DETERMINATION DES PROPRIETES RADIOMETRIQUES DES MATERIAUX PLASTIQUES UTILISES EN COUVERTURE DES SERRES

A. Nisen, J. Nijskens, J. Deltour et S. Coutisse Comité d'Etude des Economies d'Energie en Culture Protégée (C.E.E.E.C.P.) Chaires d'Horticulture et de Physique Faculté des Sciences Agronomiques de l'Etat Gembloux - Belgique

Abstract

Determination_of the radiometric_grogerties_of greenhouse_cover

As an INTRODUCTION TO THE TOPIC TREATED, the authors review at first the main PE films used at the present time as cover for the shelters : - the LP - PE are enriched by + important quantities of U-V stabilizers

which ensure the films a life of some months to 2-3 years; - the E V A are PE containing different doses of Vinyl-Acetate: the

higher the quantity of VA used, the better the absorption for long I-R (5-35/tm); nevertheless, the mechanical properties may be not quite satisfactory;

- the thermic I-R (or "modified PE") are produced from compounds enri-ched with special "charges" which absorb other parts of the long I-R radiation than VA do;

- the thermic P E contain low quantities of V A and simultaneously some thermic charges; they possess the advantages of the EVA and of the thermic PEbut do not present their disadvantages;

- the "linear P E" seems to present some advantages interesting in Agriculture,

Then the authors explain how their Laboratories understand the pro-blem of the radiometric measurments done on the plastic films : they find logical to propose a method which makes it possible to determine : - the hemispherical angular monochromatic transmittance and reflectance

of the materials, within the limits of the sun radiation; - the biangular monochromatic transmittance and reflectance fo the long

infrared.

Finally, the authors propose an agronomical interpretation of the spectral data obtained as showed higher, by generating a number of calculations to integrate the results of measurements on the spectrum of the sun and of those of the sky (clear or overcast).

1. Revue des principaux films PE actuellement commercialisés

En Europe, dans le Nord de l'Afrique et en Amérique du Nord, les films plastiques utilisés en couverture (simple ou double) des serres et abris sont, pour la plupart, réalisés à base de polyethylene (P E) . L'enrichissement de la résine PE de base au moyen de divers adjuvants -

Acta Horticulturae 154, 1984 Plastics in Mediterranean countries.

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dont la nature chimique et souvent la dose utilisée sont conservées jalousement secrètes par les fabricants - permettent de donner au film produit des qualités de durabilité, de transparence au visible ou d'absorption des infrarouges (IR) longs plus ou moins accentuées.

Au titre d'INTRODUCTION au thème traité, nous estimons qu'il est utile de présenter une étude de synthèse qui devrait permettre de cla-rifier certaines idées malgré le fait qu'elle ait été réalisée par un non-spécialiste.

1. Le Polyéthylène basse densité (= PE - BP)

Le film est obtenu à partir d'une résine de base qui diffère peu -sinon pas - d'un producteur à l'autre. Mais le soin apporté lors de l'extrusion, ainsi que la nature et la quantité de stabilisants (prin-cipalement des absorbeurs d'ultra-violet) donnent des films dont la durée de vie, en couverture de serre, peut varier dans de larges pro-portions dans les mêmes conditions climatiques. A fortiori, les diffé-rences de durée de vie sont-elles importantes sous des climats diffé-rents .

Certains films, bien étudiés, sont dits "longue-durée" (LP) (leur dénomination, en France, fait état d'un certain nombre (2, 3..) d'étoi-les, qui correspondent chacune, sous le climat de ce Pays, à une année de durée de vie.

2. Les Polyéthylènes Vinyle Acétate (= E.V.A.)

Le polyéthylène constituant la résine de base est enrichi en acé-tate de vinyle(V.A) qui a la propriété d'augmenter l'absorption des IR longs du film obtenu, sans réduire sa transparence à l'UV, au visible et à l'iR court (solaire). Au contraire, les EVA sont même connus pour leur grande transparence du rayonnement solaire.

L'absorption des IR longs (c'est-à-dire l'effet de serre que mon-trent les films) croît avec la richesse en VA. On ne peut cependant atteindre une richesse en VA qui permettrait une absorption totale des IR longs car, à partir d'un certain taux en VA, les propriétés mécani-ques du film commencent à laisser à désirer suite à un abaissement progressif du point de ramollissement : on observe un fluage plus ra-pide, suite à des tensions locales exagérées (traction manuelle d'épreuve, tractions différentielles lors de la mise en place du film sur la serre) tout autant que suite à un échauffement sur les arceaux de charpente.

