Brevet FR2501108A1 — publié le 19820910

La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication de tuyaux d'irrigation et autres usages. L'invention vise à améliorer les conditions d'irriga- tion des cultures par des systèmes d'irrigation du sous-sol et par dégouttement ou ruissellement, en utilisant un maté- riau fibreux polyoléfinique composé de fils plastiques fle- xibles et dénommé par la suite "plexifilamenteux" qui est uni, lié et filé, mais non tissé. A l'heure actuelle, le marché offre une série d'arti- cles pouvant être utilisés dans des systèmes similaires à ceux précédemment mentionnés. Dans de nombreux articles et revues, on fait état des progrès et de l'avenir de ces systèmes d'irrigation. Les premiers types de tuyaux utilisés dans des systèmes de ce genre étaient constitués par un tube en plastique de faible coût, qui présentait une série de petits orifices à des in- tervalles adéquats. D'autres systèmes pour l'irrigation du sous-sol et l'irrigation par dégouttement ou ruissellement possèdent des distributeurs complexes. L'inconvénient de ces deux systèmes réside dans le fait que les orifices ou les distributeurs peuvent être bouchés par la terre, par les or- ganismes vivant dans celle-ci ou par des particules en sus- pension dans l'eau fournie, par exemple: sédiments, algues, etc. Les premières expériences ont été réalisées avec des tuyaux poreux en longues fibres de plastique, présentant des milliers de petits trous dont les dimensions allaient d'un à cinq microns, ou même davantage. De même, dans le brevet britannique NI 1 290 847, on décrit l'emploi d'un tuyau poreux et fibreux fabriqué avec en des structures tissées ou non tisséeë tfibres naturelles ré- générées ou en fibres synthétiques. Ces tuyaux sont perméables aux fluides et ne peuvent pas être bouchés par la terre ou les organismes vivant dans celle-ci, ou encore par des particules en suspension dans l'eau fournie. En outre, ils présentent un haut degré de tension/traction pour supporter la pression intérieure de l'eau nécessaire dans les systèmes d'irrigation du sous-sol ou dans ceux à dégouttement ou ruissellement. Ils possèdent également une grande résistance en ce qui concerne l'assemblage des bords du tube, par exemple avec des joints thermiques. Ils résistent à l'attaque des insec- tes du sol. D'autre part, ces tuyaux sont d'un faible coût et ont une longue vie dans la terre, car le matériel plexifila- menteux polyoléfinique n'est pas biodégradable. La présente invention concerne donc un tuyau flexible et perméable aux fluides, constitué par deux feuilles indé- pendantes de matières différentes, lesquelles forment un tu- be ayant deux parois concentriques. La feuille constituant la paroi intérieure, qui a pour mission de régler la sortie des fluides, est fabriquée avec un matériau plexifilamenteux po- lyoléfinique non tissé; ce matériau se caractérise par le fait qu'il a une porosité de 0,5 à 0,7, un angle de contact de plus de 850 et une porosité Gurley-Hill de 4 à 70 secondes/ cm3. Le tuyau est donc constitué par deux pièces diffé- rentes superposées et allongées dont les extrémités latéra- les se terminent par une projection plane et imperméabilisée. Le matériau plexifilamenteux en feuilles, à partir du- quel sont fabriqués les tuyaux objet- de la présente inven- tion, est décrit dans le brevet U.S. no 3 442 740. Ce maté- riau, polyoléfinique, plexifilamenteux, peut être produit, conformément au dit brevet, en feuilles de filaments/fibres à partir d'une fibre ayant un poids moléculaire élevé et constituée de polymères. Les polymères hydrophobes sont par- ticulièrement appréciés à cause de leur propriété de repous- ser l'eau. Les polymères hydrophobes sont ceux qui ont la propriété de ne pas être mouillés par l'eau. Les polymères utilisables sont ceux qui appartiennent à cette catégorie de polymères d'addition. Parmi eux, on préfère les polyhydrocar- bures, et