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         Révision : 21 février 2001
Les presses numériques dans l'imprimerie
Éliane Rousset, Jocelyne Rouis et Jean-Claude Sohm - EFPG/CERIG
(06 novembre 2000)
V - Les procédés émergents
Sous ce vocable, nous avons rassemblé des procédés qui sont en fin de recherche & développement, ou qui sont récents sur le marché et encore peu connus. Nous examinerons tour à tour :
   l'elcographie, de la société Elcorsy, qui utilise un procédé électrochimique d'impression, et appartient au domaine du Computer To Print ;
  le "toner jet" de la société Array ;
  la magnétographie ;
  l'ionographie, encore appelée "ion jet", "electron beam imaging" ou "electrography".
 
V-1 L'elcographie
V-1-1 Historique
L'elcographie a été inventée par A. Castegnier, un industriel canadien de la photographie, alors qu'il expérimentait un procédé électrochimique de son invention pour préparer les cylindres utilisés en héliogravure. Ses expériences échouèrent parce que la gélatine contenue dans l'électrolyte coagulait sur l'anode, à laquelle elle adhérait fortement. Castegnier eut alors l'idée d'utiliser ce phénomène parasite d'électro-coagulation comme base d'un nouveau procédé d'impression. En 1981, il fonda la société Elcorsy pour développer cette technologie, pensant l'utiliser pour reproduire des images de qualité photographique. Initialement, la vitesse du procédé était limitée à 15 centimètres par seconde, et la qualité des images assez médiocre. Les premières images en couleur furent obtenues en 1991. En 1995, la vitesse atteignit 1 mètre par seconde. La première presse (monochrome) fut réalisée en 1996, en collaboration avec Toyo Ink. La première presse couleur (ELCO 200) fut exposée à IPEX 98 à Birmingham ; sa vitesse atteignait 1 mètre par seconde. Mais la première machine réellement commercialisable (ELCO 400) fut présentée à la Drupa 2000, en mai dernier, à Düsseldorf. Elle imprime à la vitesse de 2 m/s, avec une résolution de 400 dpi. Elle sera mise sur le marché en 2001. Il aura donc fallu 20 ans pour mettre au point le procédé, ce qui n'a rien d'extraordinaire (le jet d'encre a demandé à peu près le même temps pour sa mise au point). Une histoire détaillée de l'invention et de son développement figure sur le site web d'Elcorsy.
V-1-2 Principe de fonctionnement
L'elcographie utilise le phénomène électrochimique d'électro-coagulation. Des ions métalliques sont générés par oxydation anodique. Ils réagissent avec l'eau pour donner des complexes hydroxylés. Ces derniers ont la propriété de favoriser la coagulation des substances colloïdales. Le traitement des effluents est une application bien connue du phénomène d'électrocoagulation, qui est également utilisé en chirurgie.
Mettre à profit l'électro-coagulation pour imprimer nécessite que l'on utilise une encre aqueuse, qui contient un pigment en suspension colloïdale, et un électrolyte pour permettre le passage du courant. Cette encre de composition particulière a été mise au point par la société japonaise Toyo Ink. Les encres à pigment ont l'avantage de présenter une bonne résistance au vieillissement à la lumière.
V-1-3 Mise en oeuvre du procédé

Une description du procédé, ainsi que des schémas, figurent sur le site web d'Elcorsy. L'anode est un cylindre métallique en rotation. Le cycle d'impression d'une couleur combine les opérations suivantes :