A l'heure actuelle, les E.V.A contiennent rarement plus de 14 % de V.A, ce qui constitue la concession maximum que l'horticulteur peut faire au point de vue fluage du film... mais ne correspond pas à une absorption totale des IR longs.

L'E.V.A peut acquérir une durée de vie plus longue par l'adjonction d'absorbeurs d'UV (= EVA - LD); mais il n'est pas impossible que la durabilité dans le temps des films obtenus ne soit elle-aussi fonction inverse de la richesse en V.A de la résine : un E.V.A trop riche en V.A supporterait moins bien la charge anti-UV.

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3. Les Polyéthylënes Infrarouges (PE - IR)

(Ces matériaux sont appelés en Tunisie "Polyéthylënes modifiés")

La résine PE de base est, dans le cas de ce matériau, enrichie en silicate d'Alumine ou en silicate de Magnésium. Les films obtenus pos-sèdent un effet "thermique" certain mais divers inconvénients sont liés à l'emploi à trop fortes doses de ces "charges thermiques"; p. ex., les impuretés du silicate d'Al. provoqueraient un vieillissement trop rapide du film.

Comme dans le cas de l'adjonction de V.A, il n'est pas possible d'obtenir un matériau qui allierait une grande opacité aux IR longs à une excellente transmission dans le solaire et à de bonnes propriétés mécaniques. Les plasturgistes (selon l'expression nouvellement consa-crée) sont donc contraints de réduire les charges IR à des niveaux de concentration qui n'altèrent pas la durabilité du film.

Insistons dès maintenant sur le fait que le V.A et les charges ther-miques absorbent chacun préférentiellement certaines parties du spectre IR long. Comme l'émission du corps noir n'est pas constante entre 5 et 35 ym mais présente un maximum vers 10 ym, ces absorptions différen-tielles conduisent à des absorptions pondérées assez variées : il n'est donc pas indifférent de réduire la transmission de 1'IR long par l'adjonction de VA ou de charges thermiques.

4. Les Polyéthylènes"thenniques"

En conséquence, ni le VA ni les charges IR des "Polyéthylènes modi-fiés ne semblent (seules) susceptibles d'apporter de solution réelle-ment satisfaisante au problème posé, à savoir créer un film PE de dura-bilité suffisante mais absorbant totalement l'IR long.

C'est pourquoi une nouvelle génération de PE - IR ou modifiés est née ces dernières années; dans l'esprit de leurs créateurs, elle devrait pouvoir présenter les avantages simultanés des EVA et des PE -IR sans en posséder les inconvénients. Effectivement, quelques films dits "thermiques" ont une transparence plus faible aux IR longs que les PE - IR et les EVA : ils sont fabriqués à partir de résine PE - BD enrichie simultanément en VA et en charges thermiques, chacune des substances étant ajoutée à la dose jugée optimale par le fabricant.

Les résultats pratiques obtenus récemment avec certains de ces films apparaissent très prometteurs. Il en sera fait état à plusieurs repri-ses au cours de ce Symposium.

Conclusions

Il apparaît absolument indispensable que l'horticulteur puisse dis-poser d'un maximum de renseignements sur la composition chimique du composant à partir duquel a été réalisé le film qu'il achète.

Il va de soi que les résultats culturaux diffèrent de façon très nette lorsque c'est un PE "ordinaire" (longue durée ou non), un EVA, un PE - IR ou un PE "thermique" qui est utilisé. Et il va également de soi que les matériaux possédant une égale transmittance moyenne à l'IR peuvent conduire à des bilans thermiques sous serre (à des coefficients "k") assez différents et qu'il faut donc interpréter les données

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radiométriques obtenues de façon classique pour mettre ces différences en évidence. Nous présentons ci-après le mode d'interprétation des données radiométriques qui nous paraît permettre d'atteindre à une vé-rité agronomique meilleure.

Remarque : Polyéthylènes linéaires

Ces dernières années, diverses Sociétés ont lancé sur le marché de nouveaux types de PE, fabriqués selon des procédés Basse Pression (catalytiques) et de masse volumique faible; ces résines, destinées à se substituer dans certains cas au PE. BD radicalaire (obtenu sous Haute Pression), sont appelées Polyéthylènes Basse-Densité linéaires (PE . BD . L ou L : LD . PE) car leur structure moléculaire ne comporte pas de branches longues.