en particulier le polyéthylène linéaire. D'autres polymères d'addition adéquats sont les suivants: mélange de polyéthylène linéaire avec des quantités inférieures de poly- éthylène ramifié, polypropylène, polybutène, polybutylène, polybutadiène et mélanges de ces produits. Les feuilles fabriquées avec les polymères mentionnés ci-dessus ont la forme d'un réseau intégral d'éléments fi- breux semblables à des rubans dont les sections transversales 250 1 108 varient le long des éléments. On peut vérifier cette structu- re en coupant la feuille et en découvrant ainsi quelques élé- ments fibreuxL en retirant un ou plusieurs de ces éléments fibreux, et en examinant des sections consécutives, transver- sales, avec un grossissement de 450 fois. Ces éléments délicats, membraneux, semblables à des ru- bans, ont une épaisseur normale de moins de quatre microns. Dans la structure de la feuille, le matériau polymère forme des couches superposées et intersectées. La superposi- tion est visible, dans les structures des feuilles, du fait que beaucoup d'éléments fibreux sont alignés dans des direc- tions transversales les unes par rapport aux autres. Cela peut être vérifié de la même manière que précédemment: en coupant la feuille. On observe que certains éléments fibreux ont une direction qui croise la coupure. La partie coupée est ensuite rompue dans une direction transversale à 900 par rapport à la coupure initiale. On observe de nouveau les filaments fibreux qui croisent la coupure. Ces éléments sont orientés dans une direction transversale établissant la for- me d'intersection et de superposition des couches. Si cette superposition n'existait pas, les éléments fibreux semble- r aient aller, en général, dans la même direction, comme ils le font dans le matériau plexifilamenteux achevé de filer, décrit dans le brevet belge NO 568 524. Une des caractéristiques du matériau en feuilles propre à l'emploi dans les tuyaux objet de la présente invention peut être définie comme résidant dans l'absence de parallé- lisme d'orifices ou de tunnels continus dans le matériau en feuille. On observe cette caractéristique avec un grossis- sement de 450 fois de la surface de la feuille. Cette obser- vation permet de constater l'existence de vides ou poches dans le matériau en feuille, qui communiquent entre eux de façon irrégulière par des chemins tortueux et interconnectés. Ces chemins confèrent au tuyau de matériau en feuille la propriété d'être perméable aux fluides, condition indispen- sable pour la transmission d'eau à une vitesse contrôlable à travers la paroi. Cette sinuosité dans le matériau fi- breux est décrite dans "Flow of Gases in Porous Media", Carman, Academic Press, New York (1956). Le matériau plexifilamenteux polyoléfinique sous forme de feuilles avec lequel sont réalisés les tuyaux>objet de la présente invention, n'est pas facilement mouillé par l'eau; par exemple, l'angle de contact doit être supérieur à 85 , comme on peut le voir dans la méthode décrite dans "Surface Chemistry, Theory and Applications", Bikerman, Academic Press, 2nd Ed., New York (1958). La porosité Gurley-Hill du matériau plexifilamenteux polyoléfinique doit se situer dans la plage de 4-70 secondes! cm3 et, de préférence, dans celle de 6-30 secondes/100 cm3, porosité Gurley-Hill, définie comme le temps nécessaire pour que 100 cm3 d'air passent à travers 6,45 cm2 du matériau sous une pression de 9 000 pascals. Le matériau plexifilamenteux polyoléfinique adéquat pour les tuyaux)objet de la présente invention.,peut avoir un poids de base compris entre 5.102 et 12.102 N/m2 (50 et g/m et une épaisseur comprise entre 1 et 4 millimètres. La feuille constituant la paroi extérieure, qui a pour O mission de protéger la paroi intérieure de l'attaque des insectes du sol, est fabriquée avec du matériau poreux et fi- breux, à structure non tissée de fibre de polyester floquée, poinçonné