FR2499087A1

FR2499087A1 - Composition polymere transmettant la lumiere solaire et structure pour la culture de vegetaux, recouverte d'une feuille de telle composition

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Publication number: FR2499087A1
Application number: FR8201773A
Authority: FR
Original assignee: RAMI BAR
Current assignee: RAMI BAR
Priority date: 1981-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1982-08-06
Also published as: GB2093042A; IL62066A; IL62066A0; NL8200407A; GB2093042B; US4423164A; FR2499087B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES COMPOSITIONS POLYMERES TRANSMETTANT LA LUMIERE SOLAIRE ET REFLECHISSANT LES RAYONS INFRAROUGES ET DES STRUCTURES POUR LA CULTURE DES VEGETAUX RECOUVERTES D'UNE FEUILLE OU PELLICULE FAITE D'UNE TELLE COMPOSITION; UNE FEUILLE OU PELLICULE CONCUE POUR TRANSMETTRE UNE PORTION IMPORTANTE DE LA LUMIERE SOLAIRE INCIDENTE EN EN DIFFUSANT VERS L'AVANT UNE GRANDE PARTIE ET POUR RETENIR UNE PARTIE IMPORTANTE DES RAYONS INFRAROUGES A L'INTERIEUR D'UNE STRUCTURE DE CULTURE DES VEGETAUX, EST CONSTITUEE D'UN POLYMERE CONTENANT DES PARTICULES D'OXYDE DE MAGNESIUM ETOU DE CARBONATE DE CALCIUM AYANT UNE TAILLE DE L'ORDRE DU MICROMETRE.

Description

I La présente invention concerne des compositions polymères transmettant

la lumière solaire et réfléchissant les rayons infrarouges; elle comprend des structures pour la culture de végétaux, recouvertes d'une feuille faite d' une telle composition. Plus particulièrement l'invention concerne de nouvelles compositions polymères, utiles en agriculture, en particulier pour de44tructures telles que serres et

tunnels utilisés dans la culture de végétaux. Les nouvel-

les compositions sont employées sous la forme de feuilles ou pellicules transmettant la majeure partie de la lumière incidente vers l'intérieur de la structure, tandis que les rayons infrarouges de l'intérieur sont ramenés par ces feuilles ou pellicules dans la structure. Les nouvelles feuilles polymères provoquent une diffusion vers l'avant

de la lumière solaire incidente, et environ 85% de l'éner-

gie pénètre dans les structures j environ 7c% sont diffu-

sés vers l'avant ce qui donne une lumière diffuse, accrois-

sant la rétention des radiations à l'intérieur des struc-

tures.

Lorsqu'on utilise ces feuilles ou pellicules pour réaliser des serres et des serres tunnels, l'ensemble des végétaux cultivés bénéficie de la lumière diffuse et le végétal entier participe à la photosynthèse. Il n'y a

pas de différence de croissance des végétaux selon la po-

sition dans la serre, car il n'y a pratiquement pas d'ombre du c8té opposé au soleil (voir Plant Physiology, A treatise;

Part VA 29.9-406).

Comme une partie de la lumière incidente est ré-

fléchie en arrière, dans les climats chauds et dans les

zones tempérées, au milieu de l'été, les températures in-

térieures de 4tructures, recouvertes de telles feuilles, sont plus basses qu'à l'intérieur de structures recouvertes de feuilles de polyéthylène classiques. Malgré cela, la

quantité d'énergie solaire, que ces structures laissent en-

trer, est suffisante pour couvrir les besoins des végé-

taux en croissance et pour chauffer le sol à l'intérieur.

La nuit, le sol rayonne de l'énergie thermique sous forme de rayons infrarouges dont une grande partie est réfléchie en arrière par ces feuilles et ainsi retenue dans les struc- tures.

L'effet global est que dans ces nouvelles ser-

res, il existe une régulation de la température au cours du jour et de la nuit avec des différences de température plus faibles, et que le rayonnement solaire, visible, est utiliseour obtenir l'effet optimal sur les végétaux en croissance, tandis que l'intérieur des serres est chauffé,

et que les pertes de chaleur vers l'extérieur sont considé-

rablement réduites, ce qui apporte une économie d'énergie substantielle d'environ 20%. Ces paramètres importants sont résumés dans "The effect of Light Diffusion Properties

of Greenhouse Covers", A. Nissen et P. Basiqux, Agric.

