ou de base) sans changer notablement le pH. C'est le cas d'une solution contenant un acide et sa

base conjugue. Par exemple, on peut constituer une solution tampon en mlangeant un acide et l'un de ses sels compltement dissoci [Charlot, 1969].

Dans notre cas de figure (solution de mouillage acide), on pourra utiliser une combinaison d'acide phosphorique et de phosphates ou de citrates de sodium [Page, 1984].

3.3 Le(s) tensio-actif(s) [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

3.3.1 RlesLe rle premier du ou des tensioactif(s) incorpor(s) dans la solution de mouillage est d'abaisser sa tension superficielle, afin d'amliorer le mouillage des zones non imprimantes de la plaque. Ce rle s'exprime la fois dans un mode statique et un mode dynamique. En effet, il s'agit :

de maintenir un film de solution de mouillage aussi fin que possible la surface des zones non imprimantes lorsque la machine est l'arrt ou tourne trs faible vitesse (mode statique) ;

d'assurer un mouillage rapide et rgulier de cette mme plaque lorsque la machine tourne pleine vitesse (mode dynamique).

Par ailleurs, le ou les tensioactif(s) peu(ven)t rduire le travail ncessaire la cration de petites gouttelettes de solution de mouillage dans l'encre lors de l'mulsionnement [Laufs, 1995]. Il faut donc veiller ce qu'il(s) ne favorise(nt) pas l'mulsionnement de l'encre dans la solution de mouillage [Leach & al., 1993].

3.3.2 Les diffrents typesOn a tudi prcdemment le cas particulier de l'isopropanol, sur lequel nous ne reviendrons donc pas.

Les tensioactifs contiennent normalement des groupements polaires et non polaires dans la mme molcule. C'est la portion ionique de cette dernire qui divise les tensioactifs en trois catgories : les tensioactifs anioniques (qui possdent une charge ngative), les tensioactifs cationiques (o la charge positive est prdominante), et les tensioactifs non-ioniques. On trouve galement des tensioactifs amphotres, qui possdent la fois des centres de charge positifs et ngatifs.

Les tensioactifs anioniques et cationiques sont utiliss dans la formulation d'encres, par exemple pour mieux disperser des pigments dans des vhicules non polaires. Les tensioactifs amphotres contiennent des charges positives et ngatives centrales et quilibres, et peuvent par consquent se comporter comme des tensioactifs anioniques ou cationiques selon leurs conditions d'utilisation, et en particulier selon le pH du milieu.

Les tensioactifs non-ioniques ne possdent pas de charge lectrique rsiduelle. Des molcules dont une partie est lyophile (c'est--dire, aimant le solvant) et l'autre lyophobe peuvent se comporter comme des tensioactifs bien qu'elles soient non-ioniques.

Les tensioactifs utiliss dans les additifs de mouillage sont le plus souvent non-ioniques [Laufs, 1995]. Un auteur recommande de proscrire "absolument" les tensioactifs anioniques et cationiques, car ils entranent de graves risques d'mulsionnement de l'encre ou de dsensibilisation de la plaque [2, 1983]. Un exemple typique de tensioactif non-ionique est le polyoxyde d'thylne-polyoxyde de propylne (POE-POP). Sa formule chimique est :

o :

reprsente n units d'oxyde d'thylne (thoxylates), et o :

reprsente p units d'oxyde de propylne (propoxylates).La longueur des molcules de POE-POP, ainsi que la proportion d'units thoxylates et propoxylates dans chaque molcule, peuvent tre modifies. Les copolymres POE-POP vendus dans le commerce peuvent donc se prsenter sous forme de liquide visqueux ou de solide [1, 1996].

3.3.3 La valeur HLBDans une molcule de POE-POP, les units thoxylates sont hydrophiles. Les units propoxylates sont moins hydrophiles que ces dernires, car elles contiennent une proportion moindre d'oxygne. De ce fait, l'aptitude du POE-POP se disperser dans l'eau de la solution de mouillage va dpendre du nombre et de la proportion de ces deux types d'units, ainsi que de la masse molculaire moyenne [Ibid.].C'est pourquoi on caractrise les tensioactifs non-ioniques tels que le POE-POP par leur valeur HLB. HLB vient de l'anglais "Hydrophile-Lipophile Balance", c'est--dire l'quilibre entre la partie hydrophile et la

partie lipophile de la molcule. La valeur HLB peut se calculer partir de la formule empirique :