Ces PE linéaires confèrent aux films des caractéristiques mécaniques améliorées et permettent donc d'abaisser l'épaisseur de ces films pour un usage donné et par conséquent leur coût pour l'utilisateur.

II. Interprétation des données radiométriques monochromatiques

La possibilité de relier l'aspect physique et l'aspect agronomique des propriétés radiométriques monochromatiques des matériaux dépend donc davantage du mode d'interprétation des résultats de mesure que de la façon dont on les a obtenus.

En fait, toutes les méthodes de détermination des propriétés radiométriques monochromatiques des matériaux se ressemblent pour au-tant - qu'elles correspondent aux mêmes limites spectrales, - qu'elles utilisent des sphères intégrantes (pour le rayonnement dif-

fus) , - qu'elles mettent en oeuvre un j^ystème j>oni£mét_rique (pour des inci-

dences autres que la Normale), - qu'elles prennent en considération non seulement la transmittance

mais aussi la réflectance des matériaux.

a) En ce qui concerne les limites spectrales, il est bon de rappe-ler que le £ayormement j>o_lai_re est normalement limité aux longueurs d'onde de 360 et 2.500 nm : 360 - 380 pour l'ultra-violet

380 - 760 pour le visible 760 - 2500 pour l'infrarouge.

Quant au rayonnement du corps noir à 300°K ("infrarouge long"), il s'échelonne, lui, d'environ 2,6 pm à plus de 40 virn. En effet, l'énergie du corps noir à 300°K est de 459 W/m2; si l'on limite son étude à 40 pm, on couvre 435 W/m soit 95 %. Mais les mesu-res de transparence à 1'IR long qui n'envisagent que les longueurs d'onde de 2,6 à 15 ym ne correspondent qu'à 264 des 459 W/m soit 58 %

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du total : elles ne peuvent donc valablement cerner le problème. Le tableau 1 ci-dessous, extrait du tableau 2, montre clairement que des différences sensibles peuvent apparaître dans les valeurs de transmit-tance proposées si elles ont été établies pour une partie du spectre seulement : pour la majorité des films étudiés, les valeurs de T 0 limi-tées à 2,5 - 15 um conduisent à une surévaluation des propriétés iso-lantes des matériaux !

b) Il n'est pas possible d'éviter l'emploi de sphères intégrantes pour la mesure des propriétés radiométriques monochromatiques vis-à-vis du rayonnement solaire; en effet, la plupart des matériaux utilisés en tant que couverture,ombrage (ou même écran thermique) en serre pré-sentent un certain pouvoir diffusant qui fausserait les résultats obte-nus s'il n'était pas pris en considération.

c) Le système goniométrique proposé plus haut apparaît tout aussi nécessaire car il importe de déterminer transmittance et réflectance des matériaux sous des angles d'incidence différents de la normale : le soleil atteint la serre sous des angles différents tout au long du jour et de l'année. Le limiter à des incidences normales correspond par conséquent à une détermination partielle du phénomène.

d) Enfin, comme déjà dit, la caractérisation précise des bilans thermiques et lumineux implique qu'une distinction nette soit faite au niveau de la façon dont un matériau s'oppose au passage d'un rayonne-ment donné (transmission ou réflexion); il apparaît évident qu'une toile d'ombrage doit réfléchir plutôt qu'absorber la partie du rayonne-ment solaire qu'elle élimine; mais il est tout aussi extact qu'un maté-riau de couverture doive réfléchir vers l'intérieur de la serre -non absorber - la plus grande part possible de l'iR long émis par sol et plantes de la serre.

Conclusion

Il nous apparaît donc logique de proposer une méthode qui permette de déterminer, pour chaque matériau considéré, qu'il soit utilisé en couverture, en ombrage ou en écran thermique :

- la transmittance et la réflectance monochromatiques angulaires hémi-sphériques dans les limites du rjjyonnemeiit_solaire • (N.B. - monochromatique = longueur d'onde par longueur d'onde; angu-laire : pour différents angles d'incidence; hémisphérique = con-traire de spéculaire : englobe les rayons transmis ou réfléchis dans toutes les directions^;

- la transmittance et la réflectance monochromatiques biangulaires pour l'IR long dans son intégralité, (N.B. - biangulaire = spéculaire : dans la direction d'incidence = donc sans sphère intégrante).

