Brevet FR2406387A1 — publié le 19790518

La présente invention est relative à un procédé d'irrigation de sols de culture et des plantes qui y sont cultivées. Les valeurs de pF définissant la teneur en eau optimale d'un sol (le terme de sol se rapportant ici à tout type de substrat dans lequel on fait pousser une plante) varient, comme l'homme de l'art le reconnaitra facilement, de 2,7 à 4,2, ce qui correspond à 0,5 à 15,0 atmosphères, (voir R.K. Schofield, "The pF of water in soil", Trans. Intern. Congres. Soil Sci., 3rd Congr., Oxford, 2:37-48, 1935; S. Henin, R.Gras, G.Monnier, "Le profil cultural", Paris, 1969; et P. Duchaufour, "Précis de Pédologie", Paris, 1965). Les valeurs optimales de pF doivent de plus être maintenues sensiblement constantes dans le temps, pour éviter les fatigues qui pourraient affecter une croissance optimale d'une plante et cela pendant un temps aussi prolongé que possible de façon à réduire la fréquence des interventions. Dans les procédés classiques pour maintenir le sol dans les limites de pF optimales, la quantité d'eau fournie au sol n'est pas automatiquement en relation avec la perte par évaporation/transpiration, et en dÉpit des efforts faits pour un réglage de l'irrigation en fonction de la perte réelle et variable d'eau, les conditions optimales ne peuvent être obtenues qu'occasionnellement et pendant de courtes périodes de temps. L'importance croissante des techniques de culture correcte des plantes a conduit à proposer plusieurs procédés qui, selon les besoins comportent l'arrosage en pluie, ou l'irrigation par écoulement ou goutte à goutte, ou par capillarité; dans ce dernier cas les pots qui sont destinés à reposer sur un feutre, un mat ou une surface de mousse synthétique, en retire l'eau et les éléments nutritifs également par action capillaire. On a également proposé, entre autres, des récipients porteurs de pots qui sont munis à leur fond d'un réservoir d'eau ayant pour fonction de fournir une quantité d'eau pour un transfert ultérieur de celle-ci vers le pot et le sol, par capillarité à travers un élément en feutre ou en tissu, ou une mèche qui trempe dans ledit réservoir d'eau. Même s'il n'est pas possible de considérer ou de classer cela comme procédé d'irrigation pour un milieu de culture ou une plante on connait également l'utilisation depolymereYs soigneu- sement mélangés au sol comme Xamendement, et qui par accroissement de la capacité de rétention d'eau du milieu de culture obtenu, ont tendance à prolonger, en tout cas pendant un temps limité seulement la vie de la plante. Relativement à l'utilisation mentionnée ci-dessus des polymères synthétiques hydrophiles, la Société UNION CARBIDE a récemment mis au point un hydrogel pour application dans l'agriculture, appelée "Viterra Soil Amendment" qui est réalisé à base d'un polymère non ionique poly(oxyde d'éthylène), et qui est pré senté sous la forme d'un matériau insoluble granulaire hydrophile. Comme c'est habituellement le cas pour les amendements de sol, Union Carbide prescrit de mélanger soigneusejnent ces granules d'hydrogel avec le milieu de culture destiné à recevoir la plante. Dans ce cas, les racines viennent en contact avec les granules d'hydrogel de sorte que l'eau contenue dans l'hydrogel soit absorbé par les racines directement à partir des granules d'hydrogel. Ainsi, il apparait que du fait qu'il n'est pas possible de dépasser une certaine concentration de granules d'hydrogel dans le milieu de culture pour ne pas provoquer de telles conditions d'asphyxie, la quantité d'eau contenue dans l'hydrogel ne peut dépasser des limites bien déterminées (correspondant approximativement à 10-12 jours de vie de la plante, en moyenne). Aucun des procédés cités ne représente cependant une solution totalement satisfaisante pour résoudre les divers aspects du problème relatif à une alimentation appropriée en humidité du sol de culture et de la plante elle-même. Les raisons principales de ce