Brevet FR2624341A1 — publié le 19890616

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ARROSAGE DE CULTURES PERXETTAXT UNE PROTECTION DES PLANTES CULTIVEES L'invention concerne un procédé d'arrosage de plantations, de cultures agricoles et analogue, permettant une protection des plantes cultivées lorsque les conditions d'ambiance dans l'atmosphère environnante sont inadéquates. Il est connu depuis de nombreuses années que lorsque du givre se forme sur les plantes cultivées au moment o la température ambiante atteint O'C, ces plantes sont alors protégées contre le gel par la couche de givre. En effet, la formation du givre sur la plante empêche la radiation des feuilles de la plante et la perte de chaleur de celle-ci, par effet de corps blanc. Toutefois, lorsque le point de rosée est égal ou inférieur à 0'C, le gel survient avant que la plante ne soit recouverte par