Les mesures radiométriques monochromatiques (obtenues longueur d'onde par longueur d'onde) ne trouvent leur intérêt agronomique qu'à partir du moment où elles sont intégrées sur le spectre d'émission du soleil et celui du ciel.

En conséquence, l'interprétation agronomique des données spectrales obtenues nous paraît impliquer un certain nombre de calculs supplémen-taires :

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- il est indispensable d'intégrer les transmittances (mesurées longueur d'onde par longueur d'onde^avec les densités spectrales correspondan-tes du rayonnement considéré : rayonnement solaire visible, infra-rouge ou total ainsi que rayonnement du corps noir;

- il importe de faire la distinction entre le comportement des maté-riaux vis-à-vis du rayonnement solaire direct et celui de ces maté-riaux dans le cas du rayonnement diffusé par le ciel, que ce dernier soit "^erein,, ou "couvert,,.

a) Une donnée de transmittance ou de réflectance monochromatique n'a guère de signification agronomique; de même, une valeur moyenne estimée pour un intervalle entre deux longueurs d'onde n'en possède pas davantage. Pour être à même d'estimer la valeur agronomique d'un maté-riau, il faut replacer les données, mesurées en laboratoire, dans le contexte réel c'est-à-dire qu'il faut pondérer chaque mesure monochro-matique par la densité spectrale pour cette longueur d'onde du rayon-nement correspondant et en tirer des moyennes intégrées et non simple-ment arithmétiques.

Le tableau 2 montre la différence qui peut apparaître entre moyennes "simples,, et moyennes intégrées, différence qui conduit pour la plupart des films étudiés à une sous-estimation du matériau considéré pour le phénomène envisagé.

b) En conséquence du § a) ci-dessus, il est nécessaire de connaître la densité spectrale énergétique du rayonnement solaire direct et du rayonnement diffusé par le ciel.

Se basant sur divers travaux, notamment de la CIE (Commission Inter-nationale de l'Eclairage), la norme belge NBN 894 donne des valeurs internationalement admises pour ces rayonnements; elle propose de les estimer dans le cas où le soleil fait un angle de 30° avec l'horizon, ce qui est un cas fréquent et représentatif en culture hivernale. Il faut remarquer que ces valeurs sont tout autant applicables en Méditer-ranée qu'en Belgique car elles ne font pas intervenir la notion de latitude.

c) Pour établir le bilan lumineux d'une serre et déterminer globale-mentl'efficacité photosynthétique des matériaux, il peut cependant être suffisant dans certains cas de ne prendre en considération que la par-tie du visible appelée un peu abusivement PAR (radiation photosvnthé-tiquement active),c'est-à-dire celle qui va de 400 à 700 nm (au lieu de 380 à 760); elle présente l'avantage d'être aisée à mesurer (au moyen d'un senseur quantique) et est d'application agronomique dans la mesure où la plante réagit, pour sa croissance, selon la courbe-même du sen-seur.

d) Moyennant les divers calculs précisés ci-dessus (calculs effec-tués à partir de données de mesure effectuées en laboratoire sur les matériaux et d'estimations de l'énergie des divers rayonnements consi-dérés), il est possible d'établir une fiche technique pour chacun de ces matériaux (cf. tableau 3 ci-après).

Cette fiche présente les valeurs intégrées de transmittance et ré-flectance, dans le cas du rayonnement solaire direct et dans celui du rayonnement diffus (ciel serein et ciel couvert), valeurs totales ou

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limitées à la partie visible du soleil, à sa partie infrarouge et aux

P.A.R..

Il faut observer en outre que ces valeurs sont proposées pour des angles d'incidence de 0 à 75° dans le cas du rayonnement solaire direct et,dans celui du rayonnement diffus, pour des parois horizontales ou verticales orientées au Sud.

La fiche propose enfin une valeur du coefficient de conductivité thermique "k" estimée dans les conditions qui sont précisées ci-après par J. Nijskens.

Bibliographie

Nisen, A., 1971. L'éclairement naturel des serres. Presses Agronom., Gembloux (Edit. Duculot), 198 pp.

Anon, 1971. Caractéristiques photométriques fonctionnelles des maté-riaux transparents et translucides utilisés en vitrage. Inst. Belge de Normalisation : N.B.N. 894, 30 pp.

