Brevet FR2389318A1 — publié le 19781201

La présente invention a pour objet une installation pour le conditionnement microclimatique dlun sol destiné à la production végétale à partir d'eaux disponibles à une température suffisante telles que par exemple les eaux de rejets industriels comme notamment l'eau réchauffée sortant du circuit de refroidissement d'une centrale nucléaire Plus précisément l'invention concerne une installation de conditionnement microclimatique d'un sol en vue de l'établissement, grâce à une dissipation notable de l'excédent calorifique des eaux, d'un micro-climat permettant d'assurer en toute sécurité une bonne production végétale hors saison ainsi qu'un gain de production en toutes saisons Les installations de conditionnement d'un sol actuellement connues consomment de l'énergie sous forme électrique ou thermique pour porter une eau à des températures comprises entre 40 et 900C Ces installations peuvent comporter un ensemble de conduites enterrées ou de surface dans lesquelles circule l'eau destinée à céder ses calories au milieu délimité par des abris de grand volume. On précise que de telles installations de conditionnement sont conçues de façon à ce qu'il soit possible, pour des paramètres appropriés de réalisation de l'installation tels que le mode d'agencement des conduites dans le sol, leur profondeur d'enfouissement et leur nature, de limiter lors des fluctuations climatiques les variations des températures du sol et de la couche d'air surmontant ce dernier, ceci grâce à une régula- tion appropriée du régime de fourniture des calories à l'eau et à un controle d'humidité ambiante Cependant, les installations du type précité consommant de l'énergie pour le chauffage ne permettent pas l'établissement en tout lieu donné, d'un microclimat permanent, ce dernier étant adapté à une large gamme de techniques culturales et présentant une grande stabilité dans le temps compte tenu des fluctuations climatiques diurnes et saisonnières. En effet, dans les installations connues, la régulation de la production des calories ne peut être effectuée, pour des raisons économiques, que de façon discontinue, ce qui ne permet pas de stabiliser dans le temps le climat à l'intérieur de l'abri vis-à-vis des fluctuations de température et d'humidité dues aux cycles diurnes et saisonniers. La présente invention a précisément pour objet une installation pour le conditionnement microclimatique d'un sol destiné à la production végétale à partir d'eau disponible à une température suffisante, permettant de pallier l'inconvénient précité. L'installation de conditionnement microclimatique objet de cette invention, se caractérise en ce qu'elle comporte - une pluralité de conduites enterrées dans le sol, ces con duites étant reliées à liune et à l'autre de leurs extrémités à un distributeur d'eau et à un collecteur d'eau ; - une pluralité de tuyaux percés d'orifices d'irrigation, ces tuyaux étant posés sur la surface du sol et alimentés en eau à l'une de leurs extrémités ; - des abris en une matière isolante et transparente, amovibles et surmontant au moins l'un desdits tuyaux ; - des moyens pour assurer et réguler la circulation d'eau dans chacune desdites conduites ;; - des moyens pour établir ou arrêter une circulation d'eau dans chacun desdits tuyaux - des moyens de détection de la température ambiante - des moyens de détection de l'humidité du sol ; - des moyens de commande desdits moyens pour établir ou arrenter une circulation d'eau dans chacun desdits tuyaux, ces moyens étant actionnés par lesdits moyens de détection de la tempéra ture ambiante et/ou de l'humidité du sol. L'installation de conditionnement microclimatique telle que caractérisée ci-dessus a notamment l'avantage, grâce à l'association dsun circuit fermé constitué desdites conduites enterrées de réchauffage et d'un circuit ouvert constitué desdits tuyaux d'irrigation, de permettre l'établissement d'un microclimat stable quelles que soient les fluctuations climatiques, ce dernier étant de façon avantageuse établi par dissipation d'un excédent d'énergie thermique d'origine industrielle. En effet, le circuit ouvert permet d'une part, d'éviter lors de variations importantes de la température ambiante une diminution ou une élévation excessives de la température du sol et de l'air au voisinage des plantes et d'autre part, de régler l'humidité du sol pour répondre aux besoins des cultures et obtenir une conductivité thermique sa tisfaisante du sol pour son réchauffage par le circuit fermé des conduites enterrées. On précise que lesdits abris sont enlevés en saison chaude pour permettre en cas de besoin un