Brevet FR2577752A2 — publié le 19860829

FR 2577752 A2 19860829 FR 8503245 A 19850227 Procédé de Culture Automatisée Sur Supports Extensibles Mobiles et équipements permettant sa mise en oeuvre La présente invention concerne une amélioration apportée au brevet principal ayant fait l'objet du dépôt NO 84-04313 en France le 7 Mars 1984, et notamment en ce qui concerne la circulation des granulats à partir du réservoir-silo jusqu'au bac de culture, dans le but de raccourcir ce circuit le plus possible et, par là, d'éviter le risque de formation de bouchons de granulats en un point ou un autre du circuit qu'ils parcourent, ceci pour le procédé décrit au chapitre A du brevet principal relatif à la culture sur granulats. La présente invention se rapporte également à l'utilisation de ce procédé dans des conditions particulières en empilant des bacs de culture sur un plus ou moins grand nombre de niveaux, réduisant ainsi considérablement la surface occupée au sol, là où le terrain est rare et cher et dans les régions à conditions climatiques particulièrement sévères. La présente invention concerne également la possibilité de récupérer très facilement les calories excédentaires pendant les journées ensoleillées et chaudes, de les stocker et de les restituer aux heures froides. La présente invention concerne également la possibilité décrites dang le brevet prinia.etno 1rlsluesntroersmeice remplacer les ames (90pereiges peigne, convenablement espacées et s'insérant plus facilement que les lames entre les racines de deux rangées successives de plants. La présente invention concerne également une amélioration apportée aux possibilités de photosynthèse des plants ainsi que des moyens permettant de maintenir les bacs de culture en bon état de propreté. Ce procédé pourra également trouver des utilisations particulièrement intéressantes dans l'espace et pour la mise en valeur de corps célestes autres que la Terre. Dans le brevet principal les granulats suivent un parcours sinueux, d'où risque de formation de "bouchons" bloquant la circulation des granulats, en particulier dans les coudes. L'objet de la présente invention est de simplifier et de réduire considérablement le parcours des granulats (100) pour éliminer le risque de formation de bouchons. Pour parvenir à ce résultat le réservoir silo (8) et l'espace (2?. entre les deux dalles prévus au brevet principal, sont confondus en un seul et même grand réservoir (110) dont la surface peut être sensiblement égale à celle du bac de culture proprement dit. Les granulats et la solution nutritive qui y sont contenus, en proportions réglables à volonté, sont mis en suspension homogène par un système d'agitation, tel une ou des hélices (111) par exemple. Dès que la suspension est bien homogène, le mélange granulats / solution nutritive est poussé au travers des tuyères (4) traversant la dalle (3) formant fond du bac de culture (5), ce parcours peut être rectiligne et ne mesurer qu'une fraction de mètre, le risque de bouchonnage est ainsi totalement exclus.La propulsion du mélange granulats / solution nutritive, au travers des tuyères (4), peut être lente ou rapide, avec éventuellement un effet de "chasse", elle peut s'effectuer par tous moyens appropriés tels qu'une poussée d'air comprimé, directe ou indirecte, par pompage, etc.. Tous les paramètres de ce cycle étant facilement réglables entre des limites larges. la fin du cycle de circulation des granulats (100) est sensiblement la même que dans le brevet principal : ils avancent dans le bac de culture (5) depuis la zone de semis (6) jusqu'au front de récolte (7), là ils sont propulsés hors du bac, passent au travers d'un tamis (13), puis tombent dans une ou des trémies (12) et retournent directement par gravité dans le réservoir principal (110) (les canalisations de retour (15-15bis) prévues au brevet principal n'ayant plus d'utilité sont supprimées dans ce cas). Au fond des trémies (12) un système d'obturation étanche (115) est prévu pour les isoler du réservoir (110) au moins pendant les périodes où le pression d'air et/ou le pompage sont en action, il peut être tenu ouvert ou non entre ces périodes. La Figure 1 est une demi coupe verticale de l'ensemble d'une installation de ce type. - La FIGURE 1 P1. 1/1 est une demi coupe sur un bac réalisé comme indiqué au brevet principal et reprend la plus grande partie des dispositions prévues à la Fig. 1, P1. 