mécaniquement et fini avec un matériau en styrène- butadiène. Les articles objet de la présente inventionR sont fabri- qués en faisant passer les deux feuilles de matériaux diffé- rents par deux formateurs concentriques. La feuille en maté- riau polyoléfinique, plexifilamenteux, passe par le formateur intérieur, qui lui donne la forme d'un tube en assemblant longitudinalement ses bords, lesquels restent superposés. La feuille de non tissé en polyester floqué passe par le forma- teur extérieur, qui donne à cette feuille la même forme que le formateur précédent a donné à la première, mais sans assem- bler ses bords, le tube ainsi formé entourant le tube en maté- riau plexifilamenteux sur-toute sa surface sauf dans sa par- tie supérieure sur une largeur égale au double de la super- position. Une fois passées par le formateur, les deux feuilles sont scellées et soudées l'une à l'autre pour former le tuyau en leur ajoutant du polyéthylène fondu et en les faisant passer ensuite par une série de rouleaux qui les compriment et les refroidissent. Pour faciliter la compréhension de la description ci- après, on se référera au dessin annexé représentant une forme de réalisation pratique de l'invention, à titre d'exemple non limitatif. Dans ce dessin - la figure 1 est une vue en plan de dessus du tuyau; - la figure 2 est une vue latérale du tuyau; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du tuyau, et - la figure 4 est une vue en plan de dessous du tuyau. Le tuyau obtenu par le procédé de l'invention est cons- titué par une feuille en matériau plexifilamenteux, en polyé- thylène non filé (1), et donc de nature perméable, de lon- gueur et de largeur adéquates, qu'on fait passer par un for- mateur tubulaire de façon à obtenir l'assemblage longitudinal des bords (4) convenablement superposés, figure 3; cette feuille tubulaire perméable est enveloppée extérieurement avec une deuxième feuille (2) en un matériau non tissé de polyester floqué, poinçonné mécaniquement et terminé avec un matériau styrène-butadiène par l'intervention d'un formateur extérieur, qui donne à la deuxième feuille (2) la même forme que la feuille (1), mais sans assemblage de ses bords (3), de telle façon que le tube intérieur (1) soit entouré par le tube extérieur (2) sur toute sa surface, sauf à la partie supérieure, sur une largeur à peu près égale au double de la superposition (4), le formage étant complété par le scelle- ment et la soudure (5) des deux feuilles (1) et (2) dans la zone de jonction en ajoutant du polyéthylène fondu. Enfin, on fait passer le tuyau ainsi obtenu par une sé- rie de rouleaux qui le compriment et le refroidissent, de façon qu'il prenne une forme plate, comme un ruban, suscep- tible de se gonfler jusqu'à présenter une forme tubulaire (figure 3), quand il est rempli par un fluide, par exemple de l'eau, avec une pression de travail adéquate. 2501108 ' Dans ces conditions. une fois montée l'installation d'ir- rigation, le matériel perméable de la feuille interne (1) permet le passage de l'eau, qui sort définitivement à l'ex- térieur à travers la feuille extérieure poinçonnée (2), la- quelle protège en même temps la feuille intérieure, véritable doseur de l'irrigation, contre l'attaque des insectes et autres agents. Ce tuyau possède également d'autres qualités indispensa- bles pour son utilisation dans des systèmes d'irrigation du sous-sol et des systèmes à dégouttement ou ruissellement haute résistance du joint, une longue durée de vie et un flux uniforme. Ces qualités sont nécessaires pour pouvoir utiliser les tuyaux dans un système d'irrigation avec des grandes longueurs de canalisations; par exemple, des lon- gueurs de 150 mètres dans un système d'irrigation terminale indépendante et de 300 mètres dans un système à deux fronts à extrémités égales. Elles sont aussi nécessaires pour assu- rer une distribution uniforme de l'eau dans la terre dans de telles