Brevet FR2585716A1 — publié le 19870206

La présente invention concerne un élément de recouvrement du type constitué d'une matrice organique contenant plusieurs matières de dopage luminescentes et/ou scintillantes formant au moins une cascade lumineuse absorbant un rayonnement électromagnétique dans au moins une première bande de longueurs d'onde prédéterminées pour la réémettre dans au moins une deuxième bande de longueurs d'onde prédéterminées. De tels éléments sont décrits dans leur application comme élément de couverture pour serres agricoles et comme film herbicide dans les demandes de brevet français nO 81.16.678 du 2 septembre 1981 et n 8i083.85 du présent déposant. Dans la première application on vise à favoriser la photosynthèse des plantes tout en absorbant les bandes de longueurs d'ondes néfastes au développement des plantes. Dans la deuxième application au contraire on vise à absorber le rayonnement dans les bandes de longueurs d'ondes favorables à la photosynthèse et une réémission du rayonnement dans des bandes de longueurs d'ondes empêchant le développement des plantes. Les deux éléments inventés et développés par le présent déposant ont permis d'obtenir d'excellents résultats au cours d'expérimentations et exploitations dans différentes zones climatiques. Ces résultats tout à fait exceptionnels sont exposés notamment dans la demande de brevet français nO 81 16 678. Par contre les produits mis au point jusqu'ici pour les deux dites applications présentent deux inconvénients majeurs qui rendent leur utilisation généralisée coûteuse. D'abord les matières de dopage utilisées pour former les cascades lumineuses sont des produits chimiques complexes d'un coût très élevé. D'autre part leur stabilité dans la matrice organique est relativement limitée ce qui réduit considérablement la durée de vie effective des produits obtenus ce qui présente un inconvénient majeur pour ces applications agricoles. La présente invention a essentiellement pour objet de concevoir un élément dudit type présentant une durée de vie active améliorée permettant une utilisation généralisée des éléments pour les deux applications décrites ci-dessus. Dans l'élément de recouvrement selon la présente invention qui est du type décrit ci-dessus caractérisé en ce que la matrice organique comporte de plus des matières diffusant le rayonnement incident. Des essais pratiques ont démontrés d'une manière inattendue que la présence des matières diffusantes n'augmente pas seulement la stabilité des matières de dopage dans la matrice organique mais améliore de plus considérablement le rendement des cascades lumineuses ainsi formées. Les raisons de ces deux résultats combinés ne sont pas comprises mais le déposant considère que les matières diffusantes protègent les matières de dopage contre le rayonnement incidents directs ce qui permet d'augmenter leur stabilité. De plus grâce à la présence de matières diffusantes dans la matrice, la longueur du trajet des photons du rayonnement incident à l'intérieur de la matrice est augmentée et chaque photon rencontre par conséquence avec une plus grande probabilité au moins un dopant au cours de son trajet à travers la matrice.Ceci augmente très considérablement le rendement des cascades lumineuses pour une concentration de,matières de dopage donnée pour une épaisseur prédéterminée de l'élément selon l'invention. Suivant l'invention lesdites matières diffusantes sont des matières minérales utilisées sous forme de particules de très petites dimensions. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention la matière diffusante est de l'oxyde de titanium. Suivant une-autre variante avantageuse la matière diffusante est une silice ultrafine. Ces deux produits ont permis d'obtenir des résultats très satisfaisants. Mais on peut également utiliser suivant l'invention des matières diffusantes organiques connues et notamment des résines organiques. