L'évolution de la cassette vidéo : révolution des médias et du divertissement à domicile

Contexte

La cassette vidéo est un élément essentiel de la technologie vidéo qui a profondément impacté les industries des médias et du divertissement à domicile. D'abord contrôlée par l'industrie de la télévision, la cassette vidéo et la technologie vidéo sont maintenant largement accessibles au secteur privé et ont entraîné des changements significatifs dans la manière dont l'information est distribuée et le divertissement créé.

La cassette vidéo repose entièrement sur l'enregistrement magnétique. Introduit commercialement en 1956, l'enregistrement magnétique était une technologie relativement nouvelle. La cassette vidéo et toutes les autres formes de bandes d'enregistrement sont identiques en ce qu'elles sont magnétiques. La cassette vidéo est en fait très similaire en composition à la bande audio. La plupart des cassettes vidéo consistent en une couche de minuscules particules magnétiques appliquées sur du Mylar, un matériau plastique solide et flexible. Environ un milliard de particules magnétiques recouvrent un pouce carré de bande et fonctionnent comme des aimants microscopiques. Lorsque la bande passe sur un électroaimant, l'information est enregistrée et lue.

Les particules magnétiques sont la partie la plus importante de la bande, car elles sont responsables de la capture et du transport du signal vidéo. La taille, la composition, la densité et la distribution des particules déterminent la qualité d'une bande. Pendant le processus de fabrication, les particules sont disposées dans le revêtement de la bande. Pendant le processus d'enregistrement, les têtes vidéo arrangent les particules en motifs dictés par la tension variable du signal vidéo. Lorsque la bande est lue, les motifs sont captés par une tête de lecture et deviennent l'image vidéo.

Histoire

Les premières bandes d'enregistrement vidéo étaient recouvertes de rouille avec un support en papier. Les premières machines d'enregistrement vidéo enregistraient les signaux sur un fil métallique fin. Lorsqu'il a été découvert que la bande magnétique vidéo produisait de meilleurs résultats, des magnétoscopes ont été construits. Certaines des premières machines utilisaient de petits électroaimants qui magnétisaient un fil d'alliage de fer pendant qu'il passait entre les bobines en croisant l'électroaimant.

La bande magnétique s'est avérée plus facile à manipuler car elle ne s'enroule pas et ne se plie pas comme le fil. Au début, des oxydes métalliques comme le fer étaient pulvérisés et appliqués sur la bande. Les particules magnétiques des premières cassettes vidéo étaient relativement grosses. Bien que cela facilitait le processus de fabrication, la taille des particules limitait l'efficacité des bandes. Plus tard, du cobalt a été ajouté aux particules pour améliorer leurs propriétés magnétiques.

Lorsque les chercheurs ont exploré des moyens de réduire la taille des particules, ils ont découvert que des particules plus petites donnaient une meilleure bande. Cependant, des particules plus petites se sont avérées plus difficiles à disperser dans le matériau liant pendant le processus de fabrication. Le matériau liant est un mélange liquide d'ingrédients qui durcissent plus tard et donnent une structure à la couche magnétique de la bande. Les chercheurs se sont ensuite concentrés sur de meilleures formulations de liant et techniques d'application et ont considérablement amélioré la qualité de la cassette vidéo.

En 1951, Bing Crosby Enterprises a mené l'une des premières démonstrations d'enregistrement magnétique sur cassette vidéo. Cependant, la faible vitesse de la première cassette vidéo la rendait commercialement impraticable. Pourtant, les avantages des cassettes vidéo ont été immédiatement reconnus. Les avantages potentiels incluaient une qualité de diffusion améliorée, des bandes réutilisables et des coûts de production moins élevés.

En 1956, la société Ampex a introduit la première machine de cassette vidéo pratique. Ce premier modèle était une grande machine à bobines qui utilisait quatre têtes d'enregistrement et une bande de deux pouces de large. Évidemment, cette invention a attiré l'intérêt de l'industrie de la radiodiffusion télévisée et, le 30 novembre 1956, CBS est devenu le premier réseau à diffuser un programme en utilisant une cassette vidéo.

Une innovation majeure a été introduite en 1969, lorsque Sony a présenté sa série U-Matic standard EIAJ, à trois quarts de pouce, le premier système de vidéocassette à être largement accepté. La vidéocassette était une vaste amélioration par rapport au format à bobines et a eu un effet profond sur le domaine vidéo.