qui précède peuvent être résumées comme suit A) Manque d'interdépendance automatiquement contrôlée entre l'apport d'eau et l'evaporation/transpiration, dans toutes les techniques décrites ci-dessus; B) Infiltration, et gaspillage consécutif d'eau, lessivage des fertilisants et parasiticides, et contamination résultante de l'environnement, avec certains des procédés cités de l'art antérieur;; C) Action inégale et avec- le temps échec des éléments poreux destinés au transfert de l'eau dans les systèmes qui sont basés sur la capillarité, sans parler du fait que l'utilisation de l'action capillaire pour transférer l'eau vers le sol n'aurait une utilité qu'à condition que les moyens capillaires soient idéalement adaptés par leur structure, ce que les moyens pratiques couramment disponibles, tels que la tourbe,les matériaux de mousse naturelle etsynthetique, les céramiques, les textiles ou tissus et le feutre, sont loin d'être. D) efficacité limitée à court terme, dans le cas qui vient d'être mentionné, du fait de la quantité rigoureusement limitee de polymère pouvant être utilisée et par conséquent de la capacité du"réservoir d'eau", du fait que quand une certaine proportion par rapport au sol est dépassée, la formation de gel restreint rapidement ces possibilités d'échange gazeux qui sont vitales pour une croissance convenable de la plante, jusqu'à tuer la plante. La présente invention a pour objet de réaliser un procédé et des moyens pour faire pousser une plante, dans lesquels l'apport d'eau au sol et à la plante est tel qu'il maintienne la disponibilité"d'eau assimilable" dans une gamme optimale de valeurs de pF. La présente invention a pour autre objet de réaliser un procédé et des moyens qui permettent l'apport d'eau au sol et à la plante tout en maintenant la disponibilité "d'eau assimilable" dans une gamme de pF optimale, de manière continue et sur une période de temps non limitée, pour ainsi prévenir l'apparition de conditions de fatigue ou de choc qui pourraient endommager la plante cultivée et réduire, sinon éliminer, les besoinsd'apport d'eau. La présente invention a encore pour objet de réaliser un procédé et des moyens particulièrement appropriés pour donner une autonomie suffisante en eau,pour une période de temps prolongée, par rapport à la fréquence inévitablement grande d'arrosage conventionnel, aux plantes à fleurs ou vertes en pot, ce qui est évidemment d'un grand avantage par rapport à la culture de la plante, à sa mise sur le marché et à son entretien sur le lieu final de leur destination. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont apparaître plus clairement de la description détaillée qui suit. La présente invention se fonde sur l'exploitation du fait qu'un milieu ou un sol de culture dans lequel pousse une plante, s'il est mis en contact avec une masse sensiblement solide et homogène d'un gel d'un polymère synthetique ou naturel, qui soit hautement hydrophile, mais insoluble et fortement gonflé par de l'eau, garde un état de teneur en eau constant dans une gamme de pF optimale, du point de vue des besoins de croissance de la plante.En réalité, une transition continue et graduelle se produit de l'eau emmagasinée dans le gel depuis le niveau de tension de gel au niveau de tension plus élevé qui est le niveau typique du sol, tendant vers un état d'équilibre qui se déplacera de façon continue dans le sens du gel vers le sol par les processus qui prélèvent de l'eau de ce dernier et les racines venant en contact avec l'hydrogel prélèvent également directement l'eau qui y est disponible. Le procéde selon la présente invention n'a rien de commun avec les procédés d'amendement de sol mentionnés ci-dessus mais est plus assimilable à un procédé d'irrigation. Conformément à l'invention, ce procédé d'apport d'eau, soit direct soit indirect, à une plante placée dans un milieu ou sol de culture, dans lequel on utilise un matériau polymérique gonflant et insoluble dans