Brevet FR2573065A1 — publié le 19860516

La présente invention a pour but de rendre possible l'irrigation et la fertilisation de terres insuffisamment irriguées, ou pas irriguées du tout, notamment de terres incultes ou désertiques, afin d'y permettre la culture de plantes. Une telle irrigation soulève actuellement un problème très difficile, sinon impossible à résoudre dans certains cas, en raison de l'éloignement des sources possibles d'approvisionnement en eau ou de l'insuffisance des réserves disponibles. C'est pourquoi l'invention se propose de résoudre ce problème en ayant recours à une source d'approvisionnement dont les réserves sont pratiquement inépuisables, mais qui n'avait pas pu être utilisé jusqu'ici, en l'occurrence : l'eau de mer dont la composition chimique, a base de chlorures, la rend normalement impropre a la vie végétale, en dehors de quelques rares variétés de plantes bien adaptées a une telle composition. A cet effet l'invention a pour objet à la fois un procédé et un appareil conçus pour assurer la transformation chimique de l'eau de mer naturelle en un liquide de fertilisation des plantes. Le procédé selon l'invention consiste essentiellement a traiter de l'eau de mer naturelle, prélevée dans la mer, en transformant les chlorures en solution dans l'eau traitée, en sulfates et/ou phosphates, et/ou nitrates par adjonction d'un acide sulfurique et/ou d'un acide phosphorique et/ou d'un acide nitrique et en imprimant un mouvement tourbillonnaire a l'eau a traiter au cours de sa circulation à à l'intérieur de la ou des enceintes de traitement. On obtient donc ainsi un liquide apte a permettre la culture de plantes sur les terres irriguées au moyen de celui-ci, puisqu'il est dépourvu de chlorures impropres a la croissance des végétaux. De plus, il s'agit d'un liquide fertilisant puisqu'il contient des sulfates etjou des phosphates etZou des nitrates, lesquels constituent d'excellents agents de fertilisation des sols. De préférence, on ajoute également de l'ammoniac pour neutraliser l'acide chlorydrique libéré lors des réactions de transformation en sulfates, en phosphates et en nitrates, ce qui procure un chlorure d'ammonium constituant un engrais assimilable par les plantes. Quant à l'appareil selon l'invention, il est spécialement conçu pour la mise en oeuvre du présent procédé, donc pour le traitement d'eau de mer naturelle en vue de sa transformation en un liquide de fertilisation. A cet effet, cet appareil comprend - une enceinte tubulaire de traitement aux deux extrémités de laquelle sont branchées respectivement une canalisation d'amenée de l'eau de mer à traiter et une canalisation d'évacuation du liquide de fertilisation obtenu après traitement ;; - en regard de l'extrémité d'entrée de cette enceinte tubulaire, un ajutage d'injection du ou des acides (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique) à ajouter à l'eau de mer traitée - un stator hélicoïdal disposé à l'intérieur de l'enceinte tubulaire de traitement et disposé près de l'entrée de celle-ci pour impartir, à l'eau de mer à traiter, un mouvement tourbillonnaire au cours de sa circulation à l'intérieur de cette enceinte. Dans une forme de réalisation particulière de l'appareil de traitement selon l'invention, celui-ci comporte un faisceau d'une série de tubes de traitement disposés côte à côte pour former un système à multi-canaux aux deux extrémités duquel sont branchés respectivement une canalisation d'amenée de l'eau de mer à traiter et une canalisation d'évacuation de liquide de fertilisation obtenu après traitement. Dans un tel cas, l'extrémité d'entrée de chacun de ces tubes comporte un ajutage d'injection du ou des acides (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique) à ajouter à l'eau de mer traitée. Par ailleurs, à l'intérieur de l'entrée de chacun des tubes de traitement, il est prévu un stator hélicoïdal apte à impartir un mouvement tourbillonnaire à lJeau de mer au cours de sa circulation dans chacun de ces tubes. Cependant d'autres particularités et avantages de l'appareil et du procédé selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en référence au dessin annexé, sur lequel La figure 1 est une vue en perspective, avec arrachements, d'une première forme de réalisation d'une enceinte de traitement de l'appareil selon 11 invention; La figure 2 est une vue similaire, à échelle différente d'une variante de réalisation; La figure 3 est un schéma d'une installation comportant plusieurs enceintes de traitement de ce type,branchées les unes à la suite des autres; La figure 4 est une vue en élévation de face, avec arrachements, d'uneati::efome de réalisation d'une enceinte de traitement selon l'invention; La figure 