Meteorology 11 (1978) 357-372.

Le brevet FR n 1 574 088 et les brevets ULB n 4 179 547 et nÀ 4 134'875 décrivent des compositions qui

absorbent une partie des rayons infrarouges.

Lorsque la pellicule absorbante réémet le rayon-

nement, une partie de celui-ci retourne dans la serre. Bien que la température dans les serres, constituées des compo-s

sitions susi-mentionnées, soit plus élevées que la tempéra-

ture dans les serres constituées de polyéthylène ordinaire, on peut s'attendre à l'obtention de végétaux plus robustes et des cultures abondantes, si les vêgétaux,cultivés sous

ces feuilles, reçoivent mieux la lumière solaire.

Il n'y a pratiquement pas de lumière diffuse dans les serres recouvertes d'une feuille contenant une charge de silice-silicate (brevet FR n 1 574 088). On obtient

des cultures améliorées lorsque l'on eultive sous des feuil-

les contenant une charge de phosphate du brevet US n 4 179 547, avec lesquelles 46% de la lumière transmise sont diffusés, et dans des structures recouvertes d'un revêtement selon le brevet US ne 4 134 875 qui décrit

des feuilles de polyoléfine ayant une- charge d'alunite-

hydroxyde d'aluminium et qui diffusent 40% de la lumière transmise. L'invention concerne de nouvelles compositions, comprenant des polymères, généralement transparentes, qui

contiennent des quantités prédéterminées d'additifs con-

çus pour modifier leurs propriétés optiques et autres. Se-

lon l'invention, on ajoute des quantités prédéterminées

d'oxyde de magnésium et/ou de carbonate de calcium en par-

ticules fines. Eventuellement on ajoute également des ab-

sozbants des ultraviolets ou des agents antibuée qui évi-

tent la formation de gouttelettes sur la surface des feuil-

les, et qui provoquent l'étalement de ces gouttelettes sur

la surface des feuilles.

On peut utiliser des polyoléfines, de préférence des polyéthylènes, leurs copolymères, des polyesters, le

chlorure de polyvinyle et similaires. On peut particuliè-

rement citer les pellicules de copolymères d'éthylène et

d'acétate de vinyle, de polycarbonates et de polyesters.

On utilise l'oxyde de magnésium et/ou le carbo-

nate de calcium sous forme de particules d'une grosseur de l'ordre de microns,de préférence mesurant moins de 5jm, ' bien que l'on puisse utiliser des particules quelque peu plus grosses. La quantité d'oxyde de magnésium (MgO) et/ou de carbonate de calcium (CaC03), ajoutée, est de l'ordre d'environ 1 à 10% en poids, la quantité optimale étant d' environ 4 à 6% en poids. A l'obscurité, MgO réfléchit dans une longueur d'onde de 12 à 15km tandis que le carbonate de calcium réfléchit principalement entre environ 6/,m et environ 10/nm. En pratique on peut utiliser uniquement

de l'oxyde de magnésium ou uniquement du carbonate de cal-

cium mais on préfère un rapport pondéral de 2/1 à 1/2.

Sous les climats chauds, on utilise une quantité

prépondérante d'oxyde de magnésium. L'addition de carbona-

te de calcium et/ou d'oxyde de magnésium améliore les pro-

priétés mécaniques des feuilles. Il est également souhai-

table d'ajouter aux nouvelles feuilles des additifs tels qu'absorbants des ultraviolets et antioxydants. Ils peuvent être-de type benzophénone ou de type phénol empêché. Il

est souhaitable d'ajouter des matières telles que des-an-

tibuées qui provoquent un étalement des gouttelettes sur les feuilles. Des agents antibuées appropriés sont des substances comme par exemple le stéarate de glycérol et similaires. L'épaisseur des feuilles est généralement de l'ordre denviron 0,1 mm à environ 0,25 mm. Les matières

obtenues sont translucides et provoquent une forte diffu-

sion vers l'avant de la lumière.

