Brevet FR2512635A1 — publié le 19830318

Procédé et dispositif de tuteurage et d'hydratation automatique et réglable des plantes avec réchauffage du sol par 1'énergie solaire. La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'alimentation en eau des plantes nécessitant un tuteur rage et permettant d'une part, le règlage des débits d'eau en fonction des besoins des dites plantes et assurant d'autre part, le réchauffage du sol par captage de l'énergie solaire. Les divers systèmes utilisés jusqu'à présent pour assurer l'hydratation des plantes sont multiples : on connait les systèmes goutte à goutte les les systèmes pulvérisateurs, utilisés notamment à usage intensif chez les maraichers et horticulteurs. Ces différents systèmes sont en général munis d'un dispositif de règlage de débit soit par contrôle de la pression d'alimentation ou d'un pointeau de réglage volumètrique. On cannait d'autre part, les systèmes de réchauf- fage du sol qui permettent, par élévation de la température du sol au niveau des racines, d'améliorer d'une linière très nette la production de matière sèche, aussi que la production florale de certaines espèces de plantes. Ces systèmes sont, en général, constitués de tubes échangeurs, parcourus par un fluide caloporteur et plates au niveau des racines cxl encore, de résistances électriques permettant par effet joules, l'augmentation de quelques degrés de la tempé- rature du sol. L'idée de base de la présente invention est d 'assurer par un dispositif simple,pour toutes les plantes nécessitant à une période de leur croissance ou durant toute leur durée de vie, leur tuteurage, la fonction hydratation et la fonction réchauffage du sol ; tout en évitant les inconvénients des systèmes existants précédemment désignés. Les inconvénients des systèmes d'hydratation actuellement connus résident d'une part dans l'hydratation superficielle du sol - l'eau descend par infiltration et capillarité au niveau des racines, l'évaporation inévitable d'une partie de cette eau à pour conséquence, d'une part, le refroidissement du sol, d'autre part, une consommation nettement accrue et, enfin, pour les cultures sous abri étanche, une élévation du degré hygrométrique de l'atmosphère avec l'inévitable condensation sur les parois constituant le dit abri.A titre d'exemple, dans une serre notamment, lorsque l'hydra- tation de la racine des plantes est assurée par pulvérisation ou humidification superficielle du sol ; chaque kilogramme d'eau évaporee,prélève au système c 'est à dire à la serre environ 550 Kcal, ce qui revient à dire que la transformation en vapeur et à la pression atmosphèrique des 20 kilogrammes d'eau liquide représente l'équivalent du pouvoir calorifique supérieur du fuel oil domestique, ce raisornement étant exact dans la mesure ou cette même quantité d'eau en phase vapeur ne se condensant pas sur les parois froides de la serre, est évacuée à l'extérieur du système.- D'autre part le règlage des débits ne peut être réalisé d'un manière précise, la plante est souvent suralimentée en eau ou insuffisamment alimentée. Les inconvénients des systèmes de ré chauffage du sol actuellement utilisés résident d'une part dans les besoins énergétiques des diffèrents procédès qui nécessitent dans la majorité- des cas des apports d'énergie non gratuite, d'autre part, assurent le réchauffage du sol dans des zônes où un apport calorifique n'est absolument pas nécessaire et enfin impliquent pour leur mise en oeuvre des travaux de terrassement parfois compliqués et d'un coût non négligeable. La présente invention propose un procédé et un dispositif simple, facile à mettre en oeuvre, supprimant les divers inconvénients précités et trouvant une application particulière notamment pour tous pays où-l'eau est rare et d'une manière générale pour tous pays à fort ensoleillement, l'intérêt de ce système de tuteurage s'avère efficace pour des températures aéeriennes relativement basses dans la mesure ou la nébulosité est réduite. Le procédé de l'invention repose sur un principe rationnel et