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention ladite matrice est une feuille de polyéthylène d'une épaisseur de l'ordre de 100à à 200wqui contient comme matière diffusante une résine de polystyrène en émulsion homogène et en une teneur de l'ordre de 10% à 40% en poids. Suivant encore une autre variante avantageuse de l'invention ladite matrice organique est une feuille de polyméthylméthacrylate (PMMA) d'une épaisseur d'environ 3 mm contenant comme matière diffusante de l'eau en une teneur de l'ordre de 1 à 3xlO mole/litre. L'invention concerne également l'utilisation des matières diffusantes dans un élément destiné à former en particulier un élément de couverture pour serres agricoles et du type dans le quel la ou les bandes d'absorption des cascades lumineuses sont situées dans des longueurs d'onde ne favorisant pas la photosynthèse des plantes tandis que leurs bandes de réémission sont situées uniquement dans les longueurs d'onde favorisant la photosynthèse et en particulier dans des bandes comprises entre 4000 A o o o et 5000 A et entre 6000 A et 7000 A, et dans lequel lesdites matières de dopage comprennent au moins une première matière cyclique aromatique du type à cinq noyaux. Dans ce mode de réalisation la présente invention prévoit que la concentration de ladite première matière cyclique aroma tique est d'environ 5xlO 3 mole/litre et celle de ladite deuxiè- me matière cyclique aromatique est d'environ9x104 mole/litre pour une matrice d'une épaisseur de l'ordre due100 à 200au Cette réduction considérable (division par 100) de la concentration des matières de dopage est possible grâce au rendement amélioré des cascades lumineuses obtenu grâce à la présence des matières diffusantes dans la matrice organique. Lorsqu'un tel élément de couverture pour serres agricoles comporte de plus une troisième et quatrième matière cyclique aromatique, les concentrations de ces matières peuvent également être réduites dans les mêmes proportions pour une épaisseur de feuille donnée sans réduction du rendement des cascades lumineuses. L'invention vise également l'utilisation des matières diffusantes dans un élément du type formant une feuille herbicide destinée à etre disposée au-dessus d'un plan de culture et dans laquelle les bandes d'absorption des cascades lumineuses cou o C vrent des longueurs d'onde comprises entre 4200-A et 5000 A et o o entre 6000 A et 7000 A tandis que les bandes de ré émission cou o o vrent des longueurs d'onde comprises entre 5000 A et 6000 A et des longueurs d'onde supérieures à 7000 A, et les matières de dopage comprennent une première et une deuxième matière cyclique aromatique. Selon la présente invention les concentrations de ladite première et de ladite deuxième matière cyclique aromatique sont d'environ 5x10 4 mole/litre et d'environ 5xlO 4 mole/litre respectivement pour une feuille d'une épaisseur d'environ 80 Cette division par cent de la concentration des matières de dopage s'est également avérée possible dans cette application sans perte de rendement des cascades lumineuses. Selon l'invention les matières de dopage peuvent être introduites dans la matrice par simple compoLndage ou suivant des procédés de greffage chimique connus. Ces derniers procédés permettent d'obtenir de bons résultats de stabilité des dopants dans la matrice organique. Pour encore augmenter le rendement des cascades lumineuses dans un élément selon l'invention,ladite matrice organique présente des microperforations régulièrement espacées sur toute sa surface et de préférence le diamètre des perforations est d'environ 1 mm et leur écartement d'environ 1,5 cm. Ces perforations constituent des véritables guides d'onde évitant une autoabsorption des photons de réémission lorsque leur trajet moyen dépasse une longueur critique donnée. Le rendement des cascades lumineuses est encore amélioré selon l'invention lorsque ladite matrice organique présente sur sa surface exposée à la lumière incidente une texture antireflet telle~qu"une texture en forme de pointe de diamant. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, et en se reférant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un diagramme montrant d'une manière très schéma tique de l'effet d'ombrage obtenu avec des feuilles de couverture de serres agricoles suivant la techni que antérieure et avec une feuille selon l'invention et l'effet de cascade lumineuse obtenu avec une feuil le selon l'invention et les figures 2 à 5 illustrent des améliorations obtenues à l'aide de la feuille selon l'invention dans la culture de différentes variétés d'haricots sous un tunnel agri cole. A la figure 1 sont représentés en pourcentage de l'énergie globale du rayonnement solaire incident en fonction des longueurs d'onde les effets d'ombrage obtenus avec des films neutres, un film dopé suivant ladite demande de brevet français n81.16.678 et un film suivant la présente invention. Pour des raisons de clarté, l'effet d'ombrage est représenté ici comme phénomène uniforme sur toute la bande des longueurs d'onde couverte par le rayonnement incident, c'est-à-dire sous forme de courbes linéaires parallèles à l'axe horizontal du schéma. La ligne supérieure indique à titre de référence le niveau de 100% correspondant à la totalité de l'énergie du rayonnement incident.La ligne située audessous de la ligne de référence montre l'effet d'ombrage obtenu avec une feuille d'ethyl - vinyl - acétate classique sans dopant et se situe à environ 85% de l'énergie du rayonnement incident. 