Les nouvelles feuilles permettent de construire des serres et des structures en forme de tunnel améliorées,

comme on en utilise pour cultiver les végétaux, en produi-

sant un microclimat désiré, qui apporte les conditions op-

timales de croissance des végétaux. on peut donc obtenir des récoltes plus précoces et plus abondantes qu'en plein

air. Des récoltes plus précoces peuvent accroître considé-

rablement les revenus, et il en est bien sur de même des récoltes plus abondantes. L'arrivée à maturité plus rapide

des fruits, des végétaux et des fleurs permet de les expor-

ter et d'obtenir des prix plus élevés. A cet égard, une différence d'une ou deux semaines est très importante. Les nouvelles structures permettent une régulation optimale de la température, de l'intensité lumineuse et de la nature

de la lumière (lumière diffuse), de l'humidité et similai-

res. On préfère les feuilles polymères transparentes au

verre car elles ne nécessitent pas des structures de sou-

tien lourdes et elles peuvent être remplacées rapidement et facilement. Le verre nécessite chaque été un "blanchiment"

(suspension de C ao3) pour éviter un d*3sêchement des-par-

ties des végétaux face au soleil. Cela est dû au fait que le verre est transparent, mais ne diffuse pas la lumière l'application des particules de carbonate de calcium au verre provoque une diffusion de la lumière, évitant que les végétaux soient endommagés. Les feuilles de matières plastiques transparentes nécessitent également un "blanchi-

ment l'été.

Des feuilles de polyéthylène sont perméables aux rayons infrarouges, si bien que la nuit, sous une

telle couverture, il se produit une perte de chaleur sub-

stantielle. Un autre inconvénient du polyéthylène est qu'il

ne diffuse pas la lumière et qu'il nécessite comme le ver-

re d'être blanchi. Il en est de mime des revêtements en

polycarbonatet en chlorure de polyvinyle et en polyester.

La réflexion des rayons infrarouges par MgO et CCO3 est exposée dans American Institute of Physics Handbook, 2ème édition 6-19 et 6-130. Le sol de la serre

constitue le réservoir de chaleur pendant la journée, l'é-

nergie solaire,entrant sous la forme de lumière solaire, chauffe le sol. Lorsque la proportion de lumière diffuse s'accroitt le chauffage du sol augmente. La nuit le sol rayonne, en particulier dans la gamme comprise entre 5/Jm

et 30$m, et ce rayonnement maintient une température inté-

rieure de la serre au-dessus de celle de l'environnement.

Les nouvelles feuilles polymères, selon l'invention, per-

mettent d'obtenir une différence marquée de température

entre l'intérieur et l'extérieur de la serre, pouvant at-

teindre 3 dans le sol. Il convient de noter qu'une diffé-

rence de 0,5 C de la température de l'air est importante

et bénéfique.

On a effectué des essais avec du polyéthylène

contenant une charge de phosphate ou d'une combinaison d'a-

lunite et d'hydroxyde d'aluminium. Cela conduit à une trans-

mittance d'environ 8C% de la lumière incidente, dont envi-

ron 45% sont sous forme diffuse. Les nouvelles compositions

de l'invention transmettent environ 85% de la lumière in-

cidente dont environ 70% sont sous la forme de lumière diffuse. Ces valeurs ont été obtenues avec des feuilles d'environ 0,15 mm d'épaisseur. On a obtenu des récoltes de fleurs de Gypsophila supérieures de 50% en poids à celles que l'on a avec un revêtement de polyéthylène.

Dans le cas des concombres, on a obtenu des ré-

coltes plus précoces et un accroissement de la récolte d'environ 30 à 40%. Des raisins ont mOri environ 15 jours plus t8t, ce qui a permis leur exportation à des prix bien

plus élevés. Lorsque, pendant l'hiver, on chauffe les ser-

res, la réflexion des infrarouges des nouveaux revêtements provoque une économie d'énergie très marquée, de l'ordre d'environ 20 à 25% par rapport à un recouvrement avec de la feuille de polyéthylène, et la température du sol est plus élevée,

Avec des feuilles de polyéthylène ordinaire, pen-

dant les nuits claires, la température intérieure des ser-

res est généralement inférieure A la température extérieu-

re, en particulier lors des premières heures de la mati-

née. Ce n'est pas le cas avec les nouvelles compositions de l'invention, qui donnent une température intérieure plus

élevée, par suite de la réflexion vers l'intérieur des ra-

yons infrarouges que provoque le nouveau revêtement.