HLB = 7 + (nombres de groupe hydrophiles) - (nombres de groupe lipophiles) [10]A chaque unit est associ un nombre de groupe qu'il faut additionner, dans le calcul de la valeur HLB, autant de fois que cette unit apparat dans la molcule.Dans le cas du POE-POP, l'unit thoxylate constitue la partie hydrophile. Son nombre de groupe est 0,33. Celui des units lipophiles (propoxylates) est 0,475. Il est vident qu'on ne comptera pas comme groupements lipophiles les units - CH2 - prsentes dans les groupements thoxylates, puisque ces dernires sont dj prises en compte dans la somme des nombres de groupe hydrophiles [Shinoda & Friberg, 1986].Par exemple : un additif de valeur HLB gale 3 tendra rester la surface de la solution de mouillage et sera de ce fait plus efficace en mode statique (par exemple, lorsque la presse est arrte). Un additif de valeur HLB gale 29, plus hydrophile, sera plus soluble et donc plus "disponible" dans la masse. Il pourra donc agir sur une surface plus tendue que le tensioactif de valeur HLB gale 3, et gnrera par consquent davantage de mousse [1, 1996].

3.4 Le(s) biocide(s) [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

Les micro-organismes gnrent des odeurs nausabondes, des dpts dans le systme de mouillage, et peuvent entraner un bouchage des canalisations (ou des buses, dans le cas d'un systme pulvrisation) [Laufs, 1995]. Pour viter ces inconvnients, on ajoute l'additif de mouillage un ou plusieurs biocide(s).

Les biocides doivent avoir un effet immdiat de dsinfection, et un effet prventif empchant les dveloppements de micro-organismes moyen terme. Par ailleurs, ils doivent galement respecter les lgislations en vigueur, c'est--dire :

tre utilisables pour la fabrication de cosmtiques ; ne pas contenir de formaldhyde ; ne pas contenir de mtaux lourds [Ibid.].

3.5 L'inhibiteur de corrosion [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

3.5.1 Rappels thoriques sur la corrosion lectrochimiqueLa corrosion est la dgradation dans le temps d'un matriau par raction son environnement (et ventuellement son utilisation), qui altre son fonctionnement et sa dure de vie) [Landolt, 1993].

Les mtaux ne sont pas stables dans l'eau et tendent s'y dissoudre : par exemple, lorsque de l'acier est plong dans l'eau, des ions du fer, l'interface eau/mtal, tendent quitter ce dernier pour migrer dans le liquide. L'excdent d'lectrons demeure la surface du mtal, prs du

point de corrosion. Si bien que des ions de fer (chargs positivement) vont s'accumuler dans le liquide, prs des lectrons du solide. Sous l'action du champ lectrique grandissant ainsi form, les ions du fer vont avoir de plus en plus de difficult migrer dans le liquide, jusqu' ce qu'un quilibre soit atteint. Une lectrode a ainsi t cre : son potentiel dpendra de l'aptitude du mtal se dissoudre.

Cependant, on n'atteint pas un tel quilibre en pratique. Cela implique qu'un second couple (le premier tant constitu par le mtal et ses ions dissous) est capable de consommer les lectrons dans la solution. Deux cas se prsentent.

Si l'eau ne contient pas d'oxygne dissous, ce second couple est constitu d'ions hydronium et d'hydrogne. Il agit selon la raction de rduction :

[11]Le mtal M, quant lui, subira une oxydation selon la raction :

[12]On parle alors de corrosion hydrogne ou corrosion acide [Mayet, 1994]. L'lectropositivit du mtal peut se mesurer par le potentiel , donn par l'quation de Nernst :

[13]o est le potentiel normal de rduction, l'activit des ions Mn+ en solution, R la constante des gaz parfaits (R= 8,31 J.mol-1.K-1), T la temprature absolue, et F la constante de Faraday (F = 96 487 C.mol-1) [Tardat-Henry & Beaudry, 1992].L'quation [13] peut s'crire, 25C :

[14] Si l'eau contient en plus de l'oxygne dissous, ce dernier

consommera les lectrons selon la raction de rduction :[15]

La raction d'oxydation du mtal reste la mme. On parle de corrosion en prsence d'oxygne.

Le mtal corrod constitue l'anode de la "pile" ainsi forme, tandis que les ions hydronium ou l'oxygne dissous en constituent la cathode. La diffrence de potentiel entre ces deux couples gnrera le courant de corrosion.