fonctionnel, permettant de règler à faible coût les besoins en eau au niveau de la racine des plantes nécessitant un tuteurage, tout en assurant le réchauffage,d'une manière ponctuelle du sol par captage de l'énergie solaire et injection par conductibilité et infiltration de la dite énergie thermique dans le sol. Ainsi, la présente invention possède deux fonctions bien distinctes - d'une part assurer à l'aide d'un tuteur l'alimentation règlable de la quantité d'eau nécessaire à la croissance des plantes quelque soit leur période de croissance ou les conditions climatiques auxquelles les dites plantes se trouvent soumises; - d'autre part assurer avec ce même tuteur, le captage de l'énergie solaire interceptée et l'élévation en température du sol au niveau des racines. Suivant la modalité préférée, les deux fonctions sont simultanées mais, il nous est possible d'envisager dans certains cas, le fonctionnement du tuteur uniquement en hydrateur ou le fonctionnement du tuteur uniquement en capteur. Il faut et il suffit soit d'interrompre l'arrivée d'eau, soit de démonter le tube transparent. Suivant une autre modalité intéressante l'eau d'hydratation est chargée d'un produit soluble (sels minéraux par exemple) favorisant la croissance de la plante ou antiparasitaire, ce produit soluble étant susceptible d'être placé dans le réservoir d'alimentation des tuteurs d'hydratation sous forme d'un pain ou d'une poudre ou encore injecté dans la circuit d'alimentation par une petite pompe doseuse dont le débit est fonction de la quantité d'eau admise dans le réservoir. Avantageusement, pour les installations importantes la régulation du niveau de 1 'eau à l'intérieur du bac d'alimentation est assurée d'une manière automatique par un servo-moteur piloté par une cellule photo-électrique sensible à l'énergie thermique solaire par exemple, ou piloté encore par tous systèmes permettant de mesurer l'hygrométrie, la température de l'atmosphère ou du sol, la vitesse du vent et d'une manière générale tous éléments sensibles permettant de déterminer à un instant donné la vitesse d'évaporation et d'agir sur le dit servo-moteur. L'invention est décrite plus en détails à l'aide d'exemples non limitatifs illustrés par les dessins annexés parmi lesquels - Fig. 1 représente le schéma général d'une installation - Fig. 2 représente la plan en coupe d'un tuteur d'hydratation - Fig. 3 représente trois variantes de ce tuteur - Fig. représente le schéma général d'une installation d'hydratation automatique . Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention se compose d'un réservoir à niveau contrô- lé ( 1 ) alimenté en eau sous pression ( 2 ) et dont la distance verticale par rapport au sol pel0G-être modifiée par un ensemble de levage actionné par la manivelle ( 3 ) à la partie inférieure du dit réservoir ( 4 ) est branché un départ d'eau ( 5 ) pourvu d'un filtre et d'un réseau de tuyauterie aboutissant à la partie inférieure de chacun des tuteurs d'hydratation. L'ensemble hydraulique ainsi constitué assure en vertu du principe des vases ccmmunicants ltëquilibre permanent des niveaux dans tous les tuteurs avec celui du niveau de liteau contenue dans le réservoir. Cet équilibre des niveaux à pour conséquence pour des plantations réalisées dans un plan horizontal et pour des enfoncements dans le sol-identiques, une hauteur d'eau équivalente à l'intérieur de tous les tuteurs d'hydratation. La figure 2 représente à une plus grande échelle les divers éléments constituant les tuteurs d'hydratation. Ceux-ci se composent : d'une pointe de penétration dans le sol en forme de flèche, caractérisée en ce que la partie centrale cylindrique creuse ( 6 ) communique avec l'extérieur au moyen d'orifices calibrés ( 7 ). A l'intérieur de la partie centrale cylindrique creuse ( 6 ) est monté un limiteur de débit (8 ) ce limiteur de débit dans l'exemple non limitatif de la figure 2 est constitué par un cylindre de mousse de matière plastique expansée à cellules ouvertes qui a été introduit et comprimé à l'intérieur de ia