Méthodes d'essai standard ASTM E424 pour la transmission et la réflexion solaires (terrestres) des matériaux en feuille

La norme « ASTM E424 Standard Test Methods for Solar Energy Transmittance and Reflectance (Terrestrial) of Sheet Materials » développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit des méthodes de test qui incluent la mesure de la transmission et de la réflectance de l'énergie solaire (terrestre) des matériaux en feuille.

La procédure d'essai ASTM E424 comprend deux techniques d'essai pour mesurer la transmission et la réflectance de l'énergie solaire dans les matériaux en feuilles. Les deux techniques produisent essentiellement les mêmes résultats pour les matériaux étudiés par le groupe de travail :

• Méthode A : Les mesures de transmittance ou de réflectance spectrale par rapport à un étalon d’oxyde de magnésium sont effectuées à l’aide d’un spectrophotomètre à sphère intégratrice dans la gamme spectrale de 350 à 2 500 nm. Le mode d’éclairage et d’imagerie doit être normal-diffus ou diffus-normal. L’énergie solaire transmise ou réfléchie est obtenue par intégration sur une courbe de distribution d’énergie solaire standard, en utilisant des ordonnées pondérées ou sélectionnées pour la distribution d’énergie solaire appropriée. La distribution au niveau de la mer, avec une masse d’air de 2, est utilisée. La méthode A, utilisant un spectrophotomètre, est valable pour la transmittance et la réflectance et constitue la méthode de référence.
• Méthode B : Le soleil est utilisé comme source et un pyranomètre comme détecteur. L’échantillon est placé sur le couvercle d’une enceinte, son plan étant perpendiculaire au rayonnement incident. La transmittance est mesurée comme le rapport entre l’énergie transmise et l’énergie incidente. Des instruments utilisant cette méthode ont été utilisés pour mesurer la réflectance de l’énergie solaire, mais l’expérience actuelle de cette technique est insuffisante pour la normaliser.

Pour la méthode A, la taille des échantillons est limitée par la géométrie du spectrophotomètre, tandis que pour la méthode B, 0,61 m² d'échantillon est nécessaire. Pour les matériaux examinés par le groupe de travail d'étirage, les deux méthodes d'essai donnent des résultats globalement équivalents.

La transmission et la réflectance solaires sont des facteurs importants de la transmission de chaleur à travers les fenêtres, principalement le verre ou les plastiques. Ces méthodes permettent de les mesurer dans des conditions d'incidence et de visibilité constantes. Si ces données peuvent aider les concepteurs à choisir et à spécifier les matériaux de vitrage, la transmission et la réflectance solaires seules ne suffisent pas à définir les taux de transfert thermique sans informations sur d'autres facteurs importants. Ces méthodes se sont avérées pratiques pour les matériaux transparents et translucides, ainsi que pour les matériaux dont la transmission est réduite par des revêtements hautement réfléchissants. La méthode B est particulièrement adaptée à la mesure de la transmission des matériaux non homogènes, à motifs ou ondulés, car la transmission est moyennée sur une grande surface.

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :

• Absorption solaire : C'est le rapport entre l'énergie radiante absorbée et l'énergie radiante incidente (égale à la valeur obtenue en soustrayant la réflectance et la transmittance à l'unité).
• Admittance solaire : Transfert de chaleur solaire qui prend en compte l'énergie ré-rayonnée et transportée.
• Énergie solaire : Pour ces méthodes, il s’agit de l’intensité du rayonnement solaire direct au niveau de la mer sur l’ensemble du spectre solaire. Elle est exprimée en watts par unité de surface.
• Réflexion solaire : Pourcentage du rayonnement solaire réfléchi par un matériau (watts/unité de surface).
• Spectre solaire : Aux fins de ces méthodes, il s’agit du spectre solaire s’étendant de 350 à 2500 nm au niveau de la mer.
• Transmission solaire : Pourcentage de rayonnement solaire transmis par un matériau (watts/unité de surface).