Remarque : une raction de corrosion thermodynamiquement possible (c'est--dire, dans notre cas, possible en raison d'une diffrence de potentiels) ne va pas ncessairement se produire vitesse apprciable. En effet, il faut de plus que la cintique de raction soit suffisante pour que la corrosion soit effective [Landolt, 1993].

3.5.2 Application l'offsetLes presses offset sont exposes de nombreux produits susceptibles de les corroder (produits de nettoyage parfois trs acides, de gommage, solutions de mouillage). Par ailleurs, certains lments des groupes d'impression subissent des contraintes (frottements, dformations) qui

peuvent acclrer les phnomnes de corrosion. La superposition de mtaux diffrents sur les cylindres, ainsi que la condensation, peuvent aussi entraner une corrosion. Nous nous intresserons la corrosion ventuellement engendre par la solution de mouillage.

La corrosion va d'abord perturber le fonctionnement de la presse (reprage, "manques" dans les impressions en raison d'usures locales). Puis elle entranera des arrts de production, et ventuellement le remplacement de certains lments de machine (engendrant des cots et des arrts supplmentaires). Les lments les plus exposs aux risques de corrosion sont les cylindres porte-plaque (en acier ou en nickel) et porte-blanchet (en acier ou en nickel), les cordons (en acier), ainsi que les systmes d'encrage et, naturellement, de mouillage [Rowlands, 1991 ; Uhlemayr, 1992].

On peut citer quelques exemples de phnomnes de corrosion sur presse [Uhlemayr, 1992] :

une forte teneur en ions chlorure de l'eau dans la solution de mouillage pourra produire des piqres la surface des aciers ;

des dpts la surface d'un mtal pourront entraner des fissures, en raison d'une aration diffrentielle (sous les dpts et autour) ;

les effets mcaniques (contraintes, vibrations, usure), combins aux actions lectrochimiques de produits corrosifs, acclreront la corrosion des lments du groupe imprimant.

Cette liste n'est pas exhaustive et il faut bien comprendre que la solution de mouillage n'est jamais la seule responsable des phnomnes de corrosion sur presse. Mme les encres et le papier utiliss peuvent jouer un rle dans ces derniers [Stallmann, 1985]. Cependant, la solution de mouillage prend une importance particulire du fait que les lments du groupe d'impression y sont exposs de manire prolonge. De plus, les ventuels encrassements et dveloppements bactriens tendent aggraver la corrosion [MacPhee, 1988 ; Rowlands, 1991 ; Stallmann, 1985 ; Uhlemayr, 1992].

C'est pourquoi un additif de mouillage acide contiendra toujours un inhibiteur de corrosion.

3.5.3 Les diffrents types d'inhibiteurs de corrosionEn travaillant sur des presses rapides et avec des additifs de mouillage acides, l'imprimeur offset se trouve dans le cas o la solution de mouillage contient la fois des ions hydronium et de l'oxygne dissous (les turbulences favorisent et entretiennent la dissolution de l'oxygne). Les risques de corrosion qui en rsultent seront aggravs par la prsence d'ions chlorure dans l'eau d'alimentation.Afin de ralentir ou de prvenir les phnomnes de corrosion dus une solution de mouillage acide, on peut recourir deux mthodes principales :

l'utilisation d'un film hydrophobe (tel qu'une huile anticorrosion). Il agit en empchant la solution de mouillage (ou tout autre produit corrosif) d'atteindre la surface mtallique. On l'applique sur les cylindres porte-plaque et porte-blanchet ;

l'utilisation d'un inhibiteur de corrosion au sein de l'additif de mouillage. Ce dernier peut fonctionner de plusieurs manires, par action filmogne :

en constituant une couche protectrice qui interdit l'accs de la surface mtallique l'oxygne et aux ions hydronium. C'est l'inhibition cathodique ;

en constituant une couche protectrice qui bloque les centres actifs la surface mtallique. C'est l'inhibition anodique [Laufs, 1995].

Les inhibiteurs cathodiques sont des isolants lectriques qui s'opposent au passage des lectrons, et donc la poursuite de la corrosion. Le carbonate de calcium peut jouer ce rle froid, condition que l'eau contienne de l'oxygne dissous (au moins 4 5 mg/l temprature ambiante), des concentrations suffisantes en Ca2+ et HCO3- (au moins 1,2 1,8 meq/l) et ne contienne pas ou peu de CO2 agressif (en gnral, moins de 5 mg/l).

