Brevet FR2559026A1 — publié le 19850809

Procédé et dispositifs d'irrigation automatique à la raie. La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs d'irrigation automatique à la raie. Le secteur technique de l'invention est celui de l'irrigation. On connaît de longue date les procédés d'irrigation à la raie consistant à distribuer l'eau dans des sillons ou raies, situés entre deux rangées de plantes, le long desquels l'eau s'écoule par gravité. Ce procédé d'irrigation convient bien aux cultures en ligne et aux cultures intensives nécessitant des façons culturales fréquentes. Cependant, ce procédé d'irrigation nécessite des interventions périodiques pour dévier le débit d'eau utilisé vers un autre groupe de raies lorsque le groupe de raies qui était précédemment alimentées à reçu suffisamment d'eau. Traditionnellement, ces interventions sont réalisées manuellement par des opérateurs et ce procédé exige donc une main d'oeuvre plus importante que les procédés d'irrigation par aspersion ou par distribution goutte à goutte qui sont plus faciles à automatiser. Une autre difficulté des procédés d'irrigation à la raie est d'assurer une répartition à peu près uniforme de l'eau sur toute la surface d'une parcelle. Pour obtenir la meilleure répartition, il faut admettre d'abord dans chaque raie le débit le plus élevé que la raie puisse accepter sans risque d'érosion ou de débordement, afin que l'eau parvienne rapidement à l'autre extrémité de la raie, puis réduire le débit et le maintenir égal au taux d'infiltration. Différentes tentatives ont été faite pour perfectionner les procédés d'arrosage à la raie et notamment pour réduire la main d'oeuvre. Les raies d'arrosage sont généralement alimentées à partir d'un canal ouvert et on a proposé de les alimenter à travers des vannes ou martelières actionnées mécaniquement, mais un tel procédé est coûteux en frais d'installation et en énergie. On a également proposé un procédé suivant lequel on alimente successivement les raies d'une parcelle au moyen d'un tube perforé qui est posé en pente, en tête des raies et dans lequel on déplace à vitesse contrôlée un piston, qui est poussé par l'eau et qui est retenu par un filin. La présente invention se rattache à ce dernier procédé et a pour objet des perfectionnements au procédé et des dispositifs de mise en oeuvre de celui-ci. Un des objectif s des perfectionnements selon l'invention est de permettre de contrôler et de faire varier facilement la vitesse moyenne de déplacement du piston et donc la quantité d'eau qui est délivré à chaque raie pour tenir compte des besoins en eau qui peuvent varier avec les conditions climatiques et pour tenir compte également de la longueur des raies qui peut varier le long d'une même parcelle. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens qui permettent de déplacer le piston dans le tube à une vitesse moyenne très faible, de l'ordre de quelques mètres par heure, sans avoir besoin d'intercaler entre un moteur électrique d'entraînement et le tambour ou la poulie sur laquelle s'enroule le filin de retenue du piston, un réducteur onéreux ayant un rapport de démultiplication très élevé. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens d'enroulement du filin de retenue du piston tels que la vitesse linéaire du piston soit indépendante du nombre de tours d'enroulement du filin. Dans le procédé connu, on déplace un piston dans un tube perforé à vitesse uniforme grâce à un motoréducteur entraîné par un moteur électrique, à vitesse constante. On peut faire varier la vitesse du moteur, mais dans une gamme de vitesses limitées. Dans un procédé et un dispositif selon l'invention, le filin qui retient le piston est enroulé sur un tambour qui est associé à un électrofrein, on commande ledit électrofrein par des impulsions électriques périodiques et on règle la vitesse moyenne de déplacement du piston en réglant la durée (t) et/ou la période (T) desdites impulsions. Selon un mode de réalisation préférentiel, un dispositif selon l'invention comporte une poulie, autour de laquelle le filin de retenue du piston fait plusieurs tours morts, qui est montée sur l'arbre de sortie d'un réducteur irréversible, par exemple d'un réducteur à vis sans fin, et l'arbre d'entrée dudit réducteur est accouplé à un moteur électrique à vitesse constante qui est commandé pas à pas par des impulsions électriques. L'invention a pour résultat l'irrigation automatique à la raie. Le procédé et les dispositifs selon l'invention permettent de réaliser des installations d'irrigation à la raie qui permettent de distribuer l'eau successivement à toutes les raies d'une parcelle pendant un temps suffisant pour que chaque raie reçoive la quantité d'eau voulue, les opérations