1/6 dudit brevet. Toutefois, les dispositions ci-dessous sont différentes : le silo (8) avec ses dispositifs annexes (9), (10), (11), (15), (16), (17), (34), ainsi que l'espace (2-2bis), prévus au brevet principal, sont confondus en un seul réservoir (110), la dalle (1) est remplacée par le fond (117) du réservoir. Les granulats et la solution nutritive contenus dans le réservoir (110) peuvent être en concentration relatives variables, dans le cas d'utilisation du sable on pourra utilement avoir environ 40 Ó de sable pour 60 ó de solution (en poids); ces chiffres pouvant varier dans de très fortes proportions ne sont donnés qu'à titre d'indication, ces proportions peuvent varier également très fortement avec des granulats légers. Au repos, le niveau (118) du mélange pourra être sensiblement proche de celui de la sous face de la dalle (3). Un ou plusieurs systèmes d'agitation peuvent mettre ce mélange en suspension homogène, tel par exemple, à titre non limitatif, une ou plusieurs hélices (111) utilisées seules et/ou bien avec insufflation d'air comprimé en partie basse du réservoir en un grand nombre de points. De l'air comprimé peut être introduit dans le réservoir (110) pour en faire monter le niveau (118) et pousser ainsi le mélange granulats/solution nutritive au travers des tuyères (4). Un exemple non limitatif d'arrivée d'air comprimé est représenté en (112) : le niveau du mélange dans l'espace (113) baisse sous la poussée de l'air comprimé. jusqu'à son niveau minimum en (1-14) et l'on conçoit que le volume du mélange contenu initialement en (113) n'a d'autre issue que de passer par les tuyères (4) puisque le réservoir a au préalable été clos et rendu étanche en obturant la zone de retour des granulats au réservoir principal en (115). Cette obturation peut être obtenue par de nombreux moyens connus mais pourra être utilement réalisée à l'aide d'un boudin gonflable (quand ce boudin est dégonflé et donc relevé les granulats contenus dans les trémies (12) peuvent sans difficulté retourner au réservoir (110) par simple gravité). De l'eau, de la solution nutritive, de l'air comprimé ou un mélange quelconque des trois, peuvent être introduits, préfé rentiellement en partie basse et en de nombreux points, dans le réservoir (110), dans le double but d'homogénéiser le mélange granulatsZsolution nutritive qui y est contenu, et d'en faire monter le niveau (118), forçant ainsi ce mélange homogène dans les tuyères (4). Dans ce cas le système d'agitation prévu ci-avant peut être moins puissant ou même, dans certains cas, supprimé. L'air comprimé traversant les tuyères (4) peut en outre contribuer à l'aération des racines. On conçoit que dans cette disposition l'agitation du mélange permet d'obtenir un milieu homogène dans lequel peuvent se répartir de façon uniforme les pressions et ce en tous points de la sous face de la dalle (3), et qu'unequantité égale de granulats traversera, dans un même temps, chaque centimètre carré de surface de section de tuyère. Cette quantité de granulats injectée au droit de chaque tuyère (4) dans le bac (5) pourra être modulée à volonté en faisant varier à loisir de nombreux paramètres tels : section des tuyères, pourcentages relatifs de granulats et de solution nutritive, granulométrie, fréquence des mises sous pression, modulation des durées et des intensités d'application de cette pression etc.. On ne sortirait pas du champ de l'invention en remplaçant la pression d'air comprimé par un pompage sous pression légère, en remplaçant l'espace à parois rigides (113) par un espace à volume variable (tel un réservoir souple), par une déformation des parois du réservoir (110) etc.. L'espace (113) peut aussi bien être remplacé par un espace (113bis) central au lieu d'être périphérique et le niveau (114) par le niveau (114bis). Des liaisons (116) par poteaux ou tirants peuvent être prévues de place en place pour relier la dalle (3) au fond du réservoir (117), elles sont de section réduite pour ne pas perturber l'homogénéisation du mélange granulats/solution nutritive pendant les phases d'agitation. Pour l'aération des racines des plants, surtout en cas d'emploi de granulats à granulométrie fine laissant peu de vides intersticiels, il pourra être avantageux de maintenir le niveau (118) de la solution nutritive un peu plus bas que la sous face de la dalle (3) créant ainsi un espace (119) dans lequel on pourra insuffler de l'air