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          Révision : 22 novembre 2000
La solution de mouillage dans le procédé offset
Bernard Pineaux - EFPG
(juillet 1998)
  I - Le procédé offset (suite)
Début chapitre
1.4. La solution de mouillage    Sommaire
Remarque : ce que l'on nomme solution de mouillage est en fait le mélange d'eau (77 à 98 %), d'un additif concentré (2 à 3 %), et éventuellement d'alcool isopropylique ou d'un substitut (2 à 20 %). C'est donc l'additif qui va contenir l'essentiel des ingrédients remplissant les fonctions de la solution de mouillage, même s'il ne représente qu'une faible proportion de cette dernière.
Les termes solution de mouillage et additif de mouillage seront conservés ultérieurement, dans le sens qui leur a été attribué ci-dessus. Le terme eau ne sera, quant à lui, employé que pour désigner l'eau d'alimentation dans la solution de mouillage.
Afin d'éviter toute confusion, nous éviterons tout particulièrement les termes eau de mouillage et équilibre eau/encre (ou, pire, l'anglicisme balance eau/encre), même si ces termes sont communément employés dans la littérature technique, et que les éviter doit alourdir l'écriture de ce document.
1.4.1. Fonctions [Burris, 1993 ; Laufs, 1995 ; Johnson, 1997]
La solution de mouillage doit remplir un certain nombre de tâches :
   mouiller les zones non imprimantes de la plaque rapidement, uniformément et sans excès ;
  s'émulsionner dans l'encre ;
  entretenir le caractère hydrophile de la plaque tout en la protégeant contre l'usure (par lubrification) et l'oxydation (par adsorption d'un film protecteur) ;
  s'évaporer le plus possible avant d'être transférée au papier.

Cependant, la solution de mouillage remplit d'autres fonctions, moins évidentes a priori, mais très importantes pour le bon déroulement de l'impression offset :

   refroidir le film d'encre au niveau des rouleaux toucheurs-encreurs. Il est à noter que l'alcool isopropylique, lorsqu'il est utilisé, contribue grandement à refroidir le système en s'évaporant. L'emploi de substituts non volatils (voir ci-dessous) diminue l'efficacité du refroidissement, même si la solution de mouillage et les "tables d'encrage" (rouleaux intermédiaires durs du système d'encrage) sont réfrigérées ;
  évacuer les particules (poussières, papier, encre) susceptibles de se déposer sur la plaque ou le blanchet ;
  protéger les rouleaux contre une usure prématurée due à l'abrasion.
Quant à l'additif de mouillage, qui représente 2 à 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, réduire l'efficacité des siccatifs contenus dans les encres, dissoudre partiellement la couche du papier, réduire la durée de vie de la plaque, et favoriser les phénomènes de corrosion dans le groupe d'impression. Tandis qu'une élévation du pH tendra à augmenter la prise de solution de mouillage par l'encre et à réduire l'efficacité du "dégraissage" de la plaque (évacuation de l'encre des zones non imprimantes par la solution de mouillage) ;
  réduire la tension superficielle de la solution ;
  empêcher les développements bactériens (action immédiate et action préventive) ;
  protéger les éléments de machine contre la corrosion (cas d'une solution acide).
Et, le cas échéant :
   empêcher les dépôts de sels insolubles (calcaire, par exemple) ;
  empêcher 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 attribuées, l'additif de mouillage est constitué d'un nombre significatif d'ingrédients. Chacun d'eux doit remplir son rôle sans venir perturber le fonctionnement des autres (ou, du moins, en minimisant cette perturbation).
Le tableau 1.A présente les composants d'un additif acide type, ainsi que leurs fonctions.
 COMPOSANT  RÔLE
Acide (citrique, phosphorique, succinique) Maintenir l'hydrophilie de la plaque et faciliter son dégraissage (évacuation de l'encre des zones non imprimantes).
Tampon (phosphates) Ajuster et maintenir le pH de la solution.
Désensibilisant (gomme arabique, glycérol) Protéger les zones non imprimantes de la plaque, tout en maintenant leur caractère hydrophile en s'adsorbant à leur surface.
Le glycérol n'obstrue pas les buses ou les brosses des systèmes de mouillage et assure une lubrification des rouleaux encreurs).
Biocide(s) Combattre les développements d'algues et de bactéries ; les prévenir.
Tensioactif(s) En réduisant la tension superficielle de la solution, améliorer le mouillage de la plaque et l'émulsionnement avec l'encre.
Inhibiteur de corrosion

Réduire l'attaque des parties métalliques de la machine par la solution acide.

Le tampon peut également jouer ce rôle.

Agent séquestrant (optionnel)

Éviter les dépôts de sels en provenance d'une eau très dure.

Le tampon et la valeur du pH peuvent aussi contribuer à réduire les dépôts.