l'eau à l'état d'hydrogel, est caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à préparer ledit matériau polymérique à l'état d'hydrogel sous forme d'une masse tassée en quantité proportionnelle aux besoins en eau de la plante pendant une période de temps et dans des conditions d'hu midité et de température de l'air prédéterminées, à placer ledit matériau polymérique ainsi préparé dans le milieu ou sol de culture à une position choisie, par rapport au système radiculaire de la plante, de façon à laisser une certaine distance entre ledit matériau polymérique et au moins une partie dudit systeme radiculaire et à laisser ledit matériau polymérique demeurer à ladite position pendant une période indéfinie pour permettre le transfert graduel de l'eau contenue dans ledit hydrogel audit sol ou milieu de culture et par conséquent à ladite plante. Comme indiqué ci-dessus, le pF optimal du gel est communiqué au sol ou au milieu de culture, également depuis des distances relativement grandes de l'ordre d'environ 10 cm et plus (comparativement à 1-2 mm dans le cas d'utilisation du polymère-amendement de sol), dans lequel la plante trouve des conditions de croissance optimale; si, cependant, le sol se trouve être d'un type non approprié pour un transfert d'eau, il sert encore de milieu de support pour la plante et permet un échange gazeux avec le système radiculaire, tandis que le gel alimente la plante directement à travers les extrémités finales d'une partie des racines. Des aspects très intéressants de l'invention sont mis en évidence par le fait que la masse de gel décrite ci-dessus 1) laisse la perméabilité à l'air et la porosité du sol pratiquement inchangées, du fait que la masse d'hydrogel est placée à l'écart de la majeure partie de la racine de sorte que cette dernière est principalement immergée dans le sol; 2) n'a pas de limitations de taille et de capacité; 3) peut être rétablie à son volume de gonflement maximal, après épuisement de son eau en plaçant le polymère, à l'aide d'un processus approprié, en contact avec l'eau; 4) permet, dans l'eau qui le gonfle et qu'il va communiquer au sol et à la plante, la dissolution de fertilisants, d'additifs agricoles,tels que des insecticides, des parasiticides, des activants hormonaux et analogues, à administrer graduellement; 5) peut être "rechargé avec une quantité d'eau correspondant à la quantité perdue, sans être retiré; 6) peut être installé même à une étape intermédiaire du processus de croissance du fait qu'il n'a besoin ni de pots ni de structures particulières, etc..., ni d'introduction dans le sol avant de semer et de transplanter la plante dans le sol proprement dit; 7) peut être installé soit à l'état de polymère gonflé soit à l'é- tat sec pour un gonflement ultérieur en place. L'homme de l'art comprend facilement les grands avantages apportés par ce procédé, du fait que même les meilleures terres ou les meilleurs substrats ont une capacité de rétention d'eau qui ne dépasse pas trois ou quatre fois leur propre poids, et ne communiquent pas une quantité plus grande qu'environ 50% d'eau "effectivement disponible" pour la plante, tandis que les polymeres préfé- rés selon le procédé de la présente invention forment un gel possédant une puissance d'absorption d'eau s'échelonnant de 250 à 1500 fois leurs propres poids,selon que l'eau est de l'eau de ville ou de l'eau distillée,et communiquent sans difficulté plus de 90% de celles De plus,alors que l'on ne peut dépasser la capacité du sol contenue dans un volume déterminé, du fait que l'infiltration se produirait, le procédé de la présente invention permet une utilisation complète de tout le volume sans infiltration ou dommages à la plante par suite d'excès d'eau. En ce qui concerne la nature du gel, un polymère possédant les caractéristiques indiquées est considéré comme utilisable pour les applications de la présente invention, étant capable d'absorber et de retenir l'eau par gonflement