Au début des années 1980, Sony est devenue la première entreprise à établir un marché grand public pour le système de vidéocassette avec son format Betamax. D'autres fabricants ont rapidement suivi, et le système VHS introduit par JVC, avec sa bande de 0,5 po (1,3 cm), a rapidement dominé et continue de dominer le marché. En 1984, Kodak et General Electric ont introduit l'enregistreur vidéo huit millimètres, ou caméscope. En 1995, la cassette vidéo numérique a été introduite. L'enregistrement numérique a entraîné moins de bruit de fond et moins de dégradation de la qualité d'image et de son.

L'introduction de la bande numérique couplée à l'émergence du disque vidéo numérique (DVD) a conduit beaucoup à croire que les jours des vidéocassettes standard étaient comptés. Cependant, en 2001, on estimait que 90 % des foyers possédaient des magnétoscopes tandis que seulement 10 % possédaient des lecteurs DVD. Avec de nouvelles avancées dans la fabrication de bandes, ainsi qu'une préférence des consommateurs pour les cassettes vidéo, il semble qu'il faudra longtemps avant que la cassette vidéo ne disparaisse comme les dinosaures.

Matières premières

La bande magnétique d'aujourd'hui est composée de trois couches principales : le film de base, la couche magnétique et le revêtement arrière. Le film de base fournit le support physique et la résistance principale de la bande. Le film de base consiste principalement en polyéthylène téréphtalate (PET) car il est durable et résistant à l'étirement. La couche magnétique détermine les propriétés magnétiques de la bande. Elle est composée de poudres magnétiques, allant des oxydes de fer à faible énergie aux particules métalliques à haute énergie, qui déterminent les propriétés magnétiques de la bande ; de liants qui fournissent une structure à la couche, y compris des polymères, adhésifs, lubrifiants, nettoyants, solvants, agents de dispersion et composés de contrôle statique ; d'additifs, tels que le noir de carbone, qui améliorent les propriétés de la bande ; et de lubrifiants, qui réduisent la friction et l'usure. Le revêtement arrière, composé de lubrifiants, améliore la durabilité et les performances de la bande.

Conception

Deux fabricants de bandes n'utilisent pas le même processus de fabrication de cassette vidéo. Chaque fabricant utilise ses propres matériaux et variations du processus pour prendre l'avantage sur ses concurrents. Cependant, le processus de fabrication de base est le même pour toutes les entreprises. Essentiellement, la fabrication de cassette vidéo implique de prendre un rouleau de feuille plastique transparente, de le peindre avec un mélange de matériau liant et de particules magnétiques, de le cuire dans un four jusqu'à ce que cette « peinture » sèche, et de couper le large rouleau de plastique en fines bandes qui sont enroulées sur des bobines. Les particules magnétiques qui recouvrent une cassette vidéo sont en forme d'aiguille. Cela leur permet d'être compactées sur la surface de la bande. Plus la densité magnétique est grande, meilleure est la bande. Les meilleures bandes utilisent des particules plus petites emballées en plus grande concentration.

Le processus de fabrication

Le processus de fabrication, selon Sony, l'un des principaux producteurs de cassettes vidéo, est un processus à plusieurs étapes qui comprend le mélange, le revêtement, le calandrage, le fendage et la finition.