'La ligne suivante illustre l'ombrage obtenu avec une feuille d'ethyl s vinyl - acétate comportant des dopants formant des cascades lumineuses suivant ladite demande de brevet français ne81. 16.678. Cette feuille laisse passer 84% de l'énergie. Enfin la ligne inférieure montre l'effet d'ombrage obtenu avec un film selon l'invention qui laisse passer uniquement 76% de l'énergie de la lumière solaire incidente. On obtient ainsi un effet d'ombrage important très avantageux en soi-même car il per met d'éviter un échauffement excessif de la serre. De plus on voit à la figure 1 quatre courbes 1 à 4 illustrant très schématiquement les résultats de ré émission obtenus grace à l'utilisation des cascades lumineuses dont les bandes de réémis sion sont situées dans les bandes de longueurs d'onde favorisant la photosynthèse à savoir entre 4000 et 5000 et 6000 et 7000 . Les courbes 2 et 4 montrent la réémission obtenue avec un film avec cascades lumineuses suivant ladite demande de brevet français antérieure du déposant et qui atteignent des sommets se situant à 105% et à 110% respectivement de l'énergie du rayonnement incident dans ces deux bandes. Les courbes 1 et 3 montrent les résultats obtenus avec un film selon la présente invention et qui atteignent des niveaux de 109% et 128% du rayonnement incident dans les deux dites bandes de longueurs d'onde favorisant la photosynthèse des plantes. On voit ainsi que l'invention permet d'améliorer simultanément l'effet d'ombrage de la feuille et le rendement des cascades lumineuses. L'invention constitue ainsi une amélioration considérable et inattendue les feuilles suivant ladite demande de brevet français nO 81.16.678 Les éléments suivant ladite demande de brevet présentent l'inconvénient d'une stabilité réduite des matières de dopage et d'un rendement limité des cascades lumineuses. Suivant la présente invention on introduit dans la matrice organique en plus des matières de dopage des matières diffusantes telles que des particules très fines de matières minérales, ou des résines organiques. De telles matières diffusantes augmentent la stabilité des matières de dopage et le rendement des cascades lumineuses et permettent ainsi de réduire considérablement la concentration nécessaire des matières de dopage qui sont des produits très coûteux. On a obtenu des résultats très positifs avec des matières minérales tel que l'oxyde de titane ou des silices ultrafines utilisées dans des concentrations d'environ 3xlO mole/litre pour une feuille d'une épaisseur d'environ 100 à 200 On a également utilisé des résines organiques telle qu'une résine polyester en des concentrations de l'ordre de 10 à 20% pour des films de très faible épaisseur 100 à 200lu. Grâce à l'invention on a pu réduire considérablement les concentrations des matières de dopage comme montré clairement dans les exemples suivants illustrant l'application de l'invention à un film de couverture de serres agricoles suivant la demande de'brevet français nO 81 16 678 du déposant. Dans les exemples pratiques ci-dessous chaque film est constitué d'une matrice organique (polyméthylméthatlat par exemple) comprenant quatre corps de dopage formés par des matières cycliques aromatiques telles que décrites dans ladite demande de brevet français. Exemple 1 épaisseur du film : 80lz.(polyéthylène - ethyl - vinyl-acétate) corps concentration en mole/litre nO 1 5 x nO 2 9x nO 3 7 x nO 4 2,S x diffuseur type polystyrène - 20% en poids Exemple 2 épaisseur du film :: 200(polyéthylène - ethyl-vinyl-acétate) corps concentration en mole/litre nO 1 2 x nO 2 4 x n 3 2,5 x n 4 1,5 x diffuseur type polystyrène - 10% en poids Ces concentrations étant fonction de l'épaisseur du film, on constate que les concentrations citées dans ces exemples sont beaucoup plus petites (divisées par cent) que celles suivant ladite demande de brevet antérieure tout en assurant un meilleur rendement des cascades lumineuses. Ce résultat, obtenu grâce à l'utilisation des matières diffusantes, permet également d'envisager une explication de certaines observations apparemment aléatoires faites par le déposant lors de l'expérimentation des films de couverture de serres selon son invention.Les variations du fonctionnement des cascades lumineuses observées, peuvent maintenant s'expliquer par le fait