en des quantités pondérales dépassant au moins 20 fois son propre poids, et capable en outre après avoir atteint son volume de gonflement maximal de la délivrer au sol et à la plante à raison d'au moins 90% de sa propre capacité, tout en exerçant une faible énergie de retenue avec un pF qui ne dépasse pas 3, même pour une teneur en eau réduite et un gel dont le gonflement est réversible. Pour la mise en oeuvre de l'invention, une masse de gel d'un polymère gonflé, à l'aspect sensiblement d'un solide, doit être intimement en contact avec le sol mais "sensiblement séparé" de celui-ci. Une séparation sensible s'applique ici à l'interposition d'un élément séparateur perméable, adapté pour promouvoir.un échange osmotique/capillaire, soit comme un tamis de mailles de tailles appropriées pour ne pas rompre le contact, ou par simple proximité du gel par rapport au sol, même si le gel peut être mis dans le sol avec des pourcentages décroissants à la périphérie de contact. Pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, les groupes suivants de polymères qui sont donnés à titre d'exemple en aucune manière limitatif, sont utilisables, y compris leurs dérivés qui peuvent effectuer des fonctions chimiques additionnelles très complexes : polyacrylamide, polyacrylates alcalins, acides polyacryliques, polyvinyl alcool, polyoxyéthylène, polyvinyléther, polyvinylpyrrolidone, copolymères éthylène-maléique, guargum, carragheen, pectine, gomme arabique, caséine, amidon dextrane, carboxyméthyl cellulose, hydroxyéthyl cellulose, carboxylate de polyacrylonitrile, sulfonate de polystyrène,polyacrylate d'ammonium, acides polygatturoniques, cellulose méthylée, éthylée ou hydroxylée, acide alginique et ses sels,polyhydroxyacrylates, polyacrylamide partiellement hydrolysée, polyvinylpyridine, de même que leurs copolymères, quelle que soit la manière dont ils sont obtenus, et les mélanges de deux ou plusieurs polymères, tels que peuvent l'exiger les applications spéciales. Les polymères formant les gels préférés sont les polymères qui ne sont pas susceptibles de dégradation et de pourrissement, et qui sont,par conséquent,capables d'accomplir à tout moment leurs fonctions dans ee procédé de manière répétée et sur une période de temps prolongée.Cependant, si on veut enlever rapidement le gel,des polymères à dégradation plus ou moins rapide peuvent également être utilisés.Les polymères les plus appréciés sont les acides acryliques et leurs sels dérivés, la polyacrylamide et ses dérivés, le sulfonate de polystyrène et ses dérivés,le polyoxyéthylène et ses dérivés, et les copolymères éthylène-vinylmaléiques. Tous ces polymères sont en eux-memes connus,également dans d'autres applications, telles que décrites, par exemple dans les brevets US n03.664.343 et 3.669.103. I1 est essentiel,cependant,que le polymère hydrophile considéré soit en même temps insoluble dans l'eau, soit du fait de sa propre nature, soit par réticulation,ou tout autre artifice technique restant du niveau de l'homme de l'art. On comprend que les polymères utilisables sont tous les polymères qui sont aptes à gonfler en présence d'eau, par un mécanisme qui peut être défini par l'expression "d'éponge moléculaire",et qui donc exercent une faible énergie de rétention du type mécanique capillaire avant de délivrer l'eau avec une faible énergie concurrente. L'invention va maintenant être illustrée de façon plus détail lée à l'aide des exemples suivants du procédé mis en oeuvre. Exemple 1 EXEMPLES Deux lits de serre en ciment imperméable, mesurant 1 mètre sur 3, à leurs bases et 10 centimètres de côtés, ont été utilisés. Dans l'un des lits, désigné par "A", on a étalé une couche de 6 cm d'épaisseur d'un gel formé à partir d'un polymère gonflé à l'eau comprenant une acrylamide légèrement réticulée et hydrolysée à 30%, choisie dans les groupes précités et également obtenue dans le brevet US cité, nO 3.669.103 (Exemple 6). Cette dispersion comprend 1000 