rafraichissement du sol par évaporation de l'eau d'irrigation (en aspersion, suintement ou écoulement) Selon l'invention, lesdits tuyaux peuvent avantageusement être séparés de la surface du sol par une couverture isolante percée d'ouvertures de dimensions appropriées dans le but de limiter une balsse de la température du sol lors d'un rafraichissement climatique et de satisfaire les besoins en eau du sol par une goutte à goutte donné de l'eau d'irrigation dans le sol. Par ailleurs, selon l'invention, lesdités conduites se présentent de préférence sous la forme d'un U et sont jux taposées à un écartement approprié dans un même plan parallèle à la surface du sol Selon une disposition avantageuse de l'invention, chacune des extrémités d'une conduite est raccordée par l'interme- diaire d'une vanne à la fois au distributeur et au collecteur d'eau. De plus, selon une autre disposition intéressante de l'invention, les bases d'au moins certains des U formant les conduites peuvent être raccordées par des conduits servant chacun de liaison hydraulique entre deux conduites adjacentes. Les dispositions précédentes permettent d'établir dans le sol une répartition souple des températures, car on peut à tout moment mettre hors service l'une des conduites, régler le débit de circulation d'eau dans chacune des conduites prises individuellement, inverser le sens de circulation de l'eau dans une conduite et modifier l'écartement des branches de chacune desdites conduites. En outre, on peut noter que l'eau circule avantageusement dans des sens opposés dans chacune des branches d'une conduite en U, ce qui permet d'avoir une bonne homogénéité de la température du sol suivant la direction des conduites. D'autre part selon l'invention, les conduites, les tuyaux, les abris et la couverture isolante sont de préférence en un- plastique approprié pour un usage agricole. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation à des fins maral- chères d'une installation de conditionnement microclimatique selon l'invention, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif.Cette description sera faite au regard de la figure schématique annexée sur laquelle on a représenté, en perspective, une installation de réchauffage selon l'invention à partir de l'eau réchauffée provenant du circuit de refroidissement du condenseur de la vapeur d'une centrale nucléaire dont la température est supérieure d'au moins 100C à celle de la température de la source froide du circuit de refroidissement Bien que la mise en oeuvre de l'invention ne se limite pas à l'utilisation de l'eau du circuit de refroidissement d'une centrale nucléaire, on peut noter que l'installation de l'inven- tion est particulièrement adaptée à une telle mise en oeuvre notamment pour le maintien hors gel du sol et de l'intérieur des abris avec des températures extérieures pouvant descendre jusqu'à - 100C.Les plages optimales de température se situent entre 80C et 200C pour le sol et entre 5 et 150C pour l'air, ces températures correspondent aux heures les plus froides du cycle diurne et dépendent des saisons, des profondeur et qualité du sol et de la température de l'eau Au vu de cette figure, on voit que l'installation de l'invention comporte essentiellement - un circuit fermé enterré qui, destiné à fonctionner en per manence, est constitué par un réseau plan de conduites 2 se présentant chacune sous la forme d'un U dont les branches sont raccordées à un distributeur d'eau "chaude" D et à un collecteur d'eau "froide" C. On précise que lesdites condui tes 2 sont reliées au distributeur D et au collecteur C par l'intermédiaire de vannes 4D, 4C, 6D, 6C d'établissement et de contrôle de la circulation d'eau dans les conduites et que le distributeur d'eau "chaude" D et le collecteur d'eau "froide" C sont montés en dérivation par l'intermédiaire des canalisations 8D et lOC sur le circuit de refroidissement d'une centrale nucléaire. On précise également, que les bases de certaines au moins des conduites en U peuvent avantageusement entre raccordées par un conduit 3 servant de liaison hydraulique ; - un circuit ouvert qui, destiné à fonctionner périodiquement, est constitué par une pluralité de tuyaux 12 en matière plas tique perces orifices 14 et posés sur la surface du sol à l'intérieur d'abris 15 également en matière plastique, les tuyaux 12 étant de préférence parallèles à l'axe des abris. En vue d'une mise en fonctionnement et d'un arrêt automatiques du circuit ouvert précité, lesdits tuyaux 12 sont raccordés au collecteur d'eau "froide" C ou au distributeur d'eau "chaude" D par l'intermédiaire d'électrovannes 16 actionnées, par l'in termédiaire