se déroulant automatiquement jusqu'à ce que la totalité de la parcelle ait été arrosée, ce qui réduit la main d'oeuvre nécessaire et permet de réaliser des installations d'irrigation à la raie compétitives au point de vue de la dépense de main d'oeuvre et des frais d'installation avec d'autres types d'irrigation. Les installations selon l'invention consomment très peu d'entre gie. L'eau s'écoule gravitairement. La seule énergie consommée est la charge d'une batterie qui peut alimenter le dispositif de freinage pendant toute une campagne d'arrosage. Le procédé de commande du freinage par impulsions périodiques permet de régler facilement la vitesse moyenne de déplacement du piston et donc d'ajuster, dans une plage très étendue, la quantité d'eau qui est délivrée à chaque raie au cours d'un trajet du piston. Elle permet notamment de faire varier la vitesse moyenne du piston au cours d'un même trajet et d'ajuster cette quantité à la longueur des raies dans le cas d'une parcelle non rectangulaire. Elle permet également d'ajuster la quantité d'eau délivrée à chaque raie en fonction des conditions climatiques ou du stade d'évolution de la culture. Ces ajustements peuvent etre calculés et commandés automatiquement par un microprocesseur. La commande par impulsions entraîne une réduction importante de la consommation d'énergie du fait que le moteur n1 est alimenté que pendant les impulsions donc pendant une fraction de temps réduite. Le freinage du filin au moyen d'une poulie frein autour de laquelle le filin fait quelques tours morts, assure le déroulement d'une longueur de filin constante pour chaque tour de la poulie et du motoréducteur qui la libère. Le dispositif de guidage du piston par des galets ou roulettes situés à l'aval du joint d'étanchéité, permet d'éviter que le piston ne se mette en biais et que les frottements contre la paroi du tube ne deviennent trop élevés. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en plan d'une installation selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation de la figure 1. Les figures 3 et 4 sont des coupes transversales du tube 3. Les figures 5 et 6 sont des vue en élévation et en plan d'un dispositif de freinage. La figure 7 représente les circuits électriques alimentant le moteur. La figure 8- est un diagramme des impulsions de commande du moteur. Les figures 9 et 10 sont une vue en élévation et une fue frontale d'un mode de réalisation du piston. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif pour irriguer automatiquement,à la raie,une parcelle cultivée comportant des plantes 1, plantées en rangées et des raies ou sillons d'arrosage 2, situés entre les raies et ayant une légère pente descendante dans le sens des flèches. Le dispositif de freinage n'est pas représenté sur la figure 1. Le dispositif d'irrigation comporte un tube 3 qui est posé sur le sol en tête des raies.perpendiculairement à celles-ci. le tube 3 forme avec l'horizontale, un angle a et a une pente régulière qui est par exemple de l'ordre de 0,4 %. Le tube 3 comporte des perforations 4, qui sont situées chacune en face d'une raie 2. Les perforations 4 sont alignées le long d'une génératrice dutube qui présente, par rapport à la génératrice supérieure, un écart angulaire de l'ordre de 300. Les figures 3 et 4 représentent deux coupes transversales du tube 3, sur lesquelles on voit clairement la position des orifices 4, qui sont décalés angulairement de 300 par rapport à la génératrice supérieure, le décalage étant du côté où se trouvent les raies. Un petit bout de tube souple 5 peut être connecté sur chaque orifice 4 pour canaliser l'eau vers une raie 2. L'extrémité amont du tube 3 est connectée sur une arrivée d'eau,par exemple sur un bac ou un regard 6 qui est lui-même alimenté en eau par une conduite 7 et l'eau s'écoule gravitairement le long du tube 3 qui réalise donc une première fonction de transport de l'eau. Un piston 8 se déplace le long du tube 3, dans le sens de l'eau. La structure du piston sera décrite en détail ultérieurement. Le piston- 8 porte un joint 9, par exemple un joint à lèvres, qui assure l'étanchéité entre le piston et le tube. Cette étanchéité peut ne pas être absolue. Le piston 8 est fixé à l'extrémité d'un filin 10, par exemple d'un fil en matière plastique pouvant résister à une tension de l'ordre de 500 newtons. Le piston 8 tend à se déplacer vers l'aval sous la poussée de l'eau et il est retenu par le fil 10. Le fil 10 passe sur une poulie de renvoi il située à l'en- trée du tube 3 puis il fait plusieurs tours morts autour d'une poulie de freinage 12 et la réserve de fil est enroulée sur une bobine 13. La poulie 12 est associée à un mécanisme de freinage qui permet de contrôler la vitesse moyenne de déplacement