qui, passant par les tuyères (4), viendra aérer le substrat en granulats (100) sur lequel croissent les plants (14). Après leur passage dans les tuyères (4), les granulats (100) suivent le même cycle que celui décrit dans le brevet principal : translation lente (avec extension concommitante longitudinale et transversale) depuis la zone de semis (6) jusqu'au front de récolte (7), de là ils tombent dans les trémies (12) après avoir traversé les tamis (13). Le seuil relevé prévu au brevet principal en surépaisseur et à la périphérie de le dalle (3), au droit du front de récolte (7) peut être supprimé car il n'est pas nécessaire de maintenir le niveau de la solution nutritive à son niveau maximum en permanence, au contraire ce niveau ne sera atteint, dans la plupart des cas, que pendant le peu de temps où la pression est maintenue dans le réservoir (110) et où le niveau (118) s'élève. Le point haut des tamis (13) pourra de ce fait être abaissé et être prévu sensiblement au niveau du dessus de la dalle (3), celle-ci étant donc plane sur toute sa surface. Quand l'installation est au repos, une libre communication peut exister entre le fond des trémies (12) et le réservoir (110), l'obturation (115) étant en position "ouverte". Dès le début de la mise en fonctionnement des agitateurs (111) les courants créés dans la solution nutritive contenue dans le réservoir (110) y font descendre les granulats précédemment contenus dans les trémies (12), même si la pente est très faible. Dès que les trémies (12) sont ainsi vidées, les obturateurs (115) peuvent être fermés, le réservoir (110) est alors étanche en tous points sauf au droit des tuyères (4). Le même système de tuteurs, poussés à la base par les granulats, peut être utilisé. Chaque fois que nécessaire, ils peuvent également être poussés à leur sommet manuellement ou par tout dispositif mécanique. L'objet de la présente invention est également de réaliser, dans une variante importante, un empilement de bacs de culture les uns sur les autres, en un nombre non limité de niveaux, aussi bien pour le mode de culture sur granulats que sur fils. L'éclairage des plants pourra dans ce cas être tout ou partie artificiel (lampes électriques, tubes fluorescents etc..) ou naturel, en renvoyant entre les bacs la lumière solaire captée à l'extérieur grâce à des surfaces réfléchissantes, ou toute combinaison de ces deux modes d'éclairage. I1 est ainsi possible de constituer de véritables "tours" à plusieurs étages ou plusieurs dizaines d'étages, chacune de ces constructions, de très faible emprise au sol, pouvant être l'équïvalent de plusieurs dizaines d'hectares de cultures classiques. Ces tours pourront, autant que de besoin, être prévues orientables, afin d'obtenir un éclairement et une température optimisés. I1 est évident que, dans ces conditions, toutes les déperditions, aqueuses, calorifiques, gazeuses, etc.. seront encore plus considérablement réduites et la rentabilité encore améliorée. L'objet de la présente invention est également de permettre une récupération facile et gratuite de calories habituellement perdues. Pour ce faire, pendant les heures des jours chauds et ensoleillés où il est nécessaire de ventiler pour rafraichir l'atmosphère et les plants, l'air ambiant aspiré puis refoulé dans les bacs de culture dans le but d'aérer les racines des plants (14) se trouve surchauffé par le rayonnement solaire, il est automatiquement refroidi par son passage au travers de décrits au solution nutritive dans les réservoirs (110) ou fes bacs brevet principal et non illustrés ici (80 et/ou au travers du substrat en granulats (100), milieux auquels il cède ses calories excédentaires, il retourne ensuite à l'atmosphère à une température nettement inférieure et convenant beaucoup mieux aux plants. Les calories ainsi accumulées dans. les réservoirs (110), les bacs (80), et/ou les substrats (100) sont automatiquement restituées pendant les heures fraîches où la température de l'air ambiant est inférieure à celle de la solution nutritive et/ou des granulats. Le volume important de la solution nutritive, des granulats, ainsi que celui des réservoirs et bacs les contenant représente'. une masse importante à très grande inertie thermique absorbant et réémettant tour à tour des calories autrement perdues et constitue de ce fait un régulateur de températures idéal et gratuit. L'objet de la présente invention est également de