d'un ensemble électronique 18, d'une part, par un détecteur de la température ambiante 20 et d'autre part, par un détecteur de l'humidité du sol 22. Le raccordement des tuyaux 12 sur le collecteur C ou le distributeur D peut se faire soit directement, soit par échangeur interposé, selon le type de la source chaude ou la qualité de l'eau utilisée. En règle générale, on note qu'il peut être avantageux en fonction de la culture de placer sur la surface du sol un "paillage" en plastique ou en paille 16 (couverture isolante) judicieusement percé d'ouvertures, les conduites 2 reposant dès lors sur ledit "paillage". Ainsi l'irrigation du sol par l'eau d'aspersion peut être contrôlée en utilisant un "paillage" pourvu d'ouvertures de dimensions appropriées, l'eau qui ne pénètre pas dans le sol étant évacuée par des rigoles. On peut noter par ailleurs, que la conception du montage en dérivation des conduites 2 sur le distributeur D et le collecteur C permet un fonctionnement souple de l'installation grâce aux possibilités d'inversion du sens de circulation de l'eau dans une conduite et de mise hors service totale ou partielle de l'une desdites conduites 2. Par ailleurs, on précise que la nature desdites conduites 2 et le mode selon lequel ces dernières sont agencées dans le sol répondent à la fois à des paramètres culturaux et thermiques. Ainsi, on précise que des conduites 2 en polyéthylène noir, de rayon de préférence inférieur à 3 cm et ayant une con ductivité thermique supérieure à 0,5 W/mOC, conviennent pleinement à divers usages agricoles, des conduites de nature mé talllque et de diamètre supérieur pouvant être utilisés pour des cultures riches D'autre part, on précise que la longueur d'une conduite 2, la profondeur d'enfouissement P des conduites et leur espacement e dépendent principalement de données agricoles sachant toutefois que l'effet thermique cbtenu est d'autant plus élevé que les conduites 2 sont longues, peu profondes et moins espacées e Ainsi, la profondeur d'enracinement détermine le niveau d'enfouissement des conduites tandis que la densité de plantation détermine leur espacement et la surface des parcelles leur lon gueux A titre indicatif. la profondeur d'enfouissement P est par exemple comprise entre environ 25 et 35 cm et l'espacement e entre les conduites est par exemple compris entre 80 et 160cl Par ailleurs, on précise que selon l'invention, le détecteur 20 de la température ambiante est de préférence une résistance thermique de platine et que le détecteur 22 du degré d'humidité du sol est de préférence une sonde de conductimétrie constituée de deux électrodes de platine noyées dans un bloc de plâtrez D'autre part, l'installation peut disposer en outre d'un ensemble de sondes destinées au contrôle des gradients thermiques et hydriques établis dans le sol, afin d'estimer par comparaison avec le sol froid les réserves en calories et en eau constituées au cours d'une saison. Le mode de réchauffage d'un sol cultivé grâce à l'installation de l'invention découle de la description qui précède. Il consiste essentiellement 1 - à établir dans les conduites enterrées 2, en fonction de la saison déterminant la température moyenne du milieu ambiant ainsi que l'humidité du sol, un débit de circula tion approprié en vue de l'établissèment d'un flux thermi que ascendant susceptible de conduire à l'obtention d'une plage donnée de températures pour le sol et l'air des abris On précise que les abris 15 et éventuellement le "paillage" 16 sont indispensables en saison froide pour limiter le rayonnement thermique dans l'atmosphère. I1 va de soi que le débit de circulation dans les conduites 2 sera plus élevé en saison froide, les paramètres de réalisation tels que notamment la profondeur d'enfouisse ment des conduites ayant été calculés pour qu'un débit maxi mal de circulation permette en saison froide l'obtention d'un flux thermique suffisant.Le débit utile en saison froide est compris entre 50 et 100m3/h à l'hectare, tandis qu'en saison chaude, il peut être réduit entre 30 et 70m3/h à l'ha selon les critères agricoles précédents (espacement et débit optimal d'échange des conduites) 2 - à assurer automatiquement gracie au détecteur 20 de la tem pérature ambiante et au détecteur 22 du degré d'humidité du sol a) en été et au printemps lors d'un échauffement diurne excessif un rafraichissement superficiel du sol à partir de l'eau d'irrigation provenant des tuyaux d'aspersion 12, l'évaporation de cette eau permettant d'éviter aux végétaux des "coups de chaleur". Bien entendu, en saison chaude les abris ne sont pas disposés au-dessus du sol. Ce dernier conserve toujours en