Nisen, A., 1975. New aims for the Research in Plasticulture. Chronica Horticulturae, 15, 3 : 33-37 (Den Haag).

Nisen, A., Dogniaux, R., 1975. Traité de l'éclairage naturel des serres et abris pour végétaux. Edit. Duculot, Gembloux, 198 pp.

Nisen, A., 1976. Functional photometric properties of the covering materials for ground and greenhouses. Plasticulture, 32 : 16-22 (Paris).

Nisen, A., 1977. Transmission of sun radiation through double glazings. Techn. Phys . Asp. of Energy Saving in Greenhouses. CEC, Coordin. of Agrie. Res., Eur. 5679 e : 50-61.

Nisen, A., 1978. Photometric properties of the plastics used as shelter covers. Plasticulture, 40 : 15-28 (Paris).

Nisen, A., 1979. Transparence aux rayonnements des matériaux de couver-ture des serres et abris. P.H.M. - Revue Horticole, 197 : 15-24 (Paris).

Nisen, A., 1979. Proposition de normalisation internationale des procé-dures d'essais des caractéristiques photométriques des plastiques. G.P.C.P.: Les Plastiques dans les applications solaires, Juin 1979 (Paris).

Coutisse, S., Nisen, A., 1980. Propriétés photométriques des ombrages et des écrans thermiques en plastique pour les serres. Associaçao Portuguesa de Plasticosa Agricultura. 8e Cong. 525-536. (Lisboa).

Nisen, A., Coutisse, S., Nijskens, J., 1981. Determination of the photo-metric properties of covering and shading materials for greenhouses. Meeting CIE - TC. 1.8 (Warsaw).

Ni sen, A., Coutisse, S., 1981. Photometric properties of double wall plastics used as covering for greenhouses. Acta Horticulturae, 115 (Den Haag).

Debaty, J., Delhaye, P., Deltour, J., Nisen, A., 1984. Transmission de la lumière par les plaques plastiques double paroi. Plasticulture, 60 : 45-58 (Paris).

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Discussion

Intervenants : MM. Boesman, Janssens, Nijskens, Sirjacobs, Verlodt, von Zabeltitz.

- Parmi les problèmes soulevés lors de la discussion d'un grand nom-bre d'exposés, le plus important apparaît être celui de la nature chi-mique des films proposés par les différents fabricants.

Il va de soi que c ' est de la composition chimique-même des films que dépendent leurs performances en couverture de serre.

-C'est la raison pour laquelle l'auteur a cru bon de faire, au titre d'Introduction au Symposium, un inventaire des principaux films PE actuellement commercialisés et de proposer un projet de classification de ceux-ci.

-C'est également la raison pour laquelle il s'est autorisé, lors de la discussion suivant un exposé, à poser aux fabricants participant au Symposium des questions précises dont les réponses devraient permettre de mieux comprendre - ou même dans une certaine mesure de prévoir - le comportement des films mis en expérimentation en culture protégée.

-C'est enfin la raison pour laquelle il a fait en plaidoyer pour qu'un dialogue s'établisse et pour qu'un climat de confiance se crée entre fabricants et chercheurs-utilisateurs, de façon à ce que ces der-niers ne travaillent plus à l'aveuglette, qu'ils puissent élaborer des protocoles d'essais en toute connaissance de cause; en effet, beaucoup de questions que le chercheur-utilisateur se pose seraient résolues, beaucoup de pertes de temps en essais inutiles seraient évitées, beau-coup d'ambiguités seraient levées si l'agronome pouvait disposer pour chaque matériau qu'il cherche à utiliser d'une fiche technique plus complète, c'est-à-dire reprenant, outre les diverses propriétés du fabricat , un minimum d'indications sur les adjuvants utilisés lors de sa fabrication. Est-il nécessaire que des Laboratoires s'équipent du matériel nécessaire, et que les utilisateurs consentent des frais d'analyse non négligeables,-frais s'ajoutant au coût de leur expérimen-tation pratique! - pour que les indications nécessaires soient obte-nues ?

Tableau 1

T 0 intégré 2,5 - ]5/um 2,5 - 40^m

F3 PE-IR 25,2 20,2 F5 PE+AV + IR 36,6 41,4 F6 EVA (pauvre en AV) 30,8 38,4 FIO PE - longue durée 51,1 62,3 F12 PE - BD 72,8 80,8

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Tableau 2. Transmittance (T q) non intégrée et intégrée dans l'Infrarouge long.