prévoir la possibilitX de remplacer les lames (90), servant à pousser et/ou tirer les plants sur les fils au-dessus des bacs (80), par des pointes ou tiges de faible section, surtout dans les zones où il y a très peu de distance entre les rangées successives de plants. En effet, dans certains de ces cas il pourrait arriver que les lames pleines et continues aient des difficultés à s'insérer entre les racines des plants de deux rangées consécutives en raison de la faible distance les séparant et de l'enchevêtrement des racines, et de ce fait auraient tendance, lors de leur mouvement ascendant, à soulever les plants (14) eux-mêmes, ce qu'il y a lieu d'éviter. Pour parvenir à ce résultat les lames (90) équipant les décrits au brevet principal et non illustrés ici chariots (92) sont remplacées par des tiges de faible section positionnées au milieu de chaque espace (82) régnant entre respectivement décrits au brevet principal les deux fils (81) de chaque paire de fils, et de même et non illustrés ici hauteur que les lames (90). Ces tiges constituent une sorte de peigne à dents verticales et, du fait de leur faible section, n'ont aucune peine à trouver leur chemin au milieu des racines, et sans les blesser, au cours de leur mouvement ascendant. Une fois en position haute elles poussent ou tirent les plants exactement comme l'auraient fait les lames (90). L'objet de la présente invention est également d'accroître sensiblement la quantité d'énergie lumineuse effectivement reçue et utilisée par chaque plant, et donc son activité de photosynthèse en complétant, pendant un nombre d'heures réglable à volonté, l'éclairage naturel par un éclairage artificiel, ce qui est en soi une technique connue. Toutefois, de la totalité de l'énergie lumineuse émise par une source quelconque, seule est utile pour la photosynthèse la fraction de cette énergie qui est réellement absorbée par la plante, le reste est réfléchi par le sol ou le feuillage et est perdu d'où un gaspillage d'énergie lumineuse considérable. Dans la présente invention on limite considérablement cette perte d'énergie en obligeant les rayons lumineux à se réfléchir plusieurs fois entre la surface des plants et un réflecteur disposé- au-dessus et éventuellement autour des bacs de culture. Ceci sera réalisé d'une façon particulièrement simple et économique dans le cas de bacs empilés les uns sur les autres, il suffira de rendre réfléchissante la sous face de chaque bac, et donc la sous décrits aun brevet principal et face de leurs fonds (1-1bis), (117) (80) une simple non illustrés ici peinture blanche brillante étant suffisante dans la plupart des cas, mais on pourra, dans des installations très performantes, et en particulier dans l'espace, utiliser des surfaces réfléchissantes -plus parfaites, telles des miroirs, du métal poli ou tout autre système équivalent; les parois (30) et/ou (32) des bacs pourront être traitées de la même façon. L'énergie lumineuse émise sera ainsi utilisée avec un rendement très proche de l'unité et donc sans perte, ce qui contribuera par la même occasion à réduire d'autant les dépenses de chauffage. Dans le cas de bacs disposés sur un seul niveau les parois (29), (30) et/ou (32) pourront être semi transparentes pour laisser entrer la lumière solaire mais la "piéger" en renvoyant les rayons réfléchis par la surface des plants vers ceux-ci. Une variante à ce dispositif consiste à prévoir des rideaux réfléchissants enroulables, instincts ou non des parois (29), (30), (32), couvrant toute la surface utile des bacs (5), (80), et pouvant également être disposés sous la paroi transparente (29) ou dans l'espace (33). Ces rideaux peuvent être enroulés sur des axes, à la périphérie ou sur le grand côté des bacs trapézoïdaux, pendant les heures où l'ensoleillement naturel est suffisant, et déroulés, en les tirant vers le centre ou le petit côté des bacs (5), (80), quand cet ensoleillement naturel est insuffisant, l'éclairage artificiel étant alors mis en service. Ces mêmes rideaux peuvent également être utilisés pour l'ombrage des plants, ils ont leur face dirigée vers les bacs réfléchissante, ils peuvent être opaques ou semi transparents. I1 est ainsi possible d'accroître sensiblement et à peu de frais l'énergie lumineuse effectivement reçue et utilisée par les plants et donc de leur permettre une activité de photosynthèse suffisante malgré que leurs parties aériennes ne disposent