Brevet FR2893945A1 — publié le 20070601

FILMS DE COUVERTURE DE SERRE FLUORESCENTS Domaine technique L'invention concerne un matériau à base de polymère de type polyoléfine apte à 5 transformer la lumière, associant des molécules inorganiques possédant des propriétés de fluorescence et des charges minérales aptes à diffuser la lumière. En raison de la présence des molécules inorganiques possédant des propriétés de fluorescence, un tel matériau absorbe et convertit les radiations UV solaires, à 10 l'origine de la dégradation des matières plastiques, en radiations de longueur d'onde dans le domaine du visible, pouvant favoriser la croissance des végétaux. Un tel matériau peut donc être avantageusement utilisé dans la fabrication des films de couverture de serre. 15 Etat de la technique L'impact de la lumière sur les plantes a été largement étudié. Une des principales fonctions de la lumière est de jouer le rôle de source d'énergie dans le processus de photosynthèse, favorisant ainsi la croissance des plantes. En fait, seule la partie 20 visible de la lumière, plus précisément les radiations correspondant à la lumière bleue (a, = 400-500 nm), rouge (X = 600-700 nm) et/ou proche IR (X = 700-750 nm)), et en particulier la lumière rouge, sont utiles à la plante. Cette fraction représente à peine la moitié du rayonnement solaire. En outre dans le cas de culture en serre, la couverture et l'infrastructure de la serre jouent le rôle d'écran 25 de sorte que le facteur de transmission n'est que de 60 à 80%. Pour apporter un appoint de lumière aux cultures en serre, il a été envisagé de les éclairer artificiellement, à l'aide de lampes, en particulier des lampes à vapeur de sodium haute tension. Toutefois, il faut assurer un éclairage de forte intensité, 30 appliqué la majeure partie du temps, et qui doit être capable d'éclairer de manière homogène toutes les parties de la plante. On constate que les contraintes techniques, énergétiques et financières pour de telles lampes sont importantes. Alternativement, il a été proposé d'intégrer dans les couvertures de serres, des molécules présentant des propriétés de luminescence, et plus particulièrement de fluorescence c'est-à-dire, pour ce qui concerne le film plastique de couverture de serre, capables d'absorber des rayonnements ultraviolets (UV) et de réémettre de la lumière dans le visible, plus précisément dans le bleu ou le rouge. Dans le passé, certains films fluorescents à base de PVC ont été mis au point et commercialisés. Toutefois, l'utilisation de ce type de films ne s'est pas développée pour des raisons de performances mécaniques, d'environnement et de coût. Concernant les films de serre à base de polyoléfines, il a tout d'abord été tenté d'utiliser des molécules organiques fluorescentes, connues et utilisées par ailleurs. Toutefois, il s'est avéré que ces molécules étaient peu adaptées car leur émission fluorescente disparaissait après quelques mois, alors que la durée de vie préconisée pour les films de serre est de l'ordre de 3 à 5 ans. En revanche, des molécules inorganiques possédant des propriétés de fluorescence, notamment des complexes d'oxydes organo-métalliques et/ou métalliques de terres rares et/ou d'autres métaux, notamment d'Europium, de Terbium, d'Yttrium, de Vanadium, de Zirconium ou de Barium, ont été utilisées avec succès pour cette application. De telles molécules sont par exemple décrites dans les documents EP-A-1 035 160 et FR-A-2 846 663. Ces additifs fluorescents ont toutefois un coût très élevé, ce qui majore fortement le prix au mètre carré du film de couverture de serre.30 Il existe donc un besoin évident de développer des matériaux destinés à la couverture des serres, présentant des niveaux de réémission satisfaisants tout en possédant un coût de production modéré. Description de l'invention De manière classique, un matériau selon l'invention comprend une matrice polymérique et au moins un additif fluorescent. Il se caractérise en outre par la présence dans la matrice d'au moins une charge minérale à caractère diffusant. On entend par le terme "charge minérale à caractère diffusant", toute molécule inorganique possédant des propriétés de diffusion de la lumière, comme par exemple les craies, les calcites, les kaolins, les talcs, les silico-aluminates de potassium ou les silices. De manière connue, de telles molécules sont utilisées dans le domaine des matières plastiques, en particulier dans la fabrication des films pour serre, pour leur capacité à homogénéiser la répartition des rayonnements lumineux à l'intérieur de la serre sur une surface donnée et à rendre l'irradiation lumineuse moins directe. Le second effet procuré par l'adjonction de telles charges est un effet thermique. De fait, l'incorporation de ce type d'additifs