La figure 1 représenteen ordonnées les variations de la température du sol (Oc) à la profondeur de 10 cm, en fonction du temps, en heures, durant un cycle de 24 heures figurant sur l'axe des abscisses, pour du polyéthylène (courbe A) et pour une composition de l'invention (courbe

B) contenant un mélange 1/1 de MgO et CaC0O3 à la concentra-

tion totale de 4% en poids.

La figure 2 illustre la réflexion (%) sur l'axe des ordonnées, en fonction de la longueur d'onde (tpm) sur l'axe des abscisses, de l'oxyde de magnésium selon Burstein et coll. Proc. Ind. Acad. Sci. 28 388 (194). American

Institute of Physics; Handbook 2ème édition 6.

La figure 3 donne en ordonnées la réflexion (%) en fonction de la longueur d'onde (/am en abscisses) du carbonate de calcium selon American Handbook of Physics,

(2ème édition) 6-130. -

L'invention est illustrée par l'exemple non li-

mitatif suivant.

EXEMPLE

On mélange 50 kg d'oxyde de magnésium en parti-

cules mesurant moins de 3/m avec 50 kg de polyéthylène basse densité (d 0,92), dans un mélangeur Banbury à

eC; on extrude et pastille le mélange.

kg de carbonate de calcium, en particules mesurant moins de 3/m, sont malaxés avec 50 kg de polyéthylène basse densité (d - 0,92), dans un mélangeur Banbury à

18CiC, on extrude et on pastille.

On mélange les pastilles, ainsi obtenues, en utilisant les quantités et rapports désirés, avec du polyéthylène

dans une extrudeuse, puis on forme par soufflage des pel-

licules ou feuilles épaisses de 0,03 à 0,2 m. L'épais-

seur préférée est comprise entre 0,1 et 0,15 m. Avec les

feuilles obtenues des serres et des serres tunnels de di-

mensions classiques sont construites. Les résultats obte-

nus figurent dans le tableau I ci-après.

TABLEAU 1

Propriétés de pellicules et dqeuilles soufflées à base de polyéthylène basse densité (0,92)

avec divers s charqe.. Tous les échantillons ont des éraisseurs de 0.1 mm.

Charge _ _,.I_ _ Carbonate Oxyde de Totall Résistance à Allongement Résistance Résis- Trans Trouble de magné- ' la traction au déchi- tance mis- % calcium sium rement au sion calciusim % |ASTM D882 ASTM D1922 choc +r

ASTM ASTM D 1003

D...., 1,1709

__. ....TM T M T

0 0 O0 16793 140,1 415 452 270 412 415 90t0 14,0

4 0 4 166,7 139,6 399 477 229 478 410 87,1 70,1

7t5 O 7,5 163,4 140,0 357 430 247 494 440 83,0 75,1

3 3 6 170,2 161,3 402 472 241 479 410 86,5 72,0

0 4 4 173,7 170,8 413 471 232 468 410 85,8 76,0

_.,,_,._...... . . . . . .... .,,,

0 10 10 179,3 179,2 404 508 222 451 420 82,8 73,8

Brevet français nO1 574 08 60 25 Brevet U.S. ne 134 875# _ 80 46

_ _ _ _ _ _,,__ ,1, , _ _ _ _ _ _,1_...

Brevet U.S. n 4 179 547 i 5 159,8 144,9 35 473 247, 473 350 87 45 4S21_ 44,n+4S rtrQn1omtbhrF * i_ W^ssorWn amni A1:a l rti_ n 7: m 27.i wM lt aseUC-G^LU UW JLa 11c&LISznC j L- 'w "rn*e:a:&a a cA %Aw:ç J.0 9t aslçlt #e épaisseur de l'échantillon du commerce s 0,2 mm; +r = transmittance de la lumière e primée en pourcentage de la lumière incidente g Trouble m pourcentage de la lumière

transmise dans une direction autre que celle de la lumière incidente.