1. La première étape, le mélange, consiste à créer la couche magnétique, ou « peinture », qui recouvrira une bande. La poudre magnétique est d'abord pré-mélangée avec des solvants et des dispersants, généralement du polyuréthane, qui empêchent la poudre de flotter au-dessus du solvant. Le processus de mélange commence par la dispersion du matériau magnétique par de grands mélangeurs planétaires dans de grands réservoirs métalliques. Lorsque le matériau magnétique est dispersé, les liants, additifs et lubrifiants sont ajoutés et mélangés. La peinture est ensuite automatiquement transmise à l'étape de broyage, où elle est broyée, ou laminée, par de grands rouleaux. Cela crée une action de cisaillement qui empêche la formation d'agglomérats dans la peinture.
2. À la deuxième étape, l'étape de revêtement, la peinture magnétique est appliquée sur le film de base dans un processus continu qui commence lorsque de grands rouleaux du film de base sont introduits dans une machine appelée enrobeuse. L'enrobeuse mesure 120 pi (36,6 m) de long et utilise 400 kW de puissance. Le film est entraîné par six moteurs à travers l'enrobeuse à faible tension. Au début du processus, la bande entre dans l'extrémité de tête de l'enrobeuse, appelée l'extrémité de déroulement. De nouveaux rouleaux sont automatiquement épissés lorsque l'enrobeuse détecte la fin d'un rouleau. Un dispositif mécanique appelé épissage volant attache le nouveau rouleau de film de base, coupant la fin de l'ancien, pendant que les rouleaux sont en mouvement. (Le dispositif est appelé épissage volant car l'épissage peut être fait « à la volée » pendant que le processus continue de fonctionner.) La tête d'enrobeuse arrête de peindre le film jusqu'à ce que le nouvel épissage passe.
3. La tête d'enrobeuse applique la couche magnétique sur le film de base. Des ordinateurs surveillent et contrôlent le processus, de sorte qu'une couche mince et uniforme de peinture magnétique puisse être appliquée sans défaut. Les couches minces sont mesurées en sous-microns, ou millionièmes de mètre. La méthode de revêtement la plus souvent utilisée est appelée extrusion. Dans ce processus, la peinture est appliquée sur le film alors qu'elle est soufflée, par pression, à travers une petite ouverture. Au fur et à mesure que le film de base passe sur la peinture extrudée, la peinture colle à la surface du film de base en une couche lisse.
4. Après le revêtement, la bande encore humide est automatiquement passée à travers un champ magnétique puissant qui oriente physiquement le matériau magnétique dans une couche nouvellement revêtue. Au début, les particules sont disposées au hasard sur le liant. Comme l'alignement physique est important pour l'enregistrement magnétique le plus efficace, les particules sont ensuite orientées dans la même direction. Cela est accompli en faisant passer la bande à travers le champ magnétique pendant que le liant durcit. Plus la dispersion et l'orientation des particules sont uniformes, meilleure sera la performance de la bande. La couche magnétique est maintenant prête à être séchée.
5. Le séchage fixe les particules maintenant orientées avant qu'elles ne puissent changer de position. Pendant le séchage, les solvants utilisés pour le mélange sont évaporés et récupérés. La couche magnétique de la bande est stabilisée. Lorsque le séchage est terminé, la bande passe à travers un scanner à rayons X qui vérifie l'uniformité de la couche nouvellement appliquée.
6. Après le séchage et le scanner, la bande est enroulée à nouveau sur de grands rouleaux mesurant jusqu'à 4 pi (1,2 m) de largeur et plus de 1 000 pi (305 m) de long. Comme l'épissage volant qui a commencé le processus, une incision est faite dans la bande et le nouveau rouleau commence automatiquement l'enroulement. La tension de la bande est maintenue constante pendant le revêtement. Au fur et à mesure que le rouleau nouvellement enroulé augmente progressivement en taille, la vitesse d'enroulement est progressivement diminuée pour maintenir la tension uniforme du début à la fin.
7. La troisième étape implique un processus appelé calandrage. À ce stade, l'espace entre les particules magnétiques n'a pas complètement pris. Il est donc possible de minimiser cet espace par le processus de calandrage, qui consiste à compacter la couche qui vient d'être formée entre des rouleaux en acier et des rouleaux élastiques. Cela augmente la densité d'empaquetage des particules magnétiques pour maximiser la densité magnétique de la bande, et lisse la surface de la couche magnétique, ce qui fournit un meilleur contact bande-tête. Pendant le processus, la bande est automatiquement passée à travers une série de rouleaux. Les rouleaux en acier entrent en contact avec le côté magnétique de la bande et les rouleaux élastiques entrent en contact avec le dos de la bande, une méthode qui crée une pression uniforme sur le film. Après ce processus, les caractéristiques de surface finales et l'épaisseur de la bande sont fixées. La bande est maintenant prête à être fendue.
8. Avant d'être chargées dans des cassettes, les bandes sont fendues à la largeur déterminée par leur format. Les formats de bande couramment utilisés incluent 0,5 po (1,3 cm), 0,75 po (1,9 cm) ou 1 po (2,5 cm). La bande est épissée sur un fendeur composé de deux ensembles de lames. Au fur et à mesure que la bande est tirée à travers le fendeur, les lames coupent la bande à la largeur désirée. Le fendage est un processus très précis et il est critique pour la qualité des bandes. Le processus est généralement surveillé par des lasers pour détecter des défauts tels que des plis ou des trous d'épingle. La bande est fendue à quelques microns de la largeur désirée pour assurer un fonctionnement fluide dans un magnétoscope ou un caméscope. Un bord mal fendu peut perdre de l'oxyde, du film de base et des particules à revêtement arrière. Après que la bande est fendue, elle passe sur un chiffon de nettoyage qui élimine les débris accumulés pendant le processus. La bande est ensuite enroulée sur de longs rouleaux « crêpes », qui ressemblent à des rouleaux de film de cinéma. La bande est maintenant prête pour l'étape de finition, lorsqu'elle sera chargée dans des cassettes.
9. À l'étape de finition, les cassettes de bande sont produites. Les coquilles de cassette elles-mêmes sont créées à partir de plastiques fondus qui sont placés dans une cavité métallique, ou moule, et formés en demi-coquilles supérieures et inférieures. Ces demi-coquilles sont maintenues ensemble par cinq vis. Les composants des coquilles de vidéocassette comprennent deux bobines qui maintiennent la bande elle-même ; une porte mobile à ressort qui loge la bande en toute sécurité à l'intérieur de la coquille ; des goupilles et rouleaux en acier inoxydable qui protègent la bande contre les rayures ; des rouleaux à faible friction qui guident la bande pendant l'enregistrement ou la lecture ; un amorce antistatique qui empêche l'accumulation de poussière ; et deux verrous à ressort qui empêchent la bande de rouler à l'intérieur de la coquille. Les coquilles de cassette vides ont des moyeux avec amorce attachée. L'amorce est automatiquement épissée aux rouleaux crêpes, qui sont placés sur une machine de chargement en cassette qui enroule une quantité mesurée de bande dans la cassette. Ensuite, les cassettes chargées sont assemblées avec des inserts d'emballage et placées dans des pochettes de protection. Finalement, les cassettes sont emballées et mises en boîte pour l'expédition.