Un ajout de polyphosphates ( des doses de 2 5 g/m3) amliore l'adhrence des dpts carbonats, facilite leur talement latral et limite leur croissance en paisseur [Mayet, 1994].

Les inhibiteurs anodiques sont des composs chimiques qui, par raction avec les seuls ions du mtal subissant la corrosion, ou bien par raction avec ces ions et d'autres ions contenus dans l'eau (Ca2+ en particulier), sont capables de former un dpt protecteur sur les surfaces anodes des systmes de corrosion. Il s'agit principalement des orthophosphates, polyphosphates, et silicates [Ibid.].En milieu acide, de nombreux inhibiteurs organiques fonctionnent en s'adsorbant la surface du mtal. D'autre types d'inhibiteurs (tels que le tolyltriazol) agissent en formant un complexe avec les ions mtalliques : en prcipitant la surface du mtal, le complexe forme une couche protectrice [1, 1996].

IV - Fonctionnement et contrle de la solution de mouillage

4.1. Importance du pH [Sommaire dossier]

Les solutions de mouillage acides prsentent un certain nombre d'avantages, qui seront exposs dans les paragraphes suivants. Il est cependant fondamental d'ajuster et de fixer le pH de la solution une valeur approprie. Si les plages de valeurs recommandes peuvent varier d'une source l'autre, on retrouve frquemment des valeurs assez

similaires (comme en tmoigne le tableau 4.A).

Il faut savoir que les solutions de mouillage acides utilises aux Etats-Unis ont des pH plus faibles que celles employes en Europe [Laufs, 1995], ce qui explique certains carts.

Plage de valeurs de pH recommande Source

de 3,5 4,0 Jeffrey, 1995

de 3,5 5,5 Peters, 1991

de 4,0 5,5 Eldred, 1993

de 4,3 5,5 Burris, 1993 ; Hodgson, 1987

de 4,5 5,5 Laufs, 1995

de 4,5 6,0 Ddame, 1989

de 4,6 5,5 Zanon, 1995

de 4,7 5,3 4, 1997

de 4,7 5,5 2, 1983 ; Gardner, 1991 ; Schmitt, 1987

de 4,8 5,3 Schmitt, 1993

de 4,8 5,5 6, 1995 ; Sirost, 1990 ; Stefanini, 1992

de 5,0 5,5 08, 1983

Tableau 4.A. Les plages de pH recommandes par la littrature spcialise pour une solution de mouillage acide

Toutefois, si l'on passe en revue les phnomnes dpendant du pH, qu'ils soient indsirables ou, au contraire, souhaitables, on constate bientt que la plupart des problmes apparaissent en dehors de la plage de valeurs type du tableau 4.A (qui est de 4,5 5,5 environ).

L'importance du pH se manifeste de plusieurs manires.

4.1.1 Par rapport au "dgraissage" de la plaqueOn dit qu'une plaque "graisse" lorsque ses parties non imprimantes commencent accepter l'encre. Rappelons que, du fait de son nergie de surface leve (60 70 mN/m), l'oxyde d'aluminium est facilement mouill par une encre offset. C'est la solution de mouillage qui, en s'talant sur les zones non imprimantes, repousse l'encre. Le "graissage" intervient donc lorsqu'il n'y a pas assez de solution de mouillage sur les zones non imprimantes : c'est pourquoi l'on parle galement de "sche".Nous avons vu au paragraphe 3.2.2. que l'acide (phosphorique, par exemple) ragissait avec les groupements hydroxydes subsistant la surface d'oxyde d'aluminium, et en favorisait ainsi le mouillage. Cet effet

s'estompe si le pH est suprieur 5,5 [Ibid.].

De plus, le point isolectrique de l'oxyde d'aluminium est atteint pour un pH voisin de 5 [Laufs, 1995].

On appelle point isolectrique le point d'une interface pour lequel les champs lectriques prsents dans la double couche se neutralisent. Ce point dpend naturellement du pH de la solution, puisque ce dernier influence son activit ionique. En atteignant le point isolectrique, on s'assure de la stabilit de l'interface (c'est--dire, dans notre cas, du bon mouillage de l'oxyde d'aluminium par la solution de mouillage).

Tout solide ionique possde une valeur de pH pour laquelle il n'y a pas de charge nette de surface (cette dernire est gale et oppose la charge totale de la double couche [Hiemenz,1977]), c'est--dire que la surface est lectriquement neutre [Morrison, 1977].