Matériaux T 0 de T de 2,5 à 40^ m 2,5 à 15/* m 2,5 à 15/* m

Référence Nature (intégré) NON intégré intégré

F 1 PE + AV + IR (jaune) 23,3 23,3 17,7

2 PE + AV + IR (blanc) 26,3 25,6 19,9

3 PE + IR (2de orig.) 25,2 35,1 20,2

4 PE + IR 30, 1 28,7 23,5

5 PE + AV + IR (3e orig.) 36,6 54,6 41,4

6 EVA (14 % AV) 30,8 53, 1 38,4

7 PVC armé 35,0 45, 1 32,8

8 Polyester (film) 26, 1 32,8 27,0

9 Polyfluorure 32,6 32,0 23,8

10 PE longue durée 51,1 73,6 62,3

11 EVA (10 %) 47,2 69,2 55,9

12 PE "ordinaire" 72,8 84,3 80,2

Légendes des Figures 1 à 7

Transmittance dans l'Infrarouge long des 12 matériaux repris au tableau 2 ci-dessus.

Comparaison des spectres en fonction de la nature chimique des adjuvants à la résine Polyéthylène de base.

A titre d'indication est donnée la courbe de densité spectrale d'émission du corps noir à 300° K.

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LONG. ONDE (MU) F i g u r e 2

LONG, ONDE IMU) F i g u r e 3

"N

LONG. ONDE (MU) F i g u r e 4

Figure 5

3

Figure 6

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C.E.E.E.C.P. FICHE TECHNIQUE DE ECHANTILLON POLYTHYLENE NO 2

TRANSMITTANCES ET REFLECTANCES ANGULAIRES-HEMISPHERIQUES EN POUR-CENT

I SOLE IL

i f r e i D I ô û 1 5 30 45 ÖÜ 75

V I S I B L E I TRANS I 8 9 . 5 8 7 . 5 3 5.5 83. 4 73.7 3 ó. 9

RE FL I 1 1 . 3 1 1 . 3 12.0 1 5 . 1 23.8 61 .9

I . R . S O L I TR ANS I 9 0 . 6 S.9. 9 88.3 85.8 75.7 38.4

RE FL I 9 . Q 9 .0 9.5 11 .9 19.5 59.8

T O T . S O L I TRANS i <50.0 8o.6 86.8 84. 5 75 . 1 3 7.6 RE FL I 1 0 . 2 i : . 2 10.9 13.6 21 . 8 6 0.9

R . P . A •I TR ANS I 89.7 S 7 . 7 85.7 S 3. 7 74. C 3 7.0

TRANSMITTANCES ET REFLECTANCES HEMISPHERIQUES EN POUR-CENT

I I C I E L SEREIN (CS) ET CIEL COUVERT (t C)

I PARO I I HORIZONTALE VERTICALE INCL . A 3 0 û E G I I e s CC e s c e es CC

I V I S I BLE I I TRAMS I 7 4 . 3 8 2.0 77.9 66. 8 77.7 73. 9

RE FL T JL 22.5 1 6 . Ü 18.3 2 9 . û U.9 18.8

I I . R . S O L I I TR ANS I 7 3 . 3 84.6 8 2.0 71 . 4 31 . 9 81 . 7 I RE FL I 1 9 . 3 1 2 . 9 1 6 . 3 25.8 1 o. 1 15.5

I TOT. SOL I I TR ANS I 7 4 . 9 83. 2 73.5 70.0 7 3. 3 80. 1 I RE PL I 22 . 1 1 4 .à 18.5 27 .6 1 6 . 5 1 7 . 4

I R . P . A I I TR ANS I 75.4 82. 5 7 9. 0 69.3 73.3 79. 4

I HAUTE UR 3 0 L. = 30. OEG A i I MU T SOL = SUD AZIMUT PAROI = SUD

TRANSMITTANCE ET REFLECTANCE BIANGULAIRES ET ABSORPTANCE EM POUR-CENT

T IN FR AROUGc LONG 1 FACTEUR K < W / M 2 . S )

I TRANS I 1 9 . 9 X

I R E FL I 2.7 1 7 . 2

I A 3 S OR I 7 7 . 3 T

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ADDENDUM - English translation of the le part of this paper : (cf the Introduction to this Symposium).