longueurs de tuyaux. Il faut une haute résistance des jonctions tout le long des joints thermiques des tuyaux pour supporter la pression, par exemple 35 000 à 60 000 pascals, valeur utilisée dans des systèmes d'irrigation o des quantités d'eau différentes sont fournies pour varier la pression de l'eau, et o les différences d'élévation sur un champ peuvent exiger des pressions supérieures de 15 000 à 20 000 pascals pour vaincre l'effet gravitationnel sur le flux dans le système d'irrigation. Une autre condition indispensable réside dans l'obten- tion rapide d'un flux équilibré dans les tuyaux pour réaliser une distribution uniforme de l'eau à la terre dans les sec- tions de tuyau les plus proches de la source d'eau. Il faut également assurer une grande résistance contre l'attaque des insectes du sol. D'autre part, il est nécessaire que les tuyaux conservent ces qualités pendant de longues périodes d'enfouissement dans la terre et qu'ils soient capables de résister au cycle du système d'irrigation quand il est mis en marche et quand il s'arrête. Ce type de tuyau peut être utilisé pour d'autres appli- cations, par exemple pour la ventilation de la terre, la dis- tribution de fertilisants, l'aération d'étangs à poissons et de bassins d'eaux résiduelles, ainsi que pour la séparation de solvants organiques du milieu aqueux. Les propriétés des tuyaux sont démontrées par les exem- ples et comparaisons suivants, reproduits pour que lesdites qualités puissent être constatées. EXEMPLE I Dans un essai de laboratoire, un tuyau selon l'invention a été fabriqué avec un diamètre intérieur nominal de 9,6 mm, conformément à la méthode décrite ci-dessus, en matériau plexifilamenteux de polyéthylène en feuilles, et en matériau poreux à structure non tissée de fibre de polyester floquée, préparé suivant le processus du brevet U.S.A. n0 3 442 740 déjà mentionné. Le matériau en feuilles a un poids de base de 6,6.102 newtons par mètre carré, une épaisseur nominale de 140 millièmes de millimètre, une porosité de 0,6, un an- gle de contact de 990 et une porosité Gurley-Hill de 10 secondes/100 cm3. On a mesuré la résistance des jonctions pour déterminer l'adhérence de la pellicule du joint thermi- que de chaque côté du tuyau avec un enregistreur à 2,5mm par minute. On a coupé des échantillons du tuyau mesurant 25,4mm et on les a pliés pour mesurer la résistance de plus d'un joint.La résistance dudit joint a été 3-3,4 newtons par cm. On a étudié le flux dans le tuyau objet de cet exemple en plaçant des sections du tuyau de 1,20 m de longueur dans des tubes de verre légèrement inclinés pour pouvoir re- cueillir et mesurer l'eau filtrant à travers les parois du tuyau. On a utilisé de l'eau non filtrée et le flux initial à 18 000 pascals était de 27 cm une heure après. Le flux équilibré d'environ 20 cm par jour a été obtenu après 10 heures environ, cette vitesse étant maintenue pendant plus de 10 000 heures. Un essai de vie accélérée du tuyau a été effectué à plusieurs pressions, comme on l'indique dans le Tableau I, avec une longueur de tuyau de 30 cm. A 1120O0 pascals, le tuyau a éclaté en 280 heures. Une extrapolation semi- logarithmique des données du Tableau I indique une vie anti- cipée d'environ 2000 - 4000 heures avec un tuyau d'irriga- tion du sous-sol travaillant à une pression de 35000 - 15000 pascals. TABLEAU I PRESSION (103 pascals) TEMPS JUSQU'A LA RUPTURE (HEURES) 182 42,5 126 190 112 280 EXEMPLE II Un tuyau a été préparé et vérifié de la même manière que dans l'exemple I. La feuille plexifilamenteuse en polyéthylè- ne a un poids de base de 9.10 newtons par mètre carré, une épaisseur nominale de 0,2 mm, une porosité de 0,6, un angle de contact de 1140 et une porosité Gurley-Hill de 12 secon- des/100 cm3. La résistance des joints du tuyau, déterminée par l'essai d'adhérence de la pellicule, a été de 140 000 - 175 000 pascals. Le flux a été étudié selon le