profondeur un certain échauffement par rapport au sol témoin. On note qu'en dehors de la saison hivernale, on peut tirer profit des radoucissements climatiques pour ré duire le débit du circuit fermé au bénéfice du circuit ouvert. b) en hiver et en automne, lors d'un rafraichissement climatique diurne excessif, le chauffage de l'air des abris et du sol à partir de liteau d'irrigation alimen tant les tuyaux d'aspersion 12, l'échange de chaleur entre le dispositif d'aspersion et l'air des abris permettant de maintenir hors gel les parties aériennes des plantes. La dissipation des calories est ainsi globalement maintenue à son niveau optimal. L'excédent calorifique existant entre l'eau chaude et le sol varie en effet, selon la température disponible au système de refroidissement de la Centrale et en fonction des saisons Le niveau optimal recherché, obtenu pré clsément grâce à une modulation des débits respectifs des circuits ouvert et fermé, permet d'utiliser au mieux l'énergie excédentaire disponible dans l'eau pour fournir au milieu la puissance thermique maximale. Ainsi, au fil des saisons parvienton à stabiliser le rapport énergie disponible/puissance thermique dissipée à l'intérieur d'une fourchette étroite qui assure en pratique le microclimat désiré et Ïe refroidissement maximal de l'eau. On précise que la mise en route du circuit ouvert cons titué des tuyaux 12 résulte en saison froide du dépassement d'un seuil bas par le détecteur 20 de la température ambiante et en saison chaude du dépassement d'un seuil bas par le détecteur 22 de l'humidité du sol tandis que l'arrêt du circuit ouvert résulte en saison froide du dépassement d'un seuil haut par le détecteur 22 de l'humidité du sol et en saison chaude du dépassement d'un seuil haut par le détecteur 20 de la température du sol. D'autre part, on note qu'il est nécessaire de contrôler le degré d'humidité du sol et de maintenir ce dernier (lié à la composition et à la granulométrie du sol) au-dessus d'un seuil satisfaisant à la fois les besoins en eau des plantes et les propriétés thermiques du sol dont la conductivlté apparente doit lo -1 s'élever au moins a 1 W.m 13C C REVENDICATIONS 1 Installatlon pour le conditionnement microclimatique d'un sol destiné à la production végétale à partir d'eau disponible à une température suffisante, caractérisée en ce qu'elle comporte - une pluralité de conduites enterrées dans le sol, ces conduites étant reliées à l'une et à l'autre de leurs extrémités à un distributeur d'eau et à un collecteur eau - une pluralité de tuyaux percés d'orifices d'irrigation, ces tuyaux étant posés sur la surface du sol et alimentés en eau à l'une de leurs extrémités - des abris en une matiere isolante et transparente, amovibles et surmontant au moins l'un desdits tuyaux - des moyens pour assurer et réguler la circulation d'eau dans chacune desdites conduites - des moyens pour établir ou arrêter une circulation d'eau dans chacun desdits tuyaux - des moyens de détection de la température ambiante - des moyens de détection de l'humidité du sol ;; - des moyens de commande des dits moyens pour établir ou arrêter une circulation d'eau dans chacun desdits tuyaux, ces moyens étant actionnés par lesdits moyens de détection de la tempéra ture ambiante et/ou de l'humidité du sol 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits tuyaux sont reliés à l'une de leurs extrémités au distributeur d'eau ou au collecteur d'eau 3 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits tuyaux sont séparés de la surface du sol par une couverture isolante percée d'ouvertures de dimensions appropriées 44 Installation selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les conduites se présentent sous la forme d'un U et sont juxtaposées à un écartement approprié dans un meme plan parallèle à la surface du sol 5 Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des extrémités d'une conduite est raccordée par l'intermédiaire de moyens pour assurer et réguler la circulation d'eau dans ladite conduite d'une part, au distributeur et d'autre part, au collecteur 6 Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les bases d'au moins certains des tt sont raccordées par des conduits servant chacun de liaison hydraulioue entre deux conduites adjacentes. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que lesdits moyens de détection de la température ambiante sont constitués par une résistance thermique de platine 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de détection de l'humidité du sol sont constitués par une sonde de conduc timétrie comportant deux électrodes en platine noyées dans un bloc de plate