Overview of the main PE films currently marketed,

In Europe, Northern Africa, Northern America, polyethylene is the basic material for most of the plastic films used as greenhouse and shelter covering materials (single or double). The addition of enrich-ments to the basic PE resin increases more or less the durability of the film, its transparency to the visible and its qualiti-es of absorp-tion for the long IR. Be it said incidentally, makers keep jealously secret the chemical nature of such adjuvants and the dosis they apply.

We find it useful to present a synthetic study that - though car-ried out by a non-specialist-is intended to help clarify certain ideas.

1. Low_densit2_golYeth^lene_(LD - PE)

Every producer uses practically the same basic resin. However, the way extrusion is carried out, and the nature and quantity of the sta-bilizing substances - mainly UV absorbants - result in films whose lifetime, when used as greenhouse covering material, may vary greatly even under the same weather conditions. Obviously, under different climate conditions, lifetimes differ quite a lot more.

Some films, specially studied, are called "Long-Life" (LL - PE). In France, there exists two-star, three-star, ... films, each star cor-responding -under the French climate - to one year of lifetime.

V i n y l _ A c e t a ( E . V . A . )

The polyethylene making up the basic resin is enriched with vinyl acetate (VA) whose property is to increase the absorption of the long IR in the film without reducing its transparency to UV, to the visible and to the short (solar) IR. On the contrary, EVA's are known for their high transparency for sun radiation. The richer the VA content of a film is, the more long IR are absorbed (i.e. the greenhouse effect de-veloped by films).

However, total absorption of long IR cannot possibly be achieved since there exists an upper limit to the VA content which, if overpas-sed, would incur degradation of the mechanical properties of the film due to the progressive lowering of the softening point : Creep (- flua-ge) is being observed when exaggerated local tensions are applied (ma-nual traction at testing, differential tractions when the film is laid on the greenhouse) and when overheating occurs on the ring bows of the greenhouse frame.

Nowadays V.A. content of EVA's seldom exceed 14 %. This limit seems the extreme one from the point of view of "creep" but it does not offer long IR total absorption.

UV absorbers are likely to increase EVA life = Long-Life EVA (LL -EVA), but durability may decrease with a higher degree of VA content of the resin : when EVA is too rich in VA it is less resistant to anti-UV load.

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3. th^lenes (IR - PE) (sometimes called "modified PE")

In this case, the basic PE resin is enriched with Alumina silicate or with Magnesium silicate. The "thermal" effect on the film is obvious, but extensive use of such "thermal charges" may cause incon-veniences; e.g. impurities of Alumina silicate will accelerate ageing of the film. Just as for VA addition, no material can be obtained that can combine high opacity to long IR, excellent transmission in the solar along with good mechanical properties. Plastic makers are to limit the levels of concentration of IR charges so as not to reduce film lifetime.

Let us emphasize that the VA and the thermal charges each absorb preferentially certain parts of the long IR spectrum. The black body does not emit constantly between 5 and 45 pm. Indeed, its maximum emis-sion occurs around lOpm ; therefore, the differential absorptions lead to combined absorptions that vary greatly. Consequently, VA and ther-mal charges are not interchangeable when used to help reduce the trans-mission of the long IR.

4. Thermal Polyethylenes

Neither VA nor IR charges taken apart are likely to offer a satis-factory solution to the problem of creation of long-life PE films, totally absorbing the long IR.

This has led to the creation of a new generation of PE which, accor-ding to their inventors, should have the combined advantages of the EVA's and of the PE-IR's and avoid their inconveniences. Indeed, some so-called "thermal" films are less transparent to long IR than the PE-IR's and the EVA's; they derive from LD-PE resins simultaneously enriched with a presumably optimum dose of VA and of thermal charges.

The practical results achieved recently by some such films look promising. They will often be mentioned during the Symposium.

Conclusions

The horticulturist cannot be denied a maximum of information about the chemical composition of the basic component of the film he buys.

The cultural results are definitely linked to the type of film actually used: "ordinary" PE (long-life or not), EVA, IR-PE or "ther-mal" PE. On the other hand, materials with equal average IR transmit-tance may lead to rather different thermal balances when used (= "k,, coefficient). The radiometric data obtained in a classical way have to be interpreted to underline such differences and their agronomic consequences.

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