du piston. Lorsque le piston 8 se trouve dans une position déterminée, l'eau s'accumule en amont du piston et elle s'écoule par les orifices 4 situés en amont du piston et atteints par l'eau. Comme le tube 3 est en pente, la surface libre 14 de l'eau dans le tube s'écarte progressivement de la génératrice supérieure, lorsqu'on s'éloigne du piston 8. Le volume d'eau accumulé à l'intérieur du tube 3 atteint un état d'équilibre lorsque le débit des orifices 4 qui sont alimentés, est égal au débit d'eau qui pénètre dans le tube. La figure 4 représente une coupe transversale passant par un orifice 4 situé immédiatement en amont du piston 8. Cet orifice est noyé et en charge sous une hauteur d'eau qui va en décroissant à mesure que le piston s'éloigne de l'orifice. Le débit d'eau de cet orifice est donc maximum dès que le piston l'a démasqué et qu'il commence à débiter puis il décroît rapidement en fonction de l'éloignement du piston et donc en fonction du temps écoulé depuis qu'il a commencé à débiter si la vitesse moyenne du piston est uniforme. On voit donc que chaque raie est alimentée au départ par un débit relativement fort qui permet d'obtenir un remplissage rapide de la raie, puis elle est alimentée par un débit décroissant pendant la période d'infiltration. Des mesures ont été effectuees sur une installation composée d'un tube 3 ayant un diamètre intérieur de 240 mm et comportant des orifices ayant un diamètre de 45 mm distants de 80 cm. La pente du tube 3 était de 0,4 %. Le débit d'eau à l'entrée du tube 3 était de 30 1/s. Ces mesures ont montré que le débit maximum de chaque orifice était de l'ordre de 1,5 litre/seconde et que le nombre d'orifices en fonctionnement simultané était de l'ordre de 30. La figure 3 représente une coupe transversale du tube 3 située dans une partie où la surface libre 14 de l'eau se trouve à un niveau inférieur à celui des orifices 4 qui ne sont plus alimentés. Lorsque le piston 8 se déplace dans le tube 3, le volume d'eau accumulé dans le tube se déplace en même temps et la bande de terrain en cours d'irrigation également. La vitesse moyenne de déplacement du piston 9 permet donc de contrôler la quantité d'eau qui est distribuée dans chaque raie. Il faut que cette quantité soit telle que chaque raie reçoive un volume d'eau suffisant, ce qui exige une vitesse moyenne très lente. Dans l'exemple numérique cité ci-dessus, la vitesse moyenne du piston était de 3 m/heure. Le piston 8 est poussé par l'eau et retenu par le fil 10. La seule fourniture d'énergie est celle qui est nécessaire pour faire fonctionner le dispositif de freinage 11 afin de contrôler la vitesse moyenne de déplacement du piston 8. Les figures 5 et 6 représentent, à plus grande échelle, une vue en élévation et une vue en plan d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif de freinage permettant de controler la vitesse moyenne de déplacement du piston 8. On retrouve sur ces vues la poulie de renvoi 11, la poulie de freinage 12 et la bobine 13 de dévidement du filin 10. On voit sur la figure 6 que le filin 10 fait plusieurs tours morts 15 autour de la poulie 12. Un dispositif 16 de guidage du filin est situé entre la poulie frein 12 et la bobine 13. La rotation de la bobine 13 est freinée afin de maintenir sous tension le tronçon de fil situé entre la bobine 13 et la poulie frein 12. La poulie frein 12 est montée sur un arbre 17 de sortie d'un réducteur 18 qui est un réducteur irréversible, par exemple un réducteur à vis sans fin. L'entrée du réducteur est relié par un arbre de transmission 19 ou toute autre transmission équivalent à un motoréducteur qui comporte par exemple un moteur électrique 20 à courant continu et à vitesse constante, alimenté par une batterie. Le moteur 20 est un moteur de faible puissance, par exemple un moteur de 10 watts, de sorte que la charge d'une batterie de 12 V et 60 A suffit à l'alimenter pendant toute une saison d'irrigation. Le fonctionnement est le suivant. Lorsque le moteur 20 est arrêté, le réducteur irréversible 18 bloque la poulie et les tours morts du filin 10 autour de celleci empêchent le filin 10 de se dévider. Le piston 8 est immobilisé. Lorsque le moteur 20 tourne, il entraîne le réducteur irréversible 18 qui entraîne la poulie à la vitesse imposée par le motoréducteur 20 et par le réducteur 18. Pour régler la vitesse moyenne de déplacement du piston 8, on peut adopter une vitesse uniforme du motoréducteur 20. Toutefois, compte tenu de la très faible vitesse de déplacement du piston 8, qui doit être de l'ordre de quelques mètres à l'heure, cette solution exige que l'on intercale entre le moteur et la poulie 12 des rapports de démultiplication très élevés ou que l'on utilise une poulie 12 de très grand