Un pH trop acide (typiquement infrieur 4,5) va modifier la structure des molcules de gomme arabique, et ainsi en diminuer l'efficacit [2, 1983 Page, 1984].

Enfin, une trop forte acidit tendra dgrader la couche photopolymre (zone imprimante) de la plaque plus rapidement [Burris, 1993 ; Laufs, 1995].

4.1.2 Par rapport au schageLes encres "quick set", utilises pour l'impression offset sur machine feuilles, doivent scher le plus rapidement possible aprs avoir t imprimes. Pour ce faire, elles contiennent des siccatifs, qui sont des catalyseurs de l'oxydo-polymrisation des huiles siccatives et des rsines modifies l'aide d'huiles siccatives. Ce sont en gnral des sels mtalliques d'acides gras, tels que les sels de cobalt et les sels de manganse [Blayo, 1994].

Un pH trop acide (infrieur 4,5) va rduire l'efficacit des siccatifs [6, 1995 ; Laufs, 1995 ; MacPhee, 1988].

4.1.3 Par rapport aux risques de corrosionNous avons vu au paragraphe 3.5.1. que la corrosion des mtaux tait favorise par la prsence d'ions hydronium. Une solution de mouillage acide est donc par dfinition corrosive. C'est pourquoi il est important de fixer son pH une valeur aussi leve que possible, mais qui reste compatible avec le bon fonctionnement de la solution. L encore, de nombreux auteurs s'accordent sur une limite infrieure de 4,5 [2, 1983 ; Hodgson, 1987 ; Laufs, 1995 ; Uhlemayr, 1992 ; Zanon & Charrier, 1990]. Schmitt, quant lui, mentionne 4,8 [Schmitt, 1993].

4.1.4 Par rapport l'mulsionnementUn pH suprieur 5,5 (Zanon & Charrier mentionnent une valeur de 5,8 [Zanon & Charrier, 1990] et Schmitt une valeur de 5,3 [Schmitt, 1993]) va accrotre la prise de solution de mouillage par l'encre [Laufs, 1995] et ainsi perturber l'quilibre entre l'encre et la solution de mouillage [6,

1995]. Tam interprte ce phnomne par le caractre acide (pH environ = 4,5) de la plupart des vhicules d'encre. Si le pH de la solution de mouillage qui s'mulsionne est peu diffrent de celui de l'encre, les pigments apparaissent mieux lis au vhicule, et l'encre absorbe moins de solution. Lorsque le pH de cette dernire se rapproche de la neutralit, le gradient de pH ainsi cr favorisera l'mulsionnement [Tam, 1995].

C'est probablement ce mme gradient qui explique la tendance des solutions alcalines mulsionner l'encre dans la solution de mouillage (voir 1.4.2).

Selon Schmitt [Schmitt, 1987], un pH infrieur 4,4 rduit la quantit de solution de mouillage absorbe et mulsionne par l'encre, provoquant un "placage" (c'est--dire, une accumulation d'encre) sur le blanchet, dans les zones imprimantes.

Enfin, Surland a constat que la capacit d'mulsionnement d'un couple encre/solution de mouillage tait proportionnelle au produit de son pH par sa conductivit. Il ne fournit pas d'interprtation ce constat empirique [Surland, 1983].

4.1.5 Par rapport la couche ventuelle du papierLa couche d'un papier couch est gnralement alcaline. Or, sur presse offset, cette couche est en contact avec de la solution de mouillage rsiduelle, prsente sur le blanchet suite aux contacts de ce dernier avec la plaque mouille.

Si la solution de mouillage est trop acide, c'est--dire si son pH descend en dessous de 4,5, la solution prsente sur le blanchet risque de ragir avec la couche du papier en la dissolvant partiellement [2, 1983 ; Alluchon, 1990 ; Laufs, 1995 ; Page, 1984].

la lecture de ce paragraphe, on comprend pourquoi la littrature spcialise recommande une valeur de pH comprise entre 4,5 et 5,5. Nous pouvons mme aller plus loin en suggrant une plage de pH la plus troite possible autour de la valeur 5,0. Il ne faut cependant pas oublier que cette valeur sera galement fonction de la composition de l'additif de mouillage, puisque tous les ingrdients ne fonctionnent pas ncessairement de manire optimale une valeur de pH gale 5,0.