   création d'un léger film d'huile sur le cylindre, pour limiter l'adhésion de l'encre électro-coagulée, et faciliter son transfert sur le papier ;
  création d'un film d'encre par injection sur le cylindre ;
  impression par électro-coagulation. Les cathodes sont constituées de fines aiguilles métalliques, dont le pas détermine la résolution. La distance anode-cathode est bien entendu du même ordre de grandeur que le pas, ce qui consitue probablement un obstacle à l'obtention d'une résolution plus élevée. La quantité d'encre coagulée sur le cylindre -- et donc le diamètre du point obtenu -- est fonction de la quantité de courant. On réalise ainsi 256 nuances de gris ;
  élimination de l'encre en excès (révélation de l'image) grâce à une râcle. L'encre ainsi récupérée est recyclée vers la chambre d'injection ;
  transfert de l'image sur papier à l'aide d'un rouleau de contre-pression à température ambiante. Cette opération nécessite une certaine porosité du support, qui doit absorber rapidement la phase aqueuse de l'encre coagulée. Le papier est alimenté en continu, et ne nécessite aucun séchage à chaud. Le transfert sous forte pression confère au produit imprimé une bonne résistance à l'abrasion ;
  nettoyage du cylindre à l'eau savonnoneuse.
On notera que l'elcographie requiert que l'image soit matricielle (les cathodes forment un ensemble discret), mais non tramée, car les nuances de gris s'obtiennent par dosage de la quantité d'électricité. C'est la raison pour laquelle on dit que l'elcographie ne nécessite pas de RIP.
L'elcographie est une technologie du type Computer To Print, car elle n'utilise pas de plaque, et permet de personnaliser chaque exemplaire. On notera qu'il n'y a pratiquement pas de temps mort entre deux travaux successifs, ni de gâche d'ajustement de la couleur, ce qui rend le procédé attrayant pour les petits tirages. Les encres aqueuses utilisées ne sont pas polluantes, n'ont pas d'odeur, et sont faciles à nettoyer. De plus, leur séchage est rapide à température ordinaire, si bien qu'aucun four n'est requis.
V-1-4 Réalisation
Les caractéristiques de la presse ELCO 400 exposée à la Drupa figurent sur le site web d'Elcorsy, où un document détaillé est disponible au format pdf. Les plus importantes sont :
   largeur maximale d'image : 46 centimètres
  vitesse linéaire : 2 mètres par seconde
  productivité : 95 000 pages A4 à l'heure
  résolution : 400 dpi
  résolution demi-ton : 256 niveaux de gris par point
  système papier : bobine à bobine
  tirage minimum : 18 exemplaires
La résolution de 400 dpi peut sembler un peu faible au regard de ce que l'on attend aujourd'hui d'une presse numérique. En fait, il s'agit plus d'une linéature que d'une résolution, parce que l'elcographie permet d'ajuster la taille du point sur 256 niveaux. En pratique, l'elcographie fournit une qualité d'impression tout à fait satisfaisante.
 
V-2 Le jet de toner
V-2-1 Historique
Le procédé "toner jet" a été inventé par l'ingénieur suédois O. Larson. Pour le développer, il a créé en 1987 la société Array Printer AB, à Göteborg, avec ses fonds propres, et déposé la marque TonerJet. En 1997, pour collaborer avec les constructeurs japonais de copieurs et d'imprimantes, un laboratoire de R&D a été créé au Japon. La société mère suédoise avait alors une trentaine d'employés -- elle en possède 45 aujourd'hui. Elle avait construit un prototype monochrome fonctionnant à la résolution de 300 dpi et à la vitesse de 10-15 ppm.
Au mois de mai 1998, un premier accord a été signé avec Matsushita ; il a donné lieu à une cession de licence non exclusive en juillet 1999. Une autre entreprise aurait signé un accord de licence avec Array, et le bruit court qu'il s'agit de Minolta. La filiale Panasonic de Matsushita a annoncé que les premières machines seraient mises sur le marché au début de 2001, mais des rumeurs font état d'un retard d'une année environ. Deux prototypes (une imprimante et un copieur) ont cependant été montrés en fonctionnement (à une résolution approchant 600 dpi et à une vitesse de 16 ppm) au mois de mai de cette année, au Panasonic Show, manifestation privée organisée par MGCS (Matsushita Graphic and Communication Systems) pour le personnel de la firme.
Le principal marché visé est celui des imprimantes de bureau en couleur, avec sur les machines à jet d'encre l'avantage de coûter moins cher en consommables, et sur les imprimantes laser couleur celui de représenter un moindre investissement. Il n'est pas question de réaliser des presses à imprimer utilisant ce procédé pour l'instant. Certains sceptiques pensent que le développement du procédé "toner jet" est bien lent, mais l'expérience montre qu'il faut une vingtaine d'années pour mettre au point un nouveau procédé d'impression capable de rivaliser avec ceux déjà présents sur le marché.
V-2-2 Principe de fonctionnement
Le "toner jet" est décrit de manière très succincte sur le site web d'Array ; on trouvera quelques détails complémentaires dans un document pdf (98 Ko et... un peu difficile à ouvrir). Le jet de toner est un procédé d'impression directe, sans image latente électrostatique, et donc sans utilisation d'un photoconducteur. Du toner en poudre est uniformément réparti sur un cylindre métallique en rotation, auquel il adhère par attraction électrostatique. Il est projeté sur le papier par l'action d'une tension continue de 1,5 kV environ. Une plaque (appelée FPC, pour flexible printed circuit) percée de petits trous, munis chacun de deux électrodes (une sur chaque face), permet de contrôler le flux de toner. L'électrode supérieure permet de laisser passer la quantité voulue de toner : on peut ainsi soit ne pas imprimer, soit créer un point de taille variable (dans quelles proportions ?) pour réaliser les demi-tons. L'électrode inférieure permet de dévier le jet de toner : on peut ainsi obtenir une dpi de 600 sur le papier à partir d'une dpi de trous de 200, par exemple. Les particules de toner ont un diamètre de 10 µm, les trous de la plaque de 100 µm ; la distance entre le rouleau porteur de toner et le support d'impression mesure 300 à 400 µm. Un peu de toner se dépose sur la plaque, qui est automatiquement nettoyée aprés l'impression de chaque feuille. Le toner est fixé sur le papier par le procédé habituel (fusion). La société Array fait remarquer que c'est la simplicité du procédé qui permet d'envisager la réalisation d'imprimantes en couleur nettement moins onéreuses que celles utilisant l'électrophotographie.
V-2-3 État d'avancement