.j ' / CD ro o ao %O X- *oeueATns a6ed el ú neiqel ZTOA * 6 u8 eatjdxe Ise *TqTisnqmoo op UOTn.eemosuoo el D0;Cl ea el e.xua enueI -uTew:ue;q a*n4e.agdmwa el 'senbTuepT s;ue;;neqo s:4uemT9l sap oeAe sseg:neqo 9o9 1uo seinonzs ezlenb sae '(gd) enb -TSseTo euTAqA qLTod op e*ze,*anoooez a*.onizns eun suep uoTf -emosuoo eT 9 Izoddea zed 'uoT;ueAul uoles sellTneap se4 -ze^no3ex samion0nx.s sToa; suep 's4Tnu xnep ep sxnoz ne eTq -T:sinqmoo op UOT1. ewmosuoo el e.xuoum ú neeTqe4 el *n;maonpozd aT mnod 9:4ue,4xod -rot s$X9;se *oo:*oad *euepuoqe sgzI aeTo9.z eun O ' 60 L Súte g8'La 8 iL101 *Z 6 Z'"06 S*t,6 0* G/e._Z-'/C îdmeauT.Zcd 6/sI 08'8Z;&8'8I úO'65 oe6 w^

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1 D,7 4M

TABLEAU 3

Consommation- de-combustible (kg) Température extérieure PE PE+4%MgO PE+ 4%CTaCO3 PE+2%MgO minimale CO

6,5 C 69621 4,268 5,006 4,515

7,20C 6,607 4,011 4,547.4,238

Le tableau 4 montre l'intensité de la lumière dans des structures recouvertes de différents types de feuilles de polyéthylène. L'intensité est mesurée trois fois par jour pendant 2 jours. La lumière directe T et la

lumière diffuse D sont exprimées en pourcentage de la lu-

mière extérieure, à laquelle on attribue la valeur 100%.

Les valeurs supérieures à 100% ne correspondent pas à l'é-

nergie lumineuse totale.

TABLEAU 4

Intensités lumineuses Temps PE PE+4%CaCO3 PE+4% MgC03

T D T D T D

our 1 7h15 87 108 86 129 80 147 1lhO0 89 152 94 154 86 248 14h30 75 134 68 133 65 181 Jour2 7h15 76 146 75 142 76 185 11hO0O 80 230 89 235 80 264 14h30 55 171 64 168 60 177 Y'

Claims

Revendications

1. Composition polymère sous forme d'une feuille con-

çue pour transmettre une portion substantielle de la lu-

mière solaire incidente, en grande partie par diffusion

vers l'avant, et pour réfléchir la majeure partie des ra-

S yons infrarouges incidents, caractérisée en ce qu'elle com-

prend des particules de l'ordre de micromètres d'oxyde de magnésium et/ou des particules de l'ordre de micromètres

de carbonate de calcium.

2. Composition polymère selon la revendication 1, ca-

ractérisée en ce que l'additif est sous la forme de parti-

cules mesurant moins de 5/lu.

3. Composition polymère selon l'une des revendications

1 ou 2, cazactérisée en ce que la pellicule ou feuille pré-

sente une épaisseur de 0,05 mm à 0,25 mm et la teneur en un ou les deux additifs est comprise entre 1 et 12% en poids.

4. Feuille ou pellicule polymère selon l'une quelcon-

que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le

rapport de MgO à Caoe3 varie entre 1/2 et 2/1.

5. Feuille ou pellicule polymère selon l'une quelcon-

que des revendications 9 à 4, caractérisée en ce qu'elle

contient également un antioxydant et/ou un antibuée et/ou

un absorbant des ultraviolets.

6. Serre ou autre structure, notamment en forme de tunnel, pour la culture des végétaux, caractérisée er4e qu'au moins une partie de la structure est recouverte d' une feuille ou pellicule polymère selon l'une quelconque

des revendications 1 à 5.

7. Serre selon la revendication 6, caractérisée en ce que le revêtement est une pellicule ou feuille polymère contenant de l'oxyde de magnésium et/ou du carbonate de calcium en particules mesurant moins de 5Am, à raison de

2 à 8% du poids du polymère.

8. Serre selon la revern:ication 6 ou 7, caractérisée en ce que le polymère est une polyoléfine ou un copolymère

de polyoléfine contenant de plus un absorbant des ultra-

violets et/ou un antibuée.