4.2 Importance de la temprature [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

Sur la plupart des presses offset, une centrale distribue la solution de mouillage vers les groupes d'impression. Cette centrale, plus ou moins sophistique, peut regrouper des systmes de dosage automatique de l'additif (et ventuellement d'isopropanol), de mesure du pH et de la conductivit (voir 4.3), etc. La centrale est la plupart du temps rfrigre, typiquement entre 8 et 12 C.

4.2.1 Par rapport aux risques d'vaporationSi la solution de mouillage comporte de l'isopropanol, il faut retarder le plus possible son vaporation. L'isopropanol est en effet trs volatil, et aurait le temps, dans certaines conditions, de s'vaporer avant d'avoir pu

jouer son rle d'aide au mouillage de la plaque et l'mulsionnement de la solution de mouillage dans l'encre. En rfrigrant la centrale de mouillage, on rduit considrablement l'vaporation de l'alcool isopropylique avant qu'il n'atteigne le systme de mouillage, et on amliore l'efficacit de la solution de mouillage. De plus, on rduit la consommation de ce compos organique volatil polluant, class dans la catgorie des produits "irritants", et coteux [Johnson, 1997].

4.2.2 Par rapport la viscosit de l'mulsionToutes les solutions de mouillage n'utilisent pas de l'isopropanol, et de plus en plus font appel des substituts. Cependant, il y a tout de mme lieu de rfrigrer de telles solutions, afin de minimiser l'lvation de temprature au sein des groupes d'impression. En effet, vitesse leve, les multiples frottements entretenus, entre autres, l'intrieur d'un systme d'encrage, vont rapidement chauffer l'encre et l'mulsion, et en diminuer les viscosits. Il s'en suivra un mulsionnement plus rapide de la solution de mouillage dans l'encre [Fetsko, 1986]. Zanon voque mme la possibilit de voilage (mulsionnement de l'encre dans la solution de mouillage, qui gnre un voile lgrement color la surface des zones non imprimantes) [Zanon, 1995].

En refroidissant la solution de mouillage, on commence par en augmenter la viscosit : ainsi, la viscosit de l'eau pure passe de 0,9 mPa.s 25 C 1,3 mPa.s 12 C. L'paisseur d'un film liquide tant proportionnelle la puissance 2/3 de sa viscosit, on va augmenter l'paisseur du film de solution de mouillage si on en abaisse la temprature [2, 1983]. Cela peut tre peru comme un avantage faible vitesse (le transport du film de solution de mouillage devenant plus ais). Cependant, l'imprimeur cherche par ailleurs apporter la plaque un film de solution de mouillage aussi fin que possible.

Il faut donc trouver un compromis entre la ncessit de rfrigrer la centrale de mouillage pour mieux contrler l'vaporation de produits volatils et rguler la temprature l'intrieur du groupe d'impression, et celle de ne pas trop refroidir la solution de mouillage, afin de ne pas trop augmenter l'paisseur du film transport dans le groupe de mouillage.

4.3 Importance de la conductivit [Dbut chapitre] [Sommaire dossier]

Un liquide offre une certaine rsistance au passage d'un courant lectrique. Cette rsistance dpend :

de la nature du liquide (prsence de charges, mobilit de ces dernires, etc.) ;

de son tat (temprature, viscosit, etc.) ; de la distance que les charges doivent parcourir l'intrieur

du liquide.

L'eau pure a une conductivit de 3,6 mS/m ou 0,036 mS/cm (micro siemens par centimtre). Dans les faits, la conductivit d'une eau distille de bonne qualit variera entre 1 et 8 mS/m [Tardat-Henry & Beaudry,

1992].

l'intrieur d'une solution de mouillage, toutes les substances ne se dissolvent pas sous forme d'lectrolytes, et tous les lectrolytes ne conduisent pas le courant aussi efficacement. Cependant, dans nos applications, une augmentation de la conductivit d'une solution de mouillage signifiera presque toujours que les substances dissoutes sont plus nombreuses. Mais la conductivit n'est pas proportionnelle la quantit de substances dissoutes (du fait des quilibres chimiques en prsence).