grammes dudit polymère et 180 litres d'eau de ville,buvable. L'autre lit, désigné par "B" a été réalisé avec une couche de 6 cm d'épaisseur d'une tourbe humide jusqu'à sa capacité maximale de rétention d'eau. Dans ces lits, des pots en terre d'un diamètre de 14 cm et d'une capacité de 1000 cc ont été disposés de la manière habituelle, dans lesquels on a rempoté, avec un substrat comprenant 20% de tourbe, 20% de tourbe fine et 60% de terreau, de jeunes thalles uniformément poussés de Euphorbia Pulcherrima (Poinsettia). Les pots étaient au nombre de 108 et ont été immergés sur environ 7 cm dans les lits humidifiés. En utilisant des conditions de température et d'humidité conventionnelles dans l'art pour de telles cultures, et en n'apportant pas d'eau du tout, on a obtenu les résultats suivants - au lit A, marques de déssèchement au 24ème jour - au lit B, marques de déssèchement au 7ème jour. Les intervalles optimaux de rétablissement de l'humidité dans les lits ont nécessité l'admission d'eau, pour amener le lit A à son niveau initial et le lit B à saturation de la tourbe, avec les cycles suivants - lit A, 20 jours, - lit B, 6 jours. En poursuivant l'état de manque d'eau à la fin de l'exemple 1 un dessèchement irréversible s'est produit après 32 jours en moyenne, depuis la dernière admission d'eau, pour les plantes du lit A et après 10 jours en moyenne pour les plantes du lit B. Exemple 2 On a rempoté, dans 48 pots de polyéthylène désigné par A et possédant un diamètre de 18 cm, de jeunes thalli d'Euphorbia Pulcherrima, 400 cc de gel de polymère de l'exemple 1 ayant été placé au fond du récipient avant le rempotage . Un nombre identique de pots semblables, désignés par "B" ont reçu de jeunes thalli poussés uniformément d'Euphorbia Pulcherrima en utilisant seulement du substrat. Dans un nombre identique de pots ("C"), on a mélangé le polymère au substrat en une proportion de 4 grammes par litre. Le substrat utilisé dans tous les pots état celui décrit dans l'exemple 1. Tous les pots ont été placés dans une serre, à des conditions de température et d'humidité conventionnelles dans l'art, les pots B et C ont été arrosés par infiltration. Les temps de déssèchement irréversible sont ceux apparaissant au tableau I ci-dessous TABLEAU I Echantillons survivants après (jours): Pots avec gel de polymère 6 9 12 15 18 21 24 27 30 31 au fond ................. 48 48 48 48 46 42 38 19 6 0 Pots de référence 48 36 22 8 0 -- -- -- - Pots avec 4 grammes par litre de gmélange de gel. 48 48 48 30 18 9 - Exemple 3 On a rempoté dans 48 pots de polyéthylène, désignés par "A" et possédant un diametre de 18 cm, munis d'un fond à mailles de 2mm,des thalli jeunespoussésuniformément d'Euphorbia Pulcherrima, avant le rempotage on a étalé une couche de 5 cm d'épaisseur d'une dispersion de polymère telle que décrite dans l'exemple I (en prenant soin que les particules de polymère gonflées aient un diamètre plus grand que la taille des mailles du fond); dans un nombre identique de pots semblables désignés par "B", on a rempoté de jeunesthalli d'Euphorbia Pulcherrima , poussés uniformément, en n utilisant que le substrat des exemples I et 2. Les pots ont été placés dans des soucoupes possédant un diamètre de 22 cm et des cotés de 3 cm de hauteur. Les plats ont été remplis d'eau à un niveau de 2 cm, et rétablis à ce niveau au besoin. Tous les pots ont été placés dans la serre à des niveaux de température et d'humidité conventionnels Après 48 heures, les pots B ont montré un excès d'eau et un substrat d'aspect boueux-asphyxiant Les pots A ont montré le degré correct d'hydratation Au seiziemejour les cultures des pots A ont montré des conditions de croissance régulière alors que le substrat étant alimenté en eau par l'action du polymère gonflé, a retenu le degré correct d'hydratation.Les cultures dans les pots B avaient encore leur substrat boueux asphyxiant- et les plantesnDntraient des signes de souffrance dues à l'eau en