que d'une surface très réduite. Par la même occasion les dépenses de chauffage se trouvent réduites. Les plants peuvent ainsi croître normalement malgré la modicité de la surface dont ils disposent. L'objet de la présente invention est également d'apporter des moyens permettant de maintenir les bacs de culture (80) en bon état de propreté malgré que leur fond soit peu accessible puisqu'ils sont recouverts en permanence d'une couche de plants à tous les stades de croissance. Pour parvenir à ce résultat, dans le procédé de culture sur fils, les chariots (92) peuvent être munis d'un système d'aspiration des fragments de plants ou détritus pouvant tomber au fond des bacs afin d'éviter qu'ils n'y pourrissent et afin de maintenir les bacs en parfait état de propreté. Cette aspiration peut être réalisée à l'aide d'une pompe aspirante (à la manière d'un aspirateur ménager ou de piscine). Le mélange aspiré (solution nutritive/détritus) est filtré. La solution filtrée et propre.est renvoyée au bac de culture (80) et les détritus stockés dans un réservoir approprié qui est vidé à intervalles réguliers. On comprend que les chariots circulant sur toute la surface des bacs (80) peuvent, grâce aux aspirateurs décrits ci-dessus, en nettoyer la totalité du fond, à intervalles de temps rapprochés. De même il est possible d'arraser régulièrement les racines des plants (afin qu'elles ne deviennent pas trop encombrantes) à une longueur sous fils compatible avec une bonne croissance des plants, d'aspirer les déchets et de les évacuer comme il vient d'être dit. Cet arrasement peut se faire automatiquement par tout système genre tondeuse à gazon ou faucheuse, mais fonctionnant à l'envers, c'est à dire sous les racines au lieuse au-dessus des parties aériennes, ces systèmes étant bien entendu fixés eux aussi aux chariots (92). L'objet de la présente invention est également susceptible d'applications spatiales, et tout particulièrement le procédé de culture sur fils, ceci en raison des gains considérables de productivité à l'unité de surface, de volume et de poids, ceci aussi bien pour des installations satellisées que construites sur des corps célestes autres que la Terre-. Les questions de poids étant primordiales, les bacs de culture (5), (80) pourront être réalisés en matières légères tel l'aluminium, le plastique etc.. Les racines des plants (14) pourront ne pas plonger en permanence dans la solutioh nutritive dont le poids pourrait dans ce cas être prohibitif, les racines étant simplement vaporisées ou imprégnées, à intervalles réguliers, par un brouillard de solution nutritive, avec récupération et recyclage permanent. Dans l'espace proprement dit les bacs de culture, isolés ou groupés en ensembles plus ou moins importants, pourront être mis en rotation afin de créer une faible gravité pouvant être favorable à la bonne croissance des plants. Dans le cas de culture sur des corps célestes naturels, les bacs (5), pourront recevoir des granulats le plus souvent d'origine locale. Les bacs (5), (80), seront avantageusement empilés les uns sur les autres afin d'obtenir des ensembles extrêmement compacts dont la climatisation sera particulièrement aisée. Les êtres vivants occupant ces stations pourront vivre en symbiose avec ces cultures avec échange réciproque d'oxygène, de gaz carbonique et de vapeur d'eau. Toutes les descriptions qui précèdent ne sont données qu 'a' titre indicatif et d'exemple, elles ne limitent nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails décrits par tous autres équivalents. Outre les applications spatiales mentionnées ci-dessus, la présente invention a les mêmes applications industrielles et concerne les mêmes professions que le brevet principal. REVENDICATIONS 1. Procédé de Culture Automatisée Sur Supports Extcnsibles Mobiles ét équipements permettant sa mise en oeuvre, se rattachant à la Revendication N 1 du Brevet Principal, caractérisé en ce qu'un ou des réservoirs (110), de surface sensiblement égale à celle des bacs de culture (5), sont disposés sous lesdits bacs de culture et contiennent un mélange de granulats et de solution nutritive. Les granulats et la solution nutritive sont sois en suspension homogène par des moyens assurant leur agitation, leur niveau (118) peut être élevé par pompage e/ou injection sous pression d'air, de solution nutritive, d'un mélange de granulats et de solution nutritive, ou d'une combinaison quelconque de ces trois éléments, introduits en un ou plusieurs points du réservoir (110). Le mélange homogène grenulats/so'ution nutritive est ainsi poussé au travers des tuyères (4) jusque dans les bacs (5). Cette introduction et/ou ce ompage ont également pour résultat d'agit-er ou de compléter l'agitation et l'homogénéisation du mélange. De l'air peut ou non être icufflé dans l'espace (119), entre le niveau supérieur (118) de la solution et la sous face du fond des bacs (3) pour aérer, après passage dans les tuyères (4), les granulats (1) constituant le substrat sur lequel poussent les plants (1 ). 2. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1, caractérisé n ce que l'introduction ou le pompage d'eau, d'air comprimé, de solution nutritive, d'un mélange de solution nutritive et de granulats, ou d'une combinaison quelconque de ces éléments, peuvent s'effectuer soit dans une zone annulaire (113) soit dans une zone centrale (113bis) .. ~~~~~~-- --- du réservoir (110), constituant ainsi un réservoir à volume variable. Pendant cette opération le passage entre le fond des trémies (12) et les réservoirs (110) peut être obturé par un boudin gonflable (115). 3. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'agitation sont constitués soit par une seule ou plusieurs hélices (111), soit par de l'eau, de la solution nutritive, de l'air, ou par une combinaison quelconque de ces trois éléments, pouvant être introduits sous pression en de nombreux points en partie basse du réservoir (110), soit par une combinaison de ces deux moyens, dans le but d'homogénéiser le mélange granulats/ solution nutritive qui y est contenu et d'en faire monter le niveau (118) forçant ainsi ce mélange homogène dans les tuyères (4). 4. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1, caractérisée en ce que de l'air, de l'eau, ou de la solution nutritive, sous pression, sont introduits dans une ou plusieurs bâches réservoir" dilatables, placées à l'intérieur du réservoir principal (110) afin d'en faire varier le niveau (118). 5. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs parois du réservoir (110) sont mobiles et/ou déformables pour en modifier le volume afin de faire varier le niveau (118) du mélange granulats/solution nutritive et le forcer au travers des tuyères (4) jusque dans les bacs de culture (5). 6. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1 du Brevet Principal, et revendication 1 du présent additif, caractérisé en ce que les bacs de culture (5), (80), sont empilés les uns sur les autres, avec entre eux l'espace nécessaire pour effectuer les façons culturales et permettre l'éclairage des plants, soit naturel, soit artificiel ou toute combinaison des deux. L'ensemble de ces bacs empilés, de forme quelconque, constitue une sorte de "Tour", pouvant éventuellement être mise en rotation d'ensemble pour profiter au mieux de l'ensoleillement. 7. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1 du Brevet Principal et revendication 1 du présent Additif, caractérisé en ce que l'air ambiant prélevé dans l'espace clos compris entre les bacs (5), (80), et les parois (29), (30), est envoyé dans et au travers la solution nutritive et/ou les granulats pour les aérer. Quand la température de cet air est plus élevée que celle de la solution et/ou des granulats, il leur cède ses calories excédentaires; quand au contraire sa température est plus basse, cet air se réchauffe à leur contact. I1 y a ainsi régulation automatique des températures et récupération gratuite des calories excédentaires. 8. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1 - ~ ~ caractérisé en ce que des tiges de faible section, en forme de peignes, peuvent remplacer les lames (90). 9. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1 caractérisé en ce que des systèmes réfléchissant la lumière peuvent être prévus entre et autour les bacs de culture (5), (80), empilés et/ou au-dessus et autour des bacs isolés pour éviter les déperditions d'énergie lumineuse, afin que le coefficient d'utilisation de cette énergie par les plants soit proche de l'unité. 10. Procédé de Culture Automatisée, selon revendication 1 " caractérisé en ce que les chariots (92) peuvent être munis d'un système coupe racines pour arraser celles-ci à un niveau déterminé, et d'un système d'aspiration des débris de plants et détritus pour maintenir les bacs de culture en bon état de propreté.