diamètre. De plus, cette solution ne permet pas d'ajuster la vitesse du piston avec une grande précision. En effet, par suite du très grand rapport de démultiplication, la moindre variation de vitesse du moteur se traduit par une grande variation de la vitesselinéaire du piston et il faut donc contrôler la vitesse du moteur avec une très grande précision. Le dispositif selon les figures 5 et 6 utilise un autre procédé. La figure 7 représente un mode de réalisation des circuits d'alimentation du moteur 20, à partir d'une batterie 21. Ces circuits comportent un interrupteur général 22 et une minuterie 23 équipée d'un contact inverseur 23a, qui est intercalé dans l'alimentation du moteur 20. La minuterie 23 est par exemple une minuterie électronique de type clignotant qui inverse périodiquement la position du contact inverseur 23a et qui comporte des boutons de réglage permettant de régler séparément les durées tl et t2 de fermeture et d'ouverture du contact inverseur 23a. Ainsi, le moteur 20 est commandé par des impulsions de courant périodiques qui correspondent aux fermetures du contact 23a et on peut régler séparément la durée t de ces impulsions de courant et la période T de celles-ci ou la durée T-t des temps de pause du moteur entre deux impulsions. La figure 8 est un diagramme qui représente le temps en abscisses et qui représente trois impulsions périodiques successives de durée t1 qui correspondent à trois fermetures successives du contact 23a séparées par des temps de pause de durée t2 pendant lesquels le contact 23a est ouvert. La période T des impulsions est égale à ti + t2. Les temps de pause t2 sont égaux à T - t, t étant la duree des impulsions. Si on désigne par V la vitesse linéaire du piston qui correspond à une vitesse uniforme du moteur et par Vm la vitesse linéaire moyenne du piston qui correspond à une commande de la poulie frein par impulsions périodiques de durée t et de période T, on a t la relation Vm = V.T. On dispose donc de trois paramètres V, t et T pour faire varier la vitesse linéaire moyenne du piston. En pratique, la vitesse uniforme du moteur 20 est maintenue constante donc également la vitesse V et on ajuste la vitesse moyenne Vm en faisant varier les durées t et T. Une variation de la durée t des impulsions permet d'obtenir une variation relative de la vitesse moyenne Vm plus importante qu'une même variation de la période T. On peut donc ajuster la vitesse moyenne soit rapidement en agissant sur la durée des impulsions t, soit avec plus de precision en agissant sur la période T. On peut ajuster automatiquement les périodes t et T au moyen d'un microprocesseur qui reçoit des mesures d'humidité du sol et/ou qui comporte des données sur la longueur des raies et qui calcule automatiquement,en fonction de ces données, la vitesse moyenne Vm et les durées t et T nécessaires pour que chaque raie reçoive la quantité d'eau correspondant à sa longueuret/ou aux conditions climatiques. Ainsi, on peut utiliser un dispositif selon l'invention pour irriguer à la raie des parcelles ayant une largeur mesurée dans le sens des raies qui varie d'une extrémité à l'autre du tube 3. On peut également ajuster automatiquement le cycle d'arrosage aux conditions climatiques. Il est précisé que la figure 7 est un simple exemple illustrant un mode de réalisation simple et peu onéreux d'une commande par impulsions du moteur 20 qui contrôle la poulie frein 12. Bien entendu les impulsions de commande du moteur 20 peuvent être réalisées par d'autres types de minuterie ou d'autres multivibrateurs bistables équivalents. Dans le cas d'une installation qui comporterait un microprocesseur, les impulsions commandant le moteur 20 seraient évidemment engendrées directement par le microprocesseur. Il est également précisé que le mode de réalisation décrit sur les figures 5 et 6 est un mode de réalisation préférentiel, mais que le même procédé de commande par impulsions peut être mis en oeuvre en remplaçant la poulie frein 12 par n'importe quel organe cylindrique équivalent, du type tambour, autour duquel le filin 10 est enroulé, lequel tambour d'enroulement est accouplé à un électro frein qui est commandé par des impulsions électriques, de telle sorte que le filin se déroule pendant la durée des impulsions qui libèrent le tambour. Le mode de réalisation représenté sur les figures 5 et 6 dans lequel le filin 10 fait plusieurs tours morts autour d'une poulie frein 12 présente l'avantage que pour une même vitesse angulaire de la poulie frein, la vitesse linéaire du piston 8 reste constante et indépendante de l'épaisseur des tours de filin enroulés comme c'est le cas lorsque le filin s'enroule sur un tambour entraîné à vitesse uniforme. Les figures 9 et 10 représentent une vue en