Glycol éther Éviter les accumulations sur le blanchet.
Anti-mousse (optionnel) Éviter l'accumulation de mousse dans la centrale et dans les bacs

Tableau 1.A. Les composants d'un additif acide type et leurs fonctions

L'additif de type acide fonctionne en général autour d'un pH voisin de 5. On lui attribue un meilleur dégraissage de la plaque [2, 1983 ; Gardner, 1991 ; Laufs, 1995], mais il augmente les risques de corrosion (en particulier si le pH devient inférieur à 4, auquel cas il peut également inhiber le séchage de certaines encres). Il est cependant presque toujours utilisé dans des applications de type "labeur", demandant une bonne qualité d'impression. Par ailleurs, il domine largement le marché européen de l'offset.
Les additifs de type alcalin ont été (et sont encore) utilisés en Amérique du Nord, à l'origine pour réduire les développements bactériens et les accumulations sur les rouleaux [Dédame, 1989 ; MacPhee, 1988]. Toutefois, ils tendent à tomber en désuétude car ils ne permettent pas d'atteindre une qualité d'impression équivalente à celle des additifs acides (tendance à la formation de mousse [Tam, 1995] et au "voilage", c'est-à-dire à l'émulsionnement de l'encre dans la solution de mouillage [2, 1983 ; Hodgson, 1987]).
Enfin, un certain nombre d'imprimeurs (surtout en Amérique du Nord [Tam, 1995]) utilisent des additifs neutres. Ces derniers présentent deux avantages :
   ils éliminent quasiment les risques de corrosion dus à la solution de mouillage ;
  ils sont moins polluants, puisqu'ils évitent les rejets acides.
Comme ils demeurent moins efficaces que les additifs acides dans le dégraissage de la plaque, on les utilise le plus souvent dans l'impression des journaux (moins exigeante en termes de qualité).
L'alcool. L'alcool isopropylique (ou isopropanol, dilué à 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 procédé offset [Laufs, 1995] :
   tout d'abord , il facilite grandement le mouillage de la plaque en diminuant sensiblement la tension superficielle de la solution (à température ambiante, l'énergie de surface de l'eau pure est égale à 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 viscosité de la solution de mouillage, ce qui en facilite le transport sous la forme d'un film, en particulier à vitesse réduite ;
  il limite l'émulsionnement de la solution de mouillage dans l'encre ; Trauzeddel et Kempe constatent également que l'isopropanol améliore la stabilité de l'émulsion (mesurée en examinant la tendance de cette dernière à la coalescence) [Trauzeddel & Kempe, 1985] ;
  il s'évapore très rapidement.
Cette dernière propriété présente deux avantages :
   il contribue à évaporer une grande partie de la solution de mouillage avant que celle-ci n'atteigne le blanchet (l'essentiel de l'eau étant évaporé dans le train d'encrage [MacPhee, 1985]) ;
  il refroidit les rouleaux (échauffés par friction) en s'évaporant. Cela maintient la température (et donc des propriétés viscoélastiques) de l'encre relativement constante(s) et compatible(s) avec son bon fonctionnement.
Cependant, la volatilité de l'isopropanol, associée à son caractère toxique, présente un inconvénient majeur : celui de le classer dans la catégorie des composés organiques volatils (COV). Or, on cherche à minimiser les émissions de COV dans les pays industrialisés, afin de réduire la pollution atmosphérique (c'est ainsi que l'utilisation de l'isopropanol est interdite en Californie depuis plusieurs années).
De plus, l'isopropanol est classé comme produit "irritant" [Johnson, 1997]. C'est pourquoi des substituts se sont développés au cours des dernières années. Ils sont généralement formulés à base d'alcools lourds, peu volatils par définition (mais toujours polluants s'ils sont rejetés à l'égout). Pour cette raison, ils nécessitent l'application d'un film de solution de mouillage très fin, ce qui impose de travailler d'une part avec des groupes très bien réglés en pression, et d'autre part toujours en limite de "sèche" (étalement 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 systèmes de mouillage indirects . Or ces derniers équipent une bonne partie des presses offset en Europe, ce qui constitue l'une des raisons pour lesquelles l'usage de substituts ne s'y répand pas comme en Amérique du Nord [Laufs, 1995]. Johnson [Johnson, 1997] confirme cette explication en signalant qu'en Allemagne (où les systèmes de mouillage à alcool ont été mis au point), 90 % des rotatives "heat set" et 95 % des machines à feuilles installées utilisent des solutions de mouillage contenant de l'isopropanol. Aux états-Unis, ces pourcentages sont respectivement de 10 et 50 %. Les législations relatives à la protection de l'environnement, plus ou moins contraignantes d'un état à l'autre, expliquent également de tels écarts.
Enfin, l'utilisation de substituts à l'isopropanol impose de réduire la dureté des rouleaux mouilleurs en matière élastomère. En effet, la suppression de l'alcool isopropylique diminue la viscosité de la solution de mouillage, et par conséquent l'épaisseur du film transporté au sein du groupe de mouillage. Avec des rouleaux dont la dureté va de 18 à 22 degrés shore A (contre 25 à 30 degrés shore A dans des groupes de mouillage utilisant de l'isopropanol), on compense cet écart de viscosité.
Á la vue du tableau 1.A , on conçoit aisément la difficulté 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 géométrie des systèmes de mouillage et d'encrage, le blanchet, le papier, ainsi que la vitesse de production de la presse.
 