excès de même que des traces de nécrose du collet et de la tige.Au v i? ngt- sixième jour, les cultures des pots A progressaient bien, tandis que 36 des échantillons des pots B étaient considérés comme perdus par pourrissement les 12 échantillons restant présentant des nécroses fatales aux col lets et à la partie initiale de leurs tiges. Au 31ème jour, les cultures dans les pots A continuaient à pousser régulièrement. Aucun des échantillons dans les pots B n'a survécu. Exemple 4 On a placé dans un récipient en plastique possédant un diamètre de 42 cm et 15 cm de hauteur un pot réticulaire (perméa- ble à l'eau) en polyéthylène de 14 cm de diamètre, disposé au fond du récipient et en son centre. Le pot de polyéthylène réticulaire contenait, rempoté dans un substrat comme celui décrit dans l'exemple 1, un jeune plant de tomate. L'espace annulaire entre le bord circulaire du pot et le bord circulaire du récipient a été rempli d'hydrogel gonflé du type utilisé dans les exemples précédents, jusqu'à une hauteur de 13 cm depuis le fond du récipient. La surface supérieure dudit espace annulaire a été recouverte d'un cache de plastique pour réduire l'évaporation de l'eau de 1'hydrogel. Après 60 jours le sol de culture du pot situé au centre du récipient avait un degré correct d'hydratation et la plante poussée à l'intérieur présentant un développement régulier sans aucun arrosage supplementaire pendant cette longue période de temps. L'hydrogel contenu dans l'interespace annulaire précité a été réduit à environ 1/4 du volume initial. REVEND ICAT IONS 1. Procédé d'irrigation directe ou indirecte, d'une plante placée dans un sol ou milieu de culture dans lequel on utilise un matériau polymérique gonflant et insoluble dans l'eau à l'état d'hydrogel, caractérisé par le fait qu'il comprend-les étapes consistant à préparer ledit matériau polymérique à l'état d'hydrogel sous forme d'une masse tassée en quantité proportionnelle aux besoins en eau de la plante pendant une période de temps et dans des conditions d'humidité et de température de l'air prédéterminées, à placer ledit matériau polymérique ainsi préparé dans le milieu ou sol de culture à une position choisie, par rapport au système radiculaire de la plante, de façon à laisser une certaine distance entre ledit matériau polymérique et au moins une partie dudit système radiculaire et à laisser ledit matériau polymérique demeurer à ladite position pendant une période indéfinie , pour permettre le transfert graduel de l'eau contenue dans ledit hydrogel audit sol ou milieu de culture et par conséquent à ladite plante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau polymérique est placé dans une zone hors du contact avec ledit système radiculaire. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau polymérique est placé dans une zone en contact partiel avec le système radiculaire,de façon qu'au moins le chevelu du système radiculaire pénetre le matériau polymérique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau polymérique a l'état d'hydrogel est utilisé sous forme granulaire. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les granules sont contenues dans une enceinte perméable à l'eau mais ne laissant pas passer les granules. 6. procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit polymère à l'état d'hydrogel est sous la forme d'un ou plusieurs blocs. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit hydrogel contient des agents fertilisants, des agents phytostimulants, des additifs phytosanitaires, de tout type, lesdits agents ou additifs ayant été introduits à un stade quelconque du procédé de préparation du polymère ou de l'hydrogel. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on met en communication l'hydrogel avec une source d'eau de façon à régénérer de façon continue ledit hydrogel à mesure qu'il perd une partie de son eau au profit du sol ou milieu de culture et/ou de la plante en contact avec l'hydrogel.