au sein d'une matrice polyoléfinique lui confère la capacité de mieux retenir les radiations infrarouges longs (X = 7 à 20 microns) réémises par le sol durant la nuit. En pratique, cela permet de maintenir la chaleur à l'intérieur de la serre. De manière surprenante, il a été montré, dans le cadre de l'invention, que ces charges minérales à caractère diffusant potentialisaient la réémission dans le visible des rayonnements UV absorbés par les additifs fluorescents. Sans vouloir être lié à une quelconque théorie, il peut être avancé que les 30 particules de ces charges ont pour effet de diffuser la lumière incidente et ainsi de provoquer une augmentation du chemin optique au sein du matériau, d'où une probabilité accrue de conversion des photons UV en photons visibles par les molécules à propriétés fluorescentes. Avantageusement, ces charges minérales à caractère diffusant représentent de 1000 à 100 000 ppm (partie par million en poids) de la matrice polymérique. Des mélanges de charges minérales à caractère diffusant de nature différente peuvent également être envisagés. Des polymères particulièrement adaptés à la fabrication des matériaux selon l'invention sont les polyoléfines, en particulier le PEBD (polyéthylène basse densité) et les copolymères EVA (éthylène acétate de vinyle), EBA (éthylène acétate de butyle) ou EMA (éthylène acétate de méthyle). Concernant les molécules possédant des propriétés de fluorescence, les molécules de nature inorganique sont avantageusement utilisées pour les raisons mentionnées ci-dessus. En pratique, il s'agit essentiellement de complexes d'oxydes organo-métalliques et/ou métalliques de terres rares et/ou d'autres métaux, notamment d'Europium, de Terbium, d'Yttrium, de Vanadium, de Zirconium ou de Barium. Ces molécules peuvent se caractériser par des domaines de réémission variables. Ainsi elles peuvent réémettre uniquement dans le rouge, ce qui est favorable à la croissance des végétaux, mais aussi dans le bleu correspondant à des longueurs d'onde ayant un impact sur la différentiation végétale. Il existe actuellement un produit commercialisé par la société RANITA, l'additif Ksanta, émettant dans le rouge, tout à fait adapté à la mise en oeuvre de 1' invention.30 De manière usuelle, l'additif fluorescent est avantageusement incorporé à la matrice polymérique à hauteur de 500 à 10 000 ppm. Toutefois, dans l'usage antérieur, pour avoir un niveau de réémission satisfaisant, il était recommandé d'ajouter au moins 1 000, voire au moins 4 000 ppm. Dans le cadre de l'invention, et en raison de la présence des charges minérales à caractère diffusant, il est possible de diminuer la quantité d'additif fluorescent d'au moins 30 à 50% pour obtenir un niveau de réémission équivalent. La quantité d'additif fluorescent à ajouter est donc inférieure à 4 000 ppm, encore plus avantageusement inférieure à 1 000 ppm. Des mélanges d'additifs fluorescents de nature différente peuvent également être utilisés. D'autres molécules peuvent en outre être ajoutées à la matrice polymérique additionnée de l'additif fluorescent et de la charge diffusante. Des stabilisants lumière, de type amine modifiée HALS (Hindered Amine Light Stabilizers) ou du type sel chélate de Nickel, confèrent ainsi à la matrice polymérique une résistance à la dégradation par les UV. Par ailleurs, des additifs "anti-gouttes", aussi nommés "antibuée", ont la propriété de migrer à la surface de la matrice polymère, réduisant sa tension de surface et inhibant ainsi la formation de gouttelettes d'eau de condensation. 25 Aussi bien l'additif fluorescent que la charge minérale à caractère diffusant se présentent généralement sous forme de poudres inertes et stables. Leur incorporation dans la matrice polymérique peut donc se faire en malaxant ces poudres avec le polymère fondu à l'aide d'une double vis ou d'un co-malaxeur pour former un "compound". 30 Ce mélange peut servir à la réalisation d'un film, par exemple par la technique d'extrusion soufflage. Selon ce protocole, les au moins deux composants (additif fluorescent et charge minérale à caractère diffusant) sont répartis de manière homogène dans la matrice polymérique. L'incorporation de l'additif fluorescent et de la charge minérale peut également être réalisée directement lors de l'opération d'extrusion du film. Dans ce cas, il convient que les poudres soient introduites via un mélange-maître (concentré de poudres pré-dispersées dans un polymère, compatible avec la matrice poly- oléfinique utilisé pour la fabrication du film). Ceci permet également de garantir que les au moins deux composants (additif fluorescent et charge minérale à caractère diffusant) soient répartis de manière homogène dans la matrice polymérique. Un matériau selon l'invention est plus