En résumé, la norme ASTM E424 est particulièrement utile dans des domaines tels que l'architecture, la science des matériaux et la conception écoénergétique, où il est crucial de comprendre l'interaction des matériaux avec le rayonnement solaire. L'objectif principal de cette norme est de fournir une méthode cohérente et reproductible pour mesurer :

• Transmission solaire : fraction du rayonnement solaire qui traverse un matériau.
• Réflectance solaire : fraction du rayonnement solaire réfléchie par la surface d'un matériau.

Ces mesures sont effectuées à l’aide d’un spectrophotomètre à sphère intégratrice, qui garantit la précision en capturant la lumière diffusée – quelque chose que les outils de mesure traditionnels pourraient manquer.

Cette norme est conçue pour les applications terrestres, ce qui signifie qu'elle s'applique aux conditions rencontrées à la surface de la Terre et non dans l'espace.

Les principales caractéristiques de cette norme sont les suivantes :

• Utilisation d'une sphère d'intégration : La sphère d'intégration est au cœur de l'essai. Elle permet une mesure complète des propriétés optiques d'un matériau en collectant avec précision le rayonnement spéculaire et diffusé.
• Gamme de longueurs d'onde : La méthode se concentre sur le spectre solaire, généralement compris entre 300 et 2 500 nanomètres (nm) environ, englobant les rayonnements ultraviolets (UV), visibles (VIS) et proches infrarouges (NIR). Ceci est conforme au spectre solaire de référence de la norme ASTM G173, qui modélise le rayonnement solaire atteignant la Terre.
• Types de matériaux : La norme ASTM E424 s'applique à une grande variété de matériaux en feuille transparents, translucides ou opaques, tels que :
  • Verre architectural
  • Feuilles de polycarbonate
  • Films de protection solaire
  • Surfaces revêtues utilisées dans les applications du bâtiment ou de l'automobile

Les résultats des tests de la norme ASTM E424 sont essentiels pour de nombreuses industries :

• Construction et structure : Sélection de matériaux qui laissent passer la lumière du jour tout en réduisant l'apport de chaleur solaire.
• Automobile : Évaluation des films et revêtements pour vitrages pour améliorer le confort thermique et l'efficacité énergétique.
• Energie solaire : Conception matérielle pour capteurs solaires ou systèmes photovoltaïques.
• Certification des bâtiments écologiques : Soutenir la conformité aux normes telles que LEED en documentant les choix de matériaux écoénergétiques.

Les avantages de la conformité à la norme ASTM E424 comprennent :

• Il offre précision et fiabilité grâce à une méthodologie standardisée.
• Des informations améliorées sur les performances des matériaux aident les développeurs à sélectionner ou à concevoir de meilleurs produits.
• Le support réglementaire et de certification fournit des données de test conformes aux codes internationaux du bâtiment et de l'énergie.

D’autre part, bien qu’il s’agisse d’une norme complète, cette norme présente également certaines limites :

• Elle ne prend pas en compte la dégradation à long terme des matériaux ni l’exposition aux intempéries.
• Il est conçu principalement pour les matériaux en feuilles plates, et non pour les géométries complexes ou les assemblages multicouches.
• Une utilisation correcte nécessite un équipement spécialisé et un personnel formé.

Par conséquent, la norme ASTM E424 est essentielle pour évaluer l'interaction des matériaux en feuilles avec le rayonnement solaire et prendre des décisions éclairées en matière de performance énergétique et d'impact environnemental. Son utilisation dans les essais de matériaux soutient les innovations en matière d'architecture durable, de conception automobile et de technologies d'énergie renouvelable. Pour les concepteurs, la compréhension et la mise en œuvre de cette norme garantissent non seulement la performance attendue des produits sous la lumière du soleil, mais contribuent également à un avenir plus économe en énergie et durable.

Notre organisation, qui accompagne depuis des années des entreprises de tous secteurs grâce à un large éventail d'activités de tests, de mesures, d'analyses et d'évaluations, dispose d'une équipe performante qui suit de près les avancées scientifiques et technologiques mondiales et s'améliore constamment. Dans ce contexte, nous proposons également des services de tests conformes à la norme ASTM E424, Méthodes d'essai normalisées pour la transmission et la réflectance de l'énergie solaire (terrestre) des matériaux en feuille.