élévation et une vue frontale d'un mode de réalisation préférentiel du piston 8. Celui-ci comporte > à l'extrémité amont, deux flasques 24 entre lesquels est enserrée une plaque souple, par exemple une plaque de cuir formant un joint d'étanchéité 9 à lèvres. Ces deux flasques sont reliés par une ossature 25, qui est composée par exemple de quatre tiges longitudinales,à un support d'un dispositif de guidage qui frotte contre la paroi interne du tube 3. Le dispositif de guidage est composé de quatre paires de galets 26. Les deux galets 26a, 26b d'une même paire sont montés sur quatre supports 27 fixés en croix sur un anneau 28 qui est fixé à l'extrémité des tiges 25. Une installation selon l'invention fonctionne de façon entièrement automatique pendant que le piston 8 parcourt toute la longueur du tube 3. Une fois le piston arrivé en bout de course, on le décroche du filin 10 et on enroule à nouveau celui-ci sur la bobine 13. Si le piston se déplace sur toute la longueur du type 3, à vitesse moyenne uniforme, les premières raies et les dernières raies reçoivent une quantité d'eau moindre. Pour compenser cela, dans une installation comportant un microprocesseur, on peut programmer la vitesse du piston, de sorte qu'il se déplace plus lentement en début et en fin de trajet. Dans une installation plus rudimentaire, on prévoit aux deux extrémités du tube 3 des perforations 4 dont le diamètre croît à mesure que l'on se rapproche de l'extrémité du tube. En début de cycle on place le piston non pas à l'extrémité amont du tube, mais à une distance de celle-ci telle que plusieurs raies soient alimentées simul tanememnt, par exemple 10 raies. Des expériences d'irrigation à la raie de maïs ont été réalisées avec un dispositif selon l'invention. Elles ont montré que la distribution d'eau est bien uniforme. Les variations de la quantité d'eau distribuée à chaque raie ne dépassent pas 5 Z de la dose moyenne et il est facile de contrôler avec précision la dose distribuée à chaque raie en faisant varier la durée ou la période des impulsions qui libèrent le piston. REVENDICATIONS 1. Procédé d'irrigation automatique à la raie selon lequel on alimente successivement les raies (2) d'une parcelle, au moyen d'un tube perforé (3) qui est posé en pente en tête des raies et dans lequel on déplace, à vitesse contrôlée, un piston (8) qui est poussé par l'eau et qui est retenu par un filin (10), caractérisé en ce que ledit filin est enroulé sur un tambour (12) qui est relié à un électrofrein et on commande ledit électrofrein par des impulsions électriques périodiques et on règle la vitesse moyenne de déplacement. dudit piston en réglant la période (T) des impulsions et/ou la durée (t) de celles-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tambour est entraîné en rotation par un réducteur irréversible (18) qui est entraîné pas à pas par un moteur (20) à vitesse constante. 3. Dispositif d'irrigation automatique à la raie d'une parcelle cultivée du type comportant un tube perforé (3), qui est posé en pente en tête des raies et un piston (8) qui coulisse à vitesse contrô lée à l'intérieur dudit tube (3) en étant poussé par l'eau et qui est retenu par un filin (10), caractérisé en ce qu'il comporte, à proximité de l'extrémité amont dudit tube, un tambour (12) sur lequel ledit filin (10) est enroulé, un électrofrein (18, 20) pour freiner la rotation dudit tambour (12) et des moyens -(23, 23a) pour commander automatiquement ledit électrofrein à partir d'une batterie (21) par des impulsions électriques periodiques réglables, de sorte que l'on règle la vitesse moyenne de déplacement dudit piston en réglant la durée (t) et/ou la période (T) desdites impulsions. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une poulie (12), autour de laquelle ledit filin (10) fait plusieurs tours morts, qui est montée sur l'arbre de sortie (17) d'un réducteur irréversible (18), par exemple d'un réducteur à vis sans fin, et l'arbre d'entrée dudit réducteur est accouplé à un groupe motoréducteur comportant un moteur électrique (20) à vitesse constante qui est commandé par des impulsions électriques. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moteur (20) est alimenté à travers un contact inverseur (23a) d'une minuterie (23) de type clignontant permettant de régler séparément la durée (t) des impulsions de courant alimentant le moteur et le temps de pause (T-t) entre lesdites impulsions. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit piston (18) comporte un joint périphérique (9) et un dispositif de guidage contre la paroi interne du tube. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de guidage est compose de galets (26) disposés en croix qui roulent contre la paroi interne dudit tube.