partie centrale creuse lors du montage et dont le maintien en compression est assuré par la rondelle ( 9 ).La dite rondelle à concavité tournée vers l'intérieur est percée dans sa partie centrale d'un ou plusieurs trous. Sa forme concave et son montage à force lui interdit tout déplacement sous la poussée de la matière plastique expansée, comprimée dans son logement. La partie cylindrique supérieure de la pointe de pénétration (10 ) est enfoncée à l'intérieur d'un tube de section circulaire (ii ). Le jeu entre ces deux pièces est réduit de manière à obtenir l'étanchéité lors du montage par emnanchement à force. La hauteur du tube est variable suivant la hauteur de tuteurage désiré, la matière constituant le tube est noire pour présenter un coëfficient d'absorption maximum au rayonnement solaire. Cette matière peut être en matière plastique (ABS- Polypropylène- PVC etc...) ou être métallique dans ce dernier cas, elle est peinte en noir. Le tube central ( 11) constituant le tuteur est percé d'un trou circulaire ( 12 ) à environ 300 m/m de 1 'extrémité de la pointe de pénétration et débouchant dans une pièce (13 ) collée sur le diamètre extérieur du tube et entourant celui-ci. La dite pièce possède à sa périphérie, une rainure circulaire tournée vers le haut - les dimensions de celle-ci sont.. dans 1' exemple non limitatif de la figure 2, profondeur 5 nVm, largeur 2 m/m. A la partie supérieure du tube noir est montée une pièce de centrage ( 14 ) la dite pièce possède une première rainure circulaire ( 15 ) tournée vers le bas et s'adaptant au diamètre extérieur du tube noir, puis à sa périphérie une deuxième rainure circulaire identique à celle de la pièce ( 13 ) ces ces deux rainures une fois l'ensemble monté se faisant vis à vis. Entre la pièce ( 13 ) collée comme il est dit précédemment à la partie basse du tube noir et la pièce ( 14 ) montée à la partie supérieure du dit tube est enserré un deuxième tube caractérisé en ce qu'il est transparent et que son diamètre et son épaisseur sont tels que ses extrémités viennent s'ajuster à l'intérieur des deux rainures circulaires précédemnent décrites. La diffèrence entre le diamètre extérieur du tube noir et le diamètre intérieur du tube transparent ménage entre les dits tubes une chambre annulaire ne permettant aucun contact des tubes entre eux. La distance qui les sépare sur toute leur périphérie et sur toute la hauteur du tube transparent peut-être de 2a' 1Cm/m. Une installation d'essai conforme au schéma représenté par les figures 1 et 2 a fonctionné dans les conditions suivantes - volume du réservoir : 20 Litres, constitué par une capacité en matière plastique réalisée par soufflage et pourvue d'un système à niveau constant du type chasse d'eau - tuyauterie d'alimentation réalisée en'TIISAN" d'uz diamètre intérieur de 6 itVm - nombre de tuteurs d 'hydratation : 12. Les tuteum dthydratation enfoncés dans le sol à une profondeur de 300 m/m et assurant le tuteurage de 12 plans de tomate avaient une hauteur totale de 1300 m/m. Les tubes noirs intérieurs étaient en A B 5 d'un diamètre extérieur de 38 m/m et d'une épaisseur de 4 m/m. Les tubes transparents étaient en aceto-butyrate d'un diamètre intérieur de 45 m/m d'une épaisseur de 1,5 m/m et d'une longueur de 1240 m/m. Les pièces de maintien du tube transparent, en A B S, étaient réalisées par injection ainsi que la pointe de pénétration. Les limiteurs de débit en mousse de Klegécel comprimée à l'intérieur de la pointe de pénétration avaient 4 orifices de 2 m/m permettant un débit de fuite à 280 m/m de profondeur. La compression de la mousse de Klégecel constituant les limiteurs de débit avait été règlée de manière à obtenir pour la hauteur maxlrmrm d'eau à l'intérieur du tube en A B S noir, un débit de fuite àla pointe de pénétration de 1200 cm3 jour ctest à dire 100 cm /heure. Pour éviter la croissance d'algues dûe au phénomène de photosyntèse, l'ensemble du circuit hydraulique était opaque au rayonnement solaire, l'un des tuteurs d'hydratation, diffèrent des 11 autres, avait été