particulièrement destiné à la fabrication de couvertures ou de parois de serre. Le terme "serre" doit être compris ici au sens large comme tout abri en plastique utilisé dans l'agriculture ou l'horticulture pour la protection et le développement des cultures. A titre d'exemples, il peut s'agir de serres, de grands tunnels, de petits tunnels ou de bâches à plat. Dans cette application, un matériau selon l'invention se présente avantageusement sous la forme d'un film continu ayant typiquement une épaisseur comprise entre 10 et 500 m, préférentiellement entre 50 et 250 m. Un tel film présente en outre comme caractéristique d'être transparent, même si la présence des charges minérales à caractère diffusant peut entraîner l'apparition d'une léger trouble ("haze") sans conséquence. Exemple de réalisation L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit. Cet exemple n'a toutefois aucune portée limitative. Protocole expérimental : • Mode de transformation : Sur une ligne d'extrusion-soufflage, les additifs (Charge minérale diffusante, Additif minéral fluorescent et Agent anti UV) ont tous été incorporés séparément à la matrice polymère, sous forme de mélange- maître, lors de l'opération d'extrusion en film. • Température d'extrusion : 200 C • Epaisseur du film : 200 m • Formulation : ECH 1 ECH 2 INVENTION ART ANTERIEUR Polymère EBA (3% BA) qsp EBA (3% BA) qsp 100% 100% Charge minérale diffusante CaCO3 - 20 000 ppm Additif minéral fluorescent Ksanta Red Ksanta Red 800 ppm 1 000 ppm Agent anti UV HALS HALS (hindered amine light stabiliser) 17 000 ppm 17 000 ppm Résultats : ECH 1 ECH 2 INVENTION ART ANTERIEUR Résultat de mesure* 276 ( 97) 161 ( 51) en micro-spectrofluométrie (objectif X50) Emission à 625 nm unité de mesure : uae (unité absolu d'émision) * Propriété émissive mesurée sur un microspectrofluomètre HITACHI OLYMPUS (avec pré 15 exposition en enceinte vieillissement accéléré aux UV SEPAP 12/24 pendant 16 heures et analyse statistique des mesures faites par le spectrofluomètre). L'intensité du signal émis par l'échantillon selon l'invention (ECH 1) est significativement plus intense que celui émis par l'échantillon de l'art antérieur (ECH 2), bien que la teneur normale en Ksanta Red soit 20% plus faible. Ceci est la conséquence de l'introduction de la charge minérale diffusante CaCO3 (craie). Cette augmentation d'intensité lumineuse émise est aisément vérifiable sous lumière de WOOD, aussi bien en mode rétro-diffusion qu'en mode de transmission. 10 La présente invention se caractérise donc par une amélioration très nette de la réérission dans le visible. La présence des charges à caractère diffusant s'accompagne également d'une augmentation sensible de la température à l'intérieur de la serre, par rapport aux plastiques de serre de l'art antérieur contenant uniquement des additifs fluorescents. 15 REVENDICATIONS 1/ Matériau comprenant une matrice polymérique et au moins un additif fluorescent caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une charge minérale à caractère diffusant. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice polymérique est constituée de polymères choisis dans la famille des polyoléfines, en particulier le PEBD, l'EVA, l'EBA ou l'EMA. 3/ Matériau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'additif fluorescent est de nature minérale, préférentiellement un complexe d'oxydes organo-métalliques et/ou métalliques de terres rares et/ou d'autres métaux, notamment d'Europium, de Terbium, d'Yttrium, de Vanadium, de Zirconium ou de Barium. 4/ Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'additif fluorescent est ajouté à hauteur de 500 à 10 000 ppm, préférentiellement dans une quantité inférieure à 4 000 ppm, encore plus avantageusement inférieure à 1 000 ppm. 5/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge minérale à caractère diffusant est choisi dans le groupe comprenant les craies, les calcites, les kaolins, les talcs, les silico-aluminates et/ou les silices . 25 6/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge minérale à caractère diffusant est ajoutée à hauteur de 1 000 à l00 000 ppm. 7/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 30 comprend en outre des agents de résistance à la dégradation par les 15V.208/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau se présente sous la forme d'un film d'épaisseur comprise entre 10 et 500 m, préférentiellement entre 50 et 250 m. 9/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les additifs fluorescents et les charge minérales à caractère diffusant sont distribués de manière homogène dans la matrice polymérique. 10/ Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est transparent. 11/ Couverture ou paroi de serre comprenant un matériau selon les revendications 1 à 10.