1.5. Le système de mouillage [Début chapitre] [Sommaire dossier]
1.5.1. Fonctions
Le système de mouillage doit transférer jusqu'à la plaque un film fin et uniforme de solution de mouillage. Il doit permettre le transport de la solution à vitesse réduite, et dans certains cas éviter les retours de particules en provenance de la plaque ou des rouleaux encreurs. Il est le plus souvent connecté à une centrale réfrigérante, qui permet :
   le dosage de l'additif et, éventuellement, de l'isopropanol ;
  la circulation de la même solution dans tous les groupes d'impression ;
  le maintien d'une température basse et à peu près constante ;
  la filtration des particules accumulées par la solution lors de son retour dans la centrale.
1.5.2. Classification
En dehors du système de mouillage conventionnel , on peut classer les systèmes de mouillage de deux façons :
   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 groupe
Le système à 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 grâce aux rouleaux intermédiaires . En revanche, on s'expose à des risques de retours de particules (encre, papier, fragments de caoutchouc) dans le bac de mouillage, puisque tous les rouleaux sont en contact. Ce système est très employé sur les presses destinées aux applications labeur.

Schema mouillage contact

Figure 1.e. Système de mouillage à contact

Le système 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 système tournant, utilisant la force centrifuge ;
  au moyen de buses, pulvérisant des gouttes sous pression.

Schema mouillage sans contact

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

L'espace entre l'élément de projection et les rouleaux mouilleurs interdit tout retour de particule dans le bac de mouillage. Il est par contre plus difficile de contrôler le débit de solution et sa régularité, surtout dans la laize (largeur de la bande de papier). On retrouve fréquemment ce type de mouillage dans les rotatives pour journaux, où les risques de retour de particules de papier sont importants.
1.5.2.2. Classification selon le mode d'application contre la plaque
Le système direct (voir figure 1.g) apporte la solution de mouillage directement à la plaque. Le toucheur-mouilleur transfère un film de solution sur les zones non-imprimantes de cette dernière. Ce film vient ensuite s'émulsionner dans l'encre, lorsque la plaque vient au contact des toucheurs-encreurs.

Schéma mouillage direct

Figure 1.g. Système de mouillage direct

Le système indirect (voir figure 1.h) fait transiter la solution de mouillage par le système d'encrage (premier toucheur-encreur) avant de lui faire atteindre la plaque. L'émulsion est donc créée avant le transfert de l'encre, et sa qualité s'en trouve améliorée. C'est Dahlgren qui a mis au point ce système pour la première fois au milieu des années 60 [5, 1995], et son succès ne s'est pas démenti depuis. On parle d'ailleurs souvent de mouillage Dahlgren. Un tel système impose cependant l'utilisation d'alcool isopropylique ou d'un substitut pour faciliter tant l'étalement de la solution de mouillage sur le film d'encre que son émulsionnement dans ce dernier.

Schéma mouillage indirect

Figure 1.h. Système de mouillage indirect

Les quatre types de systèmes de mouillage sont donc :
   direct à contact ;
  direct sans contact ;
  indirect à contact ;
  indirect sans contact.
1.5.2.3. Cas particulier du mouillage "conventionnel"
Bien que les systèmes actuels soient plus performants, il existe encore de nombreux systèmes de mouillage conventionnels installés. C'est pourquoi il est important d'en décrire brièvement le principe (voir figure 1.i).
Le système de mouillage conventionnel appartient à la catégorie des systèmes à contact (puisque les particules peuvent remonter dans le bac de mouillage). Tout comme le train d'encrage, il comprend un rouleau preneur, animé d'un mouvement d'oscillation et qui viendra régulièrement chercher de la solution de mouillage sur le barboteur. Ce mouvement alternatif ne doit pas pénaliser la régularité du film de solution apporté à la plaque, en dépit du peu de rouleaux constituant le système de mouillage. Il y a donc lieu de constituer une réserve de solution : c'est pourquoi le toucheur-mouilleur est recouvert d'un molleton en matière textile absorbante. De ce fait, le contrôle de la quantité de solution appliquée à la plaque est plus délicat et le système présente une certaine inertie aux modifications de réglage de débit.

Schéma mouillage conv.

Figure 1.i. Système de mouillage "conventionnel"

 
 
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