Sous-produits/Déchets

Dans certaines usines de fabrication, pendant la production, le solvant utilisé dans le processus de revêtement est récupéré et purifié, puis réutilisé dans la fabrication d'autres bandes. Les solvants sont évaporés dans des séchoirs qui utilisent des courants d'air. Cela crée un mélange d'air et de solvant qui est transporté par des tuyaux vers une station de récupération de solvant. À cette station, le solvant et l'air sont séparés. Le solvant est ensuite distillé et stocké pour être réutilisé.

Contrôle qualité

Généralement, le contrôle qualité est continu tout au long du processus de fabrication.

Des ordinateurs, des rayons X et des lasers sont utilisés pour surveiller diverses étapes. Les ingrédients sont également testés. Chez Sony, avant le début de la fabrication, les ingrédients sont vérifiés par le laboratoire de contrôle qualité par rapport aux spécifications de la formulation de la bande. Les particules d'oxyde et de métal sont vérifiées pour leur régularité et leur taille. Les « empreintes » magnétiques sont testées pour s'assurer qu'elles correspondent aux caractéristiques magnétiques. Les liants et lubrifiants sont vérifiés pour leur pureté. Le film de base en polyester est vérifié pour sa cohérence et sa résistance.

L'avenir

Les avancées récentes en technologie et en fabrication rendent possibles des bandes encore meilleures et indiquent la voie à suivre pour l'avenir. À la fin du nouveau siècle, la plupart des bandes que les gens utilisaient étaient des bandes à oxyde. Le revêtement magnétique actif était une forme d'oxyde métallique. Les bandes fabriquées avec des revêtements en métal pur, ou bande à métal évaporé, se sont avérées supérieures. Dans la fabrication de bande à métal évaporé, les fabricants emploient un processus différent pour déposer les particules magnétiques. Au lieu que les particules magnétiques soient transportées dans un liant et peintes sur la bande, elles sont vaporisées à partir d'un solide et déposées sur le film de base. Un faisceau d'électrons chauffe le métal à des milliers de degrés à l'intérieur d'une chambre sous vide. Le métal se vaporise ensuite et adhère à un film de base spécialement préparé. Un revêtement protecteur est appliqué sur cette couche magnétique. Le résultat est un film lisse, mince, densément compacté de particules magnétiques pures. Comme aucun liant n'est utilisé, les particules s'imbriquent avec une densité qui approche le métal solide. La société Sony a ouvert la voie avec ce nouveau processus avec son procédé Advanced Metal Evaporated, ou AME. Ce type de bande représente une technologie relativement nouvelle, et ses pleins potentiels restent à exploiter.

Pour en savoir plus

Livres

Alldrin, L., et al. The Computer Videomaker Handbook. 2e éd. Boston : Focal Press, 2001.

Nmungwun, A. Video Recording Technology: Its Impact on Media and Home Entertainment. New Jersey : Lawrence Erlbaum Associates, 1989.

Heller, N., et T. Bentz. The Great Tape Debate: Evolution of the New Video Format. New York : Knowledge Industry Publications, 1987.

Autres

Stoffel, T. Videotape Systems Theory Web Page. Décembre 2001. < https://www.lionlmb.org/quad/theory.html >.

Page Web. Décembre 2001. < https://www.mtc-open.net >.

Dan Harvey