5 est un schema d'une installation comportant plusieurs enceintes de traitement selon la figure 4; Les figures 6 et 7 sont des vues de détails en coupe. Comme déjà indiqué, le procédé selon l'invention consiste à traiter de l'eau de mer naturelle prélevee dans la mer pour assurer de façon chimique, la transformation des chlorures contenus dans cette eau, en des sulfates et/ou des phosphates et/ou des nitrates pour obtenir un liquide susceptible d'être utilisé pour l'irrigation du sol, et la fertilisation des plantes. Cette transformation est assurée par double décomposition chimique d'un acide faible par un acide fort pour obtenir des sels assimilables par toutes les plantes. A- cet effet, on ajoute, a l'eau de mer traitée, â la fois de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique et de l'acide nitrique pour mettre à profit les réactions correspondantes. Cependant, comme dans cette réaction chimique il y a libération d'acide chlorydrique, celui-ci-est neutralisé, en une phase déterminée du traitement, par de l'ammoniac afin d'obtenir du chlorure d'ammonium, lequel constitue un excellent fertilisant. Il est avantageux d'ajouter également de la potasse pour réduire l'excès d'acidité et enrichir la concentration de potassium trop faible dans l'eau de mer. Cependant on peut également ajouter tout autre produit susceptible de réduire ltexces d'acidité et de constituer un composant utile pour la fertilisation des plantes. Le traitement selon l'invention peut être réalisé de façon continue, dans un appareil tel que celui représenté sur la figure 1. Cet appareil consiste en une enceinte tubulaire 1 traversée sur toute sa longueur par l'eau de mer à transformer. A cet effet deux conduites (non représentées) sont branchées respectivement sur l'extrémité 2 d'entrée de cette enceinte et sur son extrémité de sortie 3 pour assurer l'alimentation en eau de mer naturelle à traiter et l'évacuation du liquide obtenu en direction d'une zone à irriguer. Dans l'extrémité d'entrée 2 débouche un ou plusieurs injecteurs 4 destinés à assurer l'injection d'un acide déterminé dans l'eau de mer à traiter, cet injecteur étant branché en bout d'une canalisation 5 d'alimentation. L'extrémité d'entrée 2 de la présente enceinte renferme un stator hélicoïdal 6 apte à impartir un mouvement tourbillonnaire à l'eau traitée à l'intérieur de l'enceinte 1. En un point intermédiaire de la longueur de celle-ci, par exemple au 9/10e de cette longueur, il est prévu un injecteur 7 destiné à assurer l'adjonction d'ammoniac et qui est branché en bout d'une canalisation d'alimentation 8. Grâce au mouvement tourbillonnaire imparti à l'eau à traiter, on obtient un parfait résultat pour la transformation des chlorures contenus dans l'eau de mer en sulfates, ou en phosphates, ou bien encore en nitrates. En outre, il n'y a aucune perte de matière, car l'acide chlorhydrique libéré par les réactions chimiques est transformé en chlorure d'ammonium, du fait de injection d'ammoniac. Or le chlorure d'ammonium est un excellent fertIlisant. Au lieu d'une enceinte 1 de traitement comportant un stator hélicoïdal 6, il est possible d'utiliser une enceinte de traitement 10 renfermant un vortex 11 monté fixe au bout d'un axe 12 de façon que ses pales impriment a l'eau de mer un mouvement tourbillonnaire au cours de circulation à l'intérieur de l'enceinte 9. Celle-ci comporte par ailleurs, comme précédemment, un injecteur d'ammoniac 14. Lorsque l'on désire obtenir une solution fertilisante comportant trois sels différents -en l'occurrence: sulfate, phosphate et nitrate- il convient d'utiliser une installation telle que celle représentée à la figure 3. Celleci comprend trois enceintes de traitement la, lb, lc, identiques à l'enceinte 1 ou 10, et qui sont branchées en parallèle pour être alimentées en eau de mer à partir d'une conduite 14 partant d'un bassin 15 et sur laquelle est montée une pompe 16 d'aspiration et refoulement, des vannes 17a, 17b, 17c contrôlant l'entrée dans chaque enceinte de traitement. Dans chacune de celles-ci débouche un injecteur destiné à Injecter l'un des trois acides voulus, par exemple de l'acide sulfurique dans l'enceinte la, de l'acide phosphorique dans l'enceinte lb et de l'acide nitrique dans l'enceinte lc. Chacun de ces injecteurs est reiié, par une canalisation -respectivement 8a, 8b et 8c-, à un réservoir 15a, 15b ou 15c contenant l'acide correspondant Le refoulement de cet acide est assuré par une pression d'air à partir d'une pompe 16, des vannes 17 contrôlant les entrées et sorties. A quelque distance de la sortie de chaque enceinte, débouche un injecteur d'ammoniac raccordé, à un réservoir 18 d'amnnicdz Le refoulement de celui-ci est également assuré