Il est clair que le jet de toner est nettement moins avancé que l'elcographie, ne serait-ce que parce que son développement a commencé plus tard. À notre connaissance, aucune machine n'a encore été exposée dans les grands salons internationaux, ce qui semble indiquer que tous les problèmes techniques ne sont pas encore résolus. Personne ne sait, à l'heure actuelle, si le jet de toner sera utilisé un jour en imprimerie. On notera que les difficultés ne semblent pas venir de la réalisation de la plaque FPC, car cette dernière est fabriquée en utilisant des techniques connues.

 
V-3 La magnétographie
V-3-1 Historique
La magnétographie a été développée dans le groupe français d'informatique Bull au début des années 80. La première imprimante monochrome utilisant cette technologie, la MP6090, fonctionnant à 90 ppm, fut commercialisée en 1985. Le département Bull Printing Systems devint ensuite la société Nipson International S.A., sise à Belfort, avec des filiales (Nipson Printing Systems) aux États-Unis, en Grande-Bretagne et en Allemagne. En 1997, la résolution des machines Nipson atteignait 480 dpi, et leur vitesse 400 pages A4 par minute. En 1998, Nipson avait installé plus de 1600 machines à travers le monde. Elle employait 430 personnes, dont 340 en France même, et son chiffre d'affaires était de 68 M$.
La société Nipson ayant accumulé des pertes, le Groupe Bull vendit 80 % de son capital à la société belge Xeikon en 1999, contre16 M$ en cash (et le remboursement de 12 M$ de dettes). Depuis le mois de mai de cette année, les machines Nipson sont vendues sous la marque Xeikon, avec un glissement progressif des imprimantes haut de gamme aux presses destinées à l'impression à la demande. On notera que Nipson est le seul constructeur de systèmes d'impression utilisant la magnétographie. Cette technique, qui appartient au domaine du Computer To Print, permet d'imprimer à des vitesses élevées, mais uniquement en noir et blanc, du moins pour l'instant. Le rachat de Nipson permet à Xeikon  d'ajouter des presses monochromes rapides à sa gamme de machines xérographiques en couleur.
V-3-2 Principe de fonctionnement
La magnétographie consiste à produire une image latente magnétique sur un cylindre métallique, grâce à un réseau d'électro-aimants microscopiques (480 dpi) fixés sur un substrat en silicium (silicon magnetographic imaging head). Cette image latente est révélée à l'aide d'un toner constitué d'une poudre magnétique à base de fer. Le transfert sur papier s'effectue le plus souvent par pression. Le cylindre est ensuite débarassé des résidus de toner puis démagnétisé, et le cycle recommence. La fixation du toner sur le papier est généralement effectuée par fusion flash (cold xenon fusion).
Les sites web de Nipson et de Xeikon ne fournissent aucune information sur le procédé, le premier site ne servant plus que de renvoi vers le second. On trouvera quelques mots d'explication, et une bonne illustration, sur le site du fabricant de la tête d'écriture magnétique (la société suisse CSEM), et sur le site d'un imprimeur américain. Selon la littérature technique, la magnétographie possède de sérieux avantages : rapidité (jusqu'à 800 pages A4 par minute), longévité du système d'impression, possibilité d'utiliser de nombreux supports d'impression, bas prix de revient (5 centimes) à la page. Le principal inconvénient du procédé : on ne sait pas encore fabriquer des toners magnétique colorés en cyan, magenta et jaune. En outre, les presses magnétographiques arrivent sur un marché en plein développement, certes, mais déjà bien encombré. Divers commentateurs ont fait remarquer que si Nipson avait disposé de moyens plus importants de R&D, la magnétographie serait plus répandue sur le marché aujourd'hui, mais on ne récrit pas l'histoire.
V-3-3 Réalisations
Les deux machines produites par Nipson sont maintenant vendues par Xeikon. Ce sont :
   la machine 7000, introduite sur le marché en 1996 et nettement perfectionnée depuis ;
  la VaryPress, beaucoup plus récente.
Les principales caractéristiques de ces deux machines sont :
   alimentation : bobine (7000), feuille à feuille (VaryPress) ;
  largeur maximale du papier : 50 cm
  vitesse : 60 m/mn (7000), 105 m/mn (VaryPress) ;
  résolution : 240 ou 480 dpi, au choix.
 
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