que le rendement des cascades lumineuses est plus important en lumière diffuse qu'en lumière directe. L'élément selon l'invention présente par conséquence dans son application comme élément de couverture de serres agricoles deux avantages considérables - en lumière directe il forme un écran diffuseur avantageux qui limite l'échauffement de la serre et resserre les écarts entre le maximum et le minimum d'éclairement. - en lumière diffuse, le rendement des cascades lumineuses est meilleur et favorise le développement des plantes dans des cas de besoins importants (par temps couvert notamment en avant saison). Dans les exemples 1 et 2 on a utilisé avec succès en combinaison avec lesdites matières diffusantes les matières de dopage suivantes cas 1 cas 2 cas 3 corps n01 PPO PPO PPO corps n02 POPOP bis (MSB) Coumarine 102 corps n03 Rodamine B bis (MSB) Coumarine 102 corps n04 Sulphorodamine 101 bis (MSB) Coumarine 102 Ci-dessous on trouve les résultats expérimentaux comparatifs d'une culture de mâche réalisée sous des films simples et des films équivalents suivant la présente invention.La variété de mâche était VIT et les parcelles élémentaires de quarante châssis furent mises en semis en novembre et entièrement récoltées fin mars de l'année suivante. Poids net récolte Rendement en Indice en kg i kg par châssis Polyéthylène normal 29 0,73 100 Polyéthylène cascade 39,9 1,00 138 lumineuse i E.V.A. normal 35,9 - 0,90 1 124 E.V.A. cascade lumineuse 40,6 1,02 140 Les figures 2 à 5 montrent la courbe de production (rendement cumulé en gr/jour ) par parcelle de quatre variétés dhari- cots du type C.V. Talisman (figure 2), C.V. Martingal (figure 3) C.V. Calvy (figure 4) et C.V. Cristal (figure 5). A ces figures les courbes en tirets montrent la production obtenue sous une feuille en ethyl-vinyl-acétate témoin ordinaire sans cascades lumineuses tandis que en traits points illustrent la production réalisée sous une feuille selon l'invention avec cascades lumineuses et matières diffusantes. On voit clairement que l'utilisation de la feuille selon l'invention conduit pour toutes les variétés à une amélioration en poids de la production sur toute la période du développement des plantes. Ces résultats sont particulièrement avantageux pour la variété C.V. Cristal (figure 5). Dans ce cas le rendement cumulé passe d'environ 6.600 gr/parcelle à 12.500gr/parcelle en fin de récolte normale. Ce résultat est tout à fait inattendu compte tenu de la très faible concentration des matières de dopage utilisées dans le film suivant la présente invention. Comme déjà exposé ci-dessus l'invention s'applique également aux films suivant la demande de brevet français n085.083.85 du déposant qui vise un film à cascades lumineuses destiné à empêcher le développement des plantes. Dans ce cas l'introduction des matières diffusantes dans la matrice organique permet également de réduire la concentration des matières de dopage tout en augmentant le rendement des cascades lumineuses. Pour un élément d'une épaisseur d'environ 80lt comprenant comme dopants deux matières cycliques aromatiques on peut, grâce à l'introduction des matières diffusantes suivant la présente invention, réduire les teneurs à des yaleura d'environ 5 x 10 mole/litre -4 et 5 x 10 mole/litre. Dans les deux applications citées ci-dessus les résultats peuvent encore être améliorés en ménageant dans la matrice or- ganique des micro-perforations d'un diamètre d'environ 1mm et d'un écartement de 1,5cm. Ceci permet d'éviter une auto absorption des photons. Un autre exemple de réalisation essayé par le déposant prévpit qu'une matrice d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200 micromètres contient une troisième matière cyclique aromatique à une concentration d'environ 5.10 -4 mole/ litre. Selon une variante, la matrice d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200 micromètres contient une quatrième matière cyclique aromatique en une teneur d'environ 1 à 5.10 mole/litre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits ici. REVENDICATIONS 1) Elément de recouvrement du type constitué d'une matrice orga nique contenant plusieurs matières de dopage luminescentes et/ ou scintillantes formant au moins une cascade lumineuse absor bant un rayonnement électromagnétique dans au moins une pre mière bande de longueurs d'onde prédéterminées pour la réémet tre dans au moins une deuxième bande de longueurs d'onde pré déterminées caractérisé en ce que la matière organique compor te de plus des matières diffusant le rayonnement incident. 2) Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dites matières diffusantes sont des matières minérales utili sées sous forme de particules de très petites dimensions. 3) Elément suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la matière diffusante est de l'oxyde de titanium. 4) Elément suivant la revendication 2,- caractérisé en ce que la matière diffusante est un silice ultrafine. 5) Elément suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les matières diffusantes sont des matières organiques. 6) Elément suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les matières diffusantes sont des résines organiques. 7) Elément suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la dite matrice est une feuille de polyéthylène d'une épaisseur de l'ordre de 100 à contient comme matière diffusante une résine de polystyrène en émulsion homogène et en une ten neur de l'ordre de 10% à 20% en poids. 8) Elément suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la dite matrice organique est une feuille de polyméthylméthacry late (PMMA) d'une épaisseur d'environ 3 mm contenant comme matière diffusante de l'eau en une teneur de l'ordre de 1 à 3 x 10-4 4 mole/litre. 9) Elément suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 destiné à former en particulier un élément de couverture pour serres agricoles et du type dans lequel la ou les bandes d'ab sorption des cascades lumineuses sont situées à des longueurs d'onde ne favorisant pas la photosynthèse des plantes tandis que leurs bandes de réémission sont situées uniquement dans les longueurs d'onde favorisant la photosynthèse et en parti o dans des bandes comprises entre o culier dans des bandes comprises entre 4000 et 5000 A et o o entre 6000 A et 7000 A, et dans lequel lesdites matières de dopage comprennent au moins une première matière cyclique aromatique du type à trois noyaux et une deuxième matière cyclique aromatique du type à cinq noyaux, caractérisé en ce que la concentration de ladite première matière cyclique aro mati que est d'environ 5xlO 3 mole/litre et celle de ladite deuxième matière cyclique aromatique est d'environ 9xlO 5 mole/litre pour une matrice d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200l6. 10) Elément de couverture suivant la revendication 9, et du type comprenant une troisième matière cyclique aromatique, carac térisé en ce que la concentration de ladite troisième matiè re cyclique aromatique est d'environ 5xlO 4 mole/litre, pour une matrice d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200l . 11) Elément de couverture suivant la revendication 10, caracté risé en ce qu'il contient une quatrième matière cyclique aro matique en une teneur de l'ordre de 1 à 5xlO 5 mole/litre pour une matrice d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200XA. 12) Elément suivant l'une quelconque des revendications t à 8, et du type formant une feuille herbicide destinée à être dis posée au-dessus d'un plan de culture et dans laquelle les bandes d'absorption des cascades lumineuses couvrent des lon o o gueurs d'onde comprises entre 4200 A et 5000 A et entre o o 6000 A et 7000 A tandis que les bandes de réémission couvrent o o des longueurs d'onde comprises entre 5000 A et 6000 A et des o longueurs d'onde supérieures à 7000 A, et les matières de do page comprennent une première et une deuxième matière cycli que aromatique, caractérisé en ce que les concentrations de ladite première et de ladite deuxième matière cyclique aro matique sont d'environ 5xlO 4 mole/litre respectivement pour une feuille d'une épaisseur d'environ 80 lL. 13) Elément de couverture suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 12, caractérisé en ce que lesdites matières de do page sont introduites dans la matrice organique par compoun dage. 14) Elément de couverture suivant l'une quelconque des revendi cations 1 à 12, caractérisé en ce que lesdites matières de dopage sont introduites dans la matrice organique par gref fage chimique. 15) Elément de couverture suivant l'une quelconque des revendi cations 1 à 12, caractérisé en ce que ladite matrice organi que présente des microperforations rvgulièrement espacées sur toute sa surface. 16) Elément de couverture suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 12, caractérisé en ce que ladite matrice organique présente sur sa surface exposée à la lumière incidente une texture anti-reflet telle qu'une texture en forme de pointe de diamant. 17) Elément de couverture suivant la revendication 16, caractéri sé en ce que le diamètre des perforations est d'environ lmm et leur écartement d'environ 1,5 cm.