Le nombre de substances lectrolytes dissoutes n'est pas le seul facteur influenant la conductivit de la solution. La nature de ces substances (mobilit des ions, capacit de dissociation) et la temprature (qui va, en gnral, diminuer la viscosit de la solution et en augmenter la mobilit ionique) affectent galement la conductivit [Ibid.]. Du fait que la solution de mouillage est tamponne, il n'est pas suffisant d'en contrler le pH pour s'assurer de la constance de sa qualit. En revanche, un conductimtre (talonn sur une solution lectrolyte de conductivit connue) permettra de contrler la conductivit de la solution de mouillage en cours de production. Ainsi, on dtectera toute variation dans la quantit de substances dissoutes, avant que celle-ci n'affecte la valeur du pH. Par exemple, une dissolution partielle de la couche de papier par une solution de mouillage trop acide sera dtectable par une mesure de conductivit.

Il est vident que la mesure de conductivit ne peut que rvler un "symptme" : le diagnostic reste du ressort du conducteur de presse.

V - Mise en oeuvre d'une solution de mouillage acide

V-1- IntroductionLes paramtres essentiels l'quilibre entre l'encre et la solution de mouillage (encres, additifs de mouillage, plaques, conception des systmes d'encrage et de mouillage) sont de mieux en mieux contrls.Comme on l'a vu prcdemment, l'eau brute reprsente 77 98 % de la

Plan du chapitreV-01- IntroductionV-02- Origines de la duret en offsetV-03- Influence sur le pH de la solution de

mouillageV-04- Influence sur le niveau d'mulsionnement

de la solution de mouillage dans l'encreV-05- Ractions chimiques avec l'encreV-06- Formation de prcipits V-6-1- Gnralits

V-6-2- Prcipitation sur les rouleaux ("glaage")

V-6-3- Prcipitations sur la plaque ("aveuglement")

V-6-4- Prcipitations dans les bacs et les canalisationsV-07- Influence sur les proprits

lectrocintiques de la solution de mouillage

V-08- Recommandations relatives la duret de l'eau dans la solution de mouillage

V-09- Les solutions possibles aux problmes de duret

V-09-1- Les agents squestrants ou complexants V-09-2- Le traitement de l'eau - La filtration - L'adoucissement - La dsionisation - L'osmose inverse - Les traitements physiquesV-10- Effets lis la duret de la solution de

mouillage sur le procd offset

solution de mouillage. Or, dans de nombreux cas, elle arrive dans les centrales de mouillage sans avoir t traite ni contrle. On sait par ailleurs que sa composition varie selon l'endroit, la saison et les conditions mtorologiques.Cela signifie que, dans de nombreux cas, la qualit de l'une des composantes majeures de l'mulsion ( savoir, l'eau) peut encore fluctuer dans le temps.Il n'est pas question ici de dramatiser la situation. Aprs tout, cela fait longtemps que nombre d'imprimeurs offset travaillent sans prendre en compte la qualit de leur eau d'alimentation. Et, jusqu' preuve du contraire, ils font plutt du bon travail...Hormis leur professionnalisme exemplaire, il y a trois explications cela :

d'une part, tout fournisseur d'additif de mouillage se doit de procder une analyse de l'eau d'alimentation chez son client. La formulation de l'additif prend en compte la nature de cette eau (duret, teneur en ions chlorures, etc.) ;

d'autre part, dans de nombreuses rgions, la qualit de l'eau brute est assez bien adapte l'impression offset ;

enfin, la composition de l'eau d'alimentation ne varie pas toujours assez pour affecter sensiblement la mise en uvre du procd offset.

Cependant, comme nous l'avons expliqu dans l'introduction, les problmes lis la duret de la solution de mouillage sont suffisamment srieux pour revenir frquemment dans la littrature spcialise. Selon MacPhee, une variation dans la nature de l'eau peut mme s'avrer critique dans certains cas [MacPhee, 1988].Remarque : on considre gnralement qu'une solution de mouillage trop douce, c'est--dire typiquement de duret infrieure 50 ppm en CaCO3, est plus corrosive qu'une solution de duret plus leve. Selon MacPhee [Ibid.], cette augmentation des risques de corrosion est imputable au phnomne suivant : les eaux naturelles, alcalines et contenant des sels dissous, tendent former un film protecteur la surface des matriaux avec lesquels elles sont en contact (voir III-5-3).Tandis que les eaux traites (voir 5.8.2) sont lgrement acides et ne contiennent que trs peu, voire pas du tout, de sels dissous. D'o leur corrosivit plus leve, surtout si elles contiennent de l'oxygne dissous (voir 3.5.1) [Ibid.].Le caractre corrosif d'une eau "trop douce" constitue souvent la raison pour laquelle la