equipé d'une pointe de pénétration usinée dans un cylindre de bronze fritté. Il était déuuni de limiteur de débit en matière plastique expansée ; à l'intérieur du tube noir central avait été placée une feuille d'aluminium d'un mètre de largeur sur un mètre de hauteur, enroulée en spirale, ceci de muilère à limiter le phénomène de stratification des couches d'eau par gradient de température à l'intérieur du tube central. La récolte sur tous les plans a été excellente en général. L'augmentation de température du sol était de 4Q c à 10 cm de profondeur à une distance de 6 cm de la tige des plans de stomate. Il est clair que l'installation d'essai ainsi décrite est susceptible d'admettre plusieurs variantes et notamment de prévoir des tuteurs d'hydratation dont la hauteur est modifiée au fur et à mesure de la croissance des plantes par l'emmanchement d'éléments de hauteur appropriée. Dans ce cas, le tuteur enfoncé dans le sol au moment de la plantation recoit à sa partie supérieure les éléments permettant d'augmenter-sa hauteur tout en conservant les mêmes fonctions. Cette opération très simple ne nécessite que l'adaptation des diamètres de manière à permettre 1 'emmanchement sur une hauteur de 15 à 20 m/m des divers éléments entre eux, une particularité importante et absolument vitale est l'étanchéité du tube central au droit de l'emmanchement.Cette étanchéité ne pose aucun problème notamment dans le cas de tube plastique ; la rigidité du montage est excellente. De la même manière, il naas est également possible toujours pour adapter la hauteur du tuteur à la croissance de la plante, de prévoir l'ensemble télescopique, ltétanchéité du tube central noir étant assurée par un jeu de joints toriques. ( Ff9 3) Les variantes décrites ci-dessus et figurant en a et b fig. 3, sont intéressantes dans le cas des arbustes à croissance rapide. Le tuteurage nécessaire au départ devient inu tile par la suite. Par contre, son hydratation est toujours nécessaire, ses besoins en eau augmentent au cours de la croissance ce qui correspond bien à une nécessité d'élever la pression hydrostatique agissant sur le limiteur de débit, si ces arbutes sont plantés d'une manière définitive dans un espace vert par exemple les tuyauteries d'alimentation sont souterraines.La partie visible de l'installation étant limitée au réservoir et aux tuteurs d'hydratation. Une autre variante intéressante consiste sans sortir du cadre de la présente invention à remplacer le réservoir d'alimentation par un détendeur de pression d'eau règlable dont le fonctionnement permettant de maintenir dans les tubes intérieur noirs une hauteur d'eau déterminée est basé sur la hauteur d'eau à l'intérieur des tuteurs et le tarage du ressort de règlage du dit détendeur. Le procédé selon la présente invention et les dispositifs qu'on vient de décrire permettent de doser à volonté l 'eau nécessaire à la croissance des plantes d'une manière manuelle ou automatique. Ils peuvent encore être utilisés pour le traitement de certaines plantes par exemple : lutte contre les parasites, apports en sels minéraux ou traitement anti-moisissure. Avantageusement sur toute la hauteur du tube transparent sont nxntés, par collage par exemple, des points d'accrochage alignés sur une mme droite verticale et permettent la tenue de la tige maitresse de la plante. Un dispositif suivant llinvention comporte un ensemble d'hydratation automatique. L'élément pilote, une cellule photo-électriqu sensible à 1' intensité du rayonnement solaire, commande un micro-moteur agissant sur le niveau de lleau contenue dans le réservoir. Ce micromoteur étant susceptible d'agir suivant les installations soit sur la hauteur du réservoir par rapport au sol, soit sur l vis de règlage du détendeur d'eau alimentant le circuit. Eh cas d'avarie sur le dit système, un fonctionnement manuel est prévu. La cellule photo-électrique peut aussi être remplacéepar un humidistat fonctionnant par détection des variations de permittivité du sol. REVENDICATIONS 1. Procédé par lequel 'a à l'aide de tubes enfoncés dans le sol on assure l'hydratation des plantes caractérisé en ce que les tubes forment aussi tuteur et que l'eau s'écoule par la pointe de pénétration des tubes au niveau des racines. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on réchauffe l'eau contenue dans le tuteur et le tuteur lui-même en entourant ce dernier d'un tube transparent permettant de capter l'énergie solaire et d'assurer par conductibilité thermique de la matière constituant le tube interne et infiltration d'eau réchauffée dans le sol, l'élévation de la température au voisinage de la racine des plantes. 3. Procéda selon la revendication 2 caractérisé en ce que la matière constituant le tube interne possède un coefficient d'absorption maximum se rapprochant du corps noir parfait et une conducti billé thermique permettant d'obtenir un transfert progressif d'énergie thermique dans le sol. 4. Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3 dans lequei chacun des tuteurs possède à l'intérieur de la pointe de pér.étration dans le sol un élément limiteur de débit d'eau d 'hydratation constitué d'une matière compressible et perméable à l'eau et dont la perméabilité identique pour tous les tuteurs est ajustée en règlant lors du montage d'une manière précise ia compression de la dite matière. 5 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la pointe de pénétration dans le sol est pourvue d'orifices calibrés sur sa périphérie ; les dits orifices calibrés débouchant au dessous de l'élément limiteur de débit à l'intérieur de la cavité centrale. 6. Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la pointe de pénétration peut assurer le rôle de limiteur de débit en utilisant pour la fabrication de la dite pointe de pénétration une matière poreuse non compressible et perméable à l'eau. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, un réservoir ( 1 ) alimenté en eau sous pression ( 2 ) pourvu d'un filtre ( 4 ) à l'intérieur du dit réservoir d'un système à niveau constant actionné par un flotteur ( 16 ) d'une tige permettant par translation verticale le déplacement du système à niveau constant et en ce que l'eau d'hydratation contenue dans le réservoir est acheminée vers chacun des tuteurs au moyen des tuyauteries ( 17 ) ( 18 ) branchées sur un système de raccordement en T les les dits systèmes de raccordement débouchant à l'intérieur des tubes ( il ) au dessus des limiteurs de débit ( 8 ). 8. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la variation du niveau d'eau à l'intérieur des tubes tuteurs réalisée par translation verticale du réservoir d'alimentation. 9. Dispositif suivant les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que la variation de niveau d'eau à l'interieur des tubes tuteurs réalisée au moyen d'un détendeur règlable de pression d'eau. 10. Dispositif suivant les revendications 1, 8, 9 caractérisé en ce que la variation de niveau est réalisée d'une manière automatique par un ensemble piloté par une cellule photorésistante ( 19 ) sensible aux conditions thermiques auxquelles sont soumises les plantes et réagissant par l'interdddiaire d'un micro-moteur soit sur la hauteur du réservoir par rapport au sol, soit sur la position du système à niveau constant à flotteurs, soit encore sur le tarage du ressort de règlage du détendeur d'eau d'alimentation. tl. Application du procédé selon l'une des revendications de 1 à 10 à l'hydratation des plantes et permettant d'ajuster le débit d'eau introduite dans le sol aux besoins réels de la végétation. 12. Application du procédé aux traitements chimiques ou biologiques des plantes par mélange de produits à action déterminée tels que sels minéraux ou produits anti-parasitaires par exemple, dans l'eau d'hydratation. 13. Procédé et dispositif selon l'une des revendications de 1 à 12 caractérisé en ce que la hauteur des tuteurs d'hydratation peut être augmentée au fur et à mesure de la croissance des plantes en rajoutant des éléments emmanchés et superposables ou encore translation verticale d'un tube télescopique interne.