procédé de l'exemple I. On a constaté une vitesse nominale du flux de 15 cm jour avec une pression de 17 000 pascals et il a fallu environ 20 heu- res pour parvenir à un flux équilibré. Des essais de vie accélérée ont été effectués de la même façon que dans l'exem- ple I; les résultats apparaissent dans le Tableau II. Le tuyau a éclaté à 112 000 pascals en 710 heures. Une extrapo- lation semi-logarithmique de ces données indique une vie accé- lérée d'environ 6500-4500 heures pour un tuyau d'irrigation du sous-sol travaillant avec une pression de 14 000 à 35 000 pascals. On a effectué un essai avec des rayons ultraviolets sur le tuyau pour s'assurer qu'il était possible de l'utiliser dans un système d'irrigation par dégouttement ou ruisselle- ment sur la surface du sol. Le tuyau a été exposé aux rayons ultraviolets en utilisant un Xenotester avec un filtre à quartz. La résistance des joints a été vérifiée après 100 et 200 heures d'exposition en procédant à l'essai d' adhésion de la pellicule. Celle-ci était initialement de 144 200 pas- cals. Après 100 heures d'exposition, la résistance des joints était de 113 400 pascals et après 200 heures cette résistance était de 44 800 pascals. Une exposition de 100 heures dans le Xenotester équivaut à une exposition de 6 mois dans des régions du monde avec une haute intensité d'exposition aux ultraviolets, par exemple en Arizona pendant l'été. Cela si- gnifie que ces tuyaux auraient une vie utile correspondant au moins à une saison de culture dans un système par dégout- tement ou ruissellement. TABLEAU II PRESSION TEMPS JUSQU'A LA (10 pascals) RUPTURE (HEURES) 343 18 280 54 252 86 217 160 182 361 154 430 112 710 Un tuyau pour l'irrigation décrite, réalisé selon des procédés antérieurs à la présente invention en un matériel plastique poreux à fibres longues, a été vérifié conformé- ment aux méthodes exposées dans l'exemple I. La résistance des joints de ce tuyau, déterminée par l'essai d'adhérence de la pellicule, a été de 42 000 à 56 000 pascals. La vitesse initiale du flux sous 14 000 pascals de ce tuyau, était de plus de 1,90 mètre par jour, et la vitesse du flux n'a atteint son équilibre de 0,27 mètre par jour, qu'après 200-300 heures. Un essai de vie accélérée, comme on le voit dans le Tableau Il, a eu pour résultat la rupture du tuyau après 2,5 heures à 112 000 pascals. Une extrapolation semi-logarithmique de ces données indique une vie anticipée du tuyau de moins de heures à 14 000 pascals. 2501108-' TABLEAU III PRESSION TEMPS JUSQU'A LA (103 PASCALS). RUPTURE (HEURES) 112 2,5 84 6 10 56 12,3 Le matériau plexifilamenteux polyoléfinique de ce tuyau avait un angle de contact de 54 . Le matériau présentait des milliers de trous droits, non déviés, de 10-15 de diamètre. Le faible angle de contact, la faible résistance du joint, la courte vie anticipée en service et le temps pro- longé nécessaire pour atteindre le flux équilibré de ce tu- yau, qui apparaissent dans ce cas en rapport avec le traite- ment du matériel par décharge en couronne et avec des agents antistatiques, font que ledit tuyau ne convient pas pour l'utilisation dans des systèmes d'irrigation comme ceux qui ont été mentionnés. Ce procédé est applicable pour réaliser n'importe quel- les dimensions et avec tous les matériels adéquats; il peut admettre toutes modifications de détail à condition qu'elles ne changent pas son principe fondamental. EXEMPLE III Un tuyau a été préparé comme dans les exemples précé- dents; la feuille en matériau poreux à structure non tissée de fibre de polyester floquée, poinçonnée mécaniquement, avait une épaisseur de 1 mm et un poids de 2,3 newtons par mètre carré. On a étudié la résistance de ce tuyau à l'attaque des insectes du sol en le plaçant dans un champ o ces insectes étaient actifs; en même temps, on a placé dans le même champ une série de tuyaux fabriqués seulement avec une feuille de matériau plexifilamenteux