par pression d'air à partir de la pompe 16 et ce, dans des canalisations 18a, 18b et 18c aboutissant aux injecteurs débouchant dans les enceintes la, lb et lc. Une conduite 19, branchée sur la sortie des différentes enceintes, recueille les différents liquides résultant des traitements réalisés dans les trois enceintes la, lb et lc. En conséquence à la sortie de cette conduite on recueille, dans un réservoir ou bac 20 un liquide fertilisant contenant, en suspension, à la fois des sulfates, des phosphates et des nitrates, ainsi que du chlorure d'ammonium. Ce liquide peut également contenir des produits additifs, tels de la potasse, provenant d'un réservoir 21 raccordé par une canalisation 22, à la partie terminale de la conduite 20. La figure 4 représente une forme de réalisation de l'enceinte de traitement selon l'invention qui est conçue pour permettre le traitement d'un volume important d'eau de mer naturelle. Cette enceinte 24 comporte un faisceau de tubes 25 de traitement, qui sont disposés côte à côte. Les extrémités d'entrée 26 de ces divers tubes sont branchées sur un boitier 27 de distribution auquel aboutit une conduite (non représentée) d'alimentation en eau de mer naturelle. Quant aux extrémités de sortie 28 de ces tubes, elles sont branchées sur un collecteur -d'évacuation 29 duquel part une conduite d'évacuation (non représentée). De même que dans le cas de l'enceinte unique 1 de la figure 1, un injecteur 30 débouche dans l'extrémité d'entrée de chaque tube de traitement 25 pour assurer l'adjonction de l'acide voulu. En un point intermédiaire de ces tubes, il est également prévu un injecteur 31 apte à assurer l'injection d'ammoniac. Enfin, l'extrémité d'entrée de chacun de ces tubes renferme un stator hélicoïdal 32 apte à impartir un mouvement tourbillonnaire à la colonne d'eau traitée dans chaque tube. Grâce à la présence d'un faisceau de multiples tubes de traitement, le présent appareil permet de traiter un volume d'eau très important. Du fait de cet agencement la réaction chimique est considérablement accélérée par rap port à celle qui serait obtenue dans une enceinte unique de traitement traversée par le même volume d'eau. Suivant la nature des sols à fertiliser, il est possible de ne produire qu'un seul sel, par exemple du sulfate en ajoutant uniquement de l'acide sulfurique à l'eau de mer à traiter. Dans le cas ou l'on désire obtenir une solution fertilisante renfermant plusieurs sels -en l'occurrence: des sulfates, des phosphates et des nitrates- il convient d'utiliser une installation comportant plusieurs enceintes de traitement, telle que l'enceinte 24 de la figure 4. Une telle installation est représentée sur la figure 5. Cette installation comprend trois enceintes 24a, 24b, 24c dont les boitiers d'entrée 27a, 27b, 27c sont raccordés å un réservoir 33 d'eau de mer naturelle, cependant que leurs collecteurs de sortie sont raccordes à une conduite de sortie 34 aboutissant à un réservoir 35 recueillant la solution fertilisante ainsi obtenue. L'injection de chacun des acides prévus est assurée par l'intermédiaire d'un tube troué 36 (voir fiv.6) disposé dans la conduite 37a, 37b, 37c alimentant en eau de mer l'enceinte de traitement respective. Ce tube troué est raccordé à un réservoir 38a, 38b, 38c contenant l'acide correspondant. De préférence un venturi 39 est disposé en amont de chaque tube troué d'injection d'un acide, ainsi qu'une vanne de con trôle 40. Dans le collecteur 29 de chaque enceinte de traitement, il est prévu une rampe 41 destinée à assurer l'injection d'ammoniac (voir fig.7). Ces rampes sont raccordées à un réser voir 43 contenant de l'amonniac. De même que dans l'installa tion représentée à la figure 3-, l'injection de ces divers produits est réalisée sous pression d'air a partir d'une pompe (non représentée). Il en est de même pour l'injection de produits additifs dans la partie terminale de la conduite 34 à partir d'un réservoir 44. Enfin, -il est prévu une pompe 45 å la sortie de chaque enceinte de traitement. Ces pompes, de même que les pompes d'entrée 39, peuvent être commandées par une installation de commande à programme. On peut ainsi faire varier à volonté les proportions des quantités d'eau de mer traitées dans chaque enceinte. Il est également possible de faire varier les proportions des sels obtenus en dosant en conséquence les quantités respectives des acides injectés dans l'eau de mer traité. 1es dimensions des tubes de chaque enceinte de traitement peuvent varier. Cependant il y a lieu de tenir compte que la réaction chimique est normalement achevée en 3 secondes pour une vitesse d'écoulement de lm/sec, sur un parcours de 3m, dans le cas où le diamètre des canaux est de l'ordre de 25 a 35 mm. Mais le diamètre des tubes de traitement peut varier entre 20 à 40 mm, pour une longueur de 3 mètreset une vitesse d'écoulement de lmXsec. Quant au nombre de tubes de traitement prévus dans une même enceinte, il varie en fonction de l'importance du volume d'eau à traiter. En effet, la division volumétrique de l'eau à traiter n'a pas d'influence sur les réactions chimiques de transformation. Etant donné que dans de telles enceintes à tubes multiples de traitement, les réactions chimiques de transformation obéissent à la loi des masses moléculaires, les quantités de produits chimiques introduites dans l'appareil doivent être calculées avec une grande précision. A ce sujet, il faut tenir compte que la valeur de la concentration moyenne de l'eau de mer naturelle en chlorure de sodium est 27 à 32g de Na Cl par litre. Cependant comme cette concentration est variable suivant le lieu de prélèvement, il faut utiliser les produits employés au maximum de degré de concentration dont le poids moléculaire est parfaitement connu. A simple titre indicatif on peut citer les exemples suivants de quantité de produits à ajouter à un volume d'eau de mer de 100 litres a) pour l'obtention d'un phosphate monosodique H3 Po4 à 100 % = de 5,025 à 10,000 Kg NH3 à 100 % = de 0,871 a 1,500 Kg KoH à 100 oO- = de 0,150 à 0,350 kg b) pour l'obtention d'un sulfate monosodique H2 So4 à 100 e = de 5,030 à 8,000 Kg NH3 à 100 % = de 0,871 a 1,500 Kg KOH à 100 % = de 0,250 0,350 Kg c) pour l'obtention d'un nitrate monosodique HNo3 à 100 % = de 3,230 a 6,000 Kg NH3 à 100 % = de 0,871 à 1,500 Kg KOH à 100 % = de 0,200 à 0,280 Kg L'application du procédé selon l'invention permet d'atteindre un rendement de 50 à 100g de produits fertilisants par litre d'eau de mer traitée et en fonction de la température a laquelle s'effectue le traitement. Il s'agit donc d'une concentration extrêmement importante, qui a l'avantage de permettre la fertilisation et la regénération rapides de zones désertiques. De plus, il faut observer que les réactions chimiques appliquées, lors de la mise en oeuvre du présent procédé, ne causent aucun dommage a la faune et à la flore bactériennes qui sont contenues dans l'eau de mer naturelle et dont la présence est très utile a la fertilisation des sols. Du reste les essais réalisés ont permis de constater d'excellents résultats en ce qui concerne le développement de plantes cultivées sur un terrain arrosé avec la solution obtenue grâce au procédé selon l'invention. Ceci résulte d'observations faites dans le cadre d'essais de culture effectués pendant une durée de trois ans, sous serres et sur un terrain situé en Charente Maritime. A chaque début de saison ce terrain a été préparé, non pas en lui adjoignant des engrais habituels, mais en l'arrosant avec une solution fertilisante obtenue a partir d'eau de mer naturelle avec le procédé selon l'invention. L'ensemencement a été effectué 3 jours après et les semis, ainsi que les plantes en résultant, ont été ensuite arrosés normalement avec de l'eau douce naturelle en procédant, une fois par mois, à un arrosage particulier avec la solution fertilisante obtenue avec le procédé selon l'invention. Ces essais ont porté sur la culture de petits pois, de tomates et de carottes et ceci a permis de constater un excellent développement des plantes ainsi cultivées. Or, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des quantités quasiment illimitées de solution liquide de fertilisation. L'application de ce procédé peut donc rendre possible l'irrigation et la fertilisation de zones désertiques de très grandes surfaces qui ne pouvaient pas jusqu'ici être cultivées. Il va de soi que les appareils et installations pour la mise en oeuvre du présent procédé ne sont pas limités aux exemples décrits. Ainsi dans le cas d'installations à enceintes multiples de traitement il serait possible de brancher celles-ci en série et non plus en parallèle comme prévu sur les figures 3 et 5, sous réserve que les quantités d'acides injectées dans la première et la seconde enceinte soient insuffisantes pour provoquer une réaction complète intéressant la totalité du chlorure de sodium en suspension dans l'eau de mer traitée. il convient donc que les quantités d'acide injectées soient déterminées pour provoquer seulement des réactions partielles dans chaque enceinte afin que la solution fertilisante ainsi obtenue contienne à la fois des phosphates, des sulfates et des nitrates. REVENDICATIONS 1") - Procédé de transformation chimique de l'eau de mer naturelle en un liquide de fertilisation des plantes, caractérisé en ce que l'on envoie de façon continue de l'eau de mer naturelle dans une ou plusieurs enceintes de traitement à l'intérieur desquelles on effectue la transformation des chlorures,en solution dans cette eau; en sulfates et/ou en phosphates, et/ou des nitrates, par adjonction d'un acide sulfurique et/ou dlun acide phosphorique, e/ou d'un acide nitrique, et en imprimant un mouvement tourbillonnaire à l'eau à traiter au cours de sa circulation à l'intérieur de la ou des enceintes de traitement. 2") - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'eau de mer traitée, on ajoute également de l'ammoniac pour réduire l'acide chlorydrique libéré lors des réactions de transformation en sulfates et en phosphates, ce qui procure un chlorure d'ammonium constituant un engrais assimilable par les plantes. 3 ) - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qui l'eau de mer traitée, on ajoute également de la potasse ou tout autre produit susceptible de réduire l'excès d'acidité et de constituer un composant utile pour la fertilisation des plantes. 4 ) - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte tubulaire (1) de traitement aux deux extrémités de laquelle sont branchées respectivement une canalisation d'amenée de l'eau de mer à traiter et une canalisation d'évacuation du liquide de fertilisation obtenu après traitement - dans l'extrémité d'entrée de cette enceinte tubulaire, un ajutage (4) d'injection du ou des acides (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique) à ajouter å l'eau de mer traitée - un stator hélicoidal (6) disposé à l'inté rieur de l'enceinte tubulaire de traitement (1) et disposé près de l'entrée de celle-ci pour impartir, à l'eau de mer à traiter, un mouvement tourbillonnaire au cours de sa circulation à 11 intérieur de cette enceinte. 5 ) - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en un point intermédiaire de la longueur de l'enceinte tubulaire (1) de traitement de l'eau de mer, débouche un ajutage d'injection (7) apte à injecter également de l'ammoniac dans l'eau de mer circulant à l'intérieur de cette enceinte. 60) - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend - un faisceau d'une série de tubes de traitement (25) disposés côte à côte pour former système à multicanaux aux deux extrémités duquel sont branchés respectivement une canalisation~ d'amenée de l'eau de mer à traiter et une canalisation d'évacuation du liquide de fertilisation obtenu après traitement ;; - dans l'extrémité d'entrée de chacun de ces tubes (25), un ajutage (30) d'injection du ou des acides (acide sulfurique, acide phosphorique, àcide nitrique) à ajouter à l'eau de mer traitée - à l'intérieur de l'entrée de chacun des tubes de traitement, un stator hélicoïdal apte à impartir un mouvement tourbillonnaire à l'eau de mer au cours de sa circulation dans chacun de ces tubes.; 7") - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en un point intermédIaire de la longueur de chacun des tubes du faisceau de tubes de traitement (25) de cet appareil, débouche un ajutage d'injection 13-1) apte a injecter également de l'ammoniac dans l'eau de mer circulant à l'intérieur de chacun de ces tubes. 8 ) - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend trois enceintes de traitement (la, lb, lc) selon la revendication 4, branchées en parallèle dont les entrées sont raccordées à un réservoir d'eau de mer naturelle et à l'intérieur de chacune desquelles est injectée un des trois acides prévus (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique), les sorties de ces trois enceintes étant raccordées à une conduite unique d'évacuation aboutissant à un réservoir à l'intérieur duquel est recueillie la solution fertilisante ainsi obtenue. 9 ) - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend trois enceintes de traitement (24a, 24b, 24c) selon la revendication 6, branchées en parallèle dont les entrées sont raccordées à un réservoir d'eau de mer naturelle et à l'intérieur de chacune desquelles est injec tée un des trois acides prévus (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique), les sorties de ces trois enceintes étant raccordées à une conduite unique d'évacuation aboutissant à un réservoir à l'intérieur duquel est recueillie la solution fertilisante ainsi obtenue. 10 ) - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend trois enceintes de traitement selon la revendication 4 ou selon la revendication 6, lesquelles sont branchées en série à la suite d'une conduite d'alimentation en eau de mer naturelle, les quantités d'acides (acide sulfurique, acide phosphorique, acide nitrique) injectées dans ces enceintes étant déterminées pour provoquer seulement des réactions partielles dans chaque enceinte afin que la solution fertilisante ainsi obtenue contienne à la fois des sulfates, des phosphates et des nitrates