en polyéthylène; ces tuyaux ont été préalablement traités en les plongeant dans des solutions de pesticides spécifiques contre les insectes du sol; une fois dans le sol, on leur a appliqué un nouveau traitement en versant un mélange de ce produit et d'eau tout le long de chaque tube sur une bande de 32,40 cm; on a installé égale- ment un tuyau fabriqué uniquement avec une feuille de maté- riel plexifilamenteux en polyéthylène, sans aucun traitement contre les insectes du sol, pour servir de témoin de l'essai. Tous les tubes ont été enterrés à une profondeur de 10 à 13 cm. On a utilisé sept insecticides différents, portant, pour cette expérience les numéros suivants: N 1 Dyphonate N 2 Mocap N 3 Dasinit N 4 Euradan N 5 Diazinon N 6 Roténone N 7 Chlordane. Le numéro 8 était le tube d'une seule feuille de maté- riau plexifilamenteux en polyéthylène sans traitement et le numéro 9 correspondait au tuyau à double feuille de la pré- sente invention objet du brevet. Tous les tubes avaient une longueur de 60 mètres. Le champ était disposé de telle façon qu'il y avait quatre répétitions. Le résultat de cette expérience est décrit dans le tableau suivant: TRAITE- MENT INSTALLE TERMINE DUREE REPETI- MOYENNE SEMAINES TIONS N TROUS Tuyau 1 Feuille No 1 Dypho" 18/5/80 16/9/80 17 22 nate 62 27,5 12 27,5 * Tuyau 2 Feuille N 2 Mocap 18/5/80 16/9/80 17 8 48 19 à suivre INSTALLE TERMINE Tuyau 1 Feuille N03 Dasinit 18/5/80 Tuyau 1 Feuille N04 Euradan 18/5/80 Tuyau 1 Feuille N 5 Diazinon 18/5/80 Tuyau 1 Feuille N 6 Roténone 18/5/80 Tuyau 1 Feuille N07 Chlordane 18/5/80 Tuyau 1 Feuille N 8 Témoin 16/9/80 17 16/9/80 17 16/9/80 17 16/9/80 17 16/9/80 18/5/80 16/9/80 Tuyau 2 Feuilles N 9 Objet du brevet o0 0. o0 o 18/5/80 16/9/80 TRAITE- MENT DUREE SEMAINES REPETI- TIONS N TROUS MOYENNE -3 7,5 7,5 4,5 34,75 Revendications 1.- Procédé pour la fabrication de tuyaux pour l'irri- gation et autres usages, caractérisé par le fait qu'au moyen d'un formateur tubulaire adéquat, on procède au formage d'une feuille de nature perméable et de dimensions appropriées, de façon que ses bords, convenablement superposés, puissent être assemblés longitudinalement, constituant ainsi un tube d'une longueur indéterminée, tube qui, au moyen d'un forma- teur adéquat, est enveloppé avec une autre feuille plus lar- ge, de nature imperméable, poinçonnée mécaniquement, réali- sant ainsi une enveloppe tubulaire, mais sans assemblage de ses bords, ces derniers restant bien séparés pour permettre le scellement et la soudure longitudinale de ces deux feuil- les dans la zone de jonction, en leur appliquant un matériau de soudure adéquat. 2.- Procédé selon la revendication précédente, caracté- risé par le fait qu'on fait passer le tuyau ainsi obtenu par une série de rouleaux qui le compriment et le refroidissent, en lui donnant une forme plate, semblable à celle d'un ruban, susceptible de se gonfler tubulairement au passage d'un flui- de sous une pression adéquate. 3.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fai ze la feuille perméable est consti- 2o_ li nique tuée par un matériautcomposé de fils plastiques flexibles et dénommé ici "plexifilamenteux", non tissé, qui a une porosité comprise entre 0,5 et 0,7, une porosité Gurley-Hill de 4 à secondes par cm et un angle de contact supérieur à 850. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau plexifilamenteux polyoléfinique a un poi s compris entre 5,4.10-2 et 14,5.102 newtons par mètre carré et une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,3 millimètre. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la feuille imperméable est cons- tituée par un matériau polyester floqué, non tissé, poinçon- né mécaniquement et fini avec un matériau en styrène-buta- diène. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau en polyester a un poids compris entre 200 g/m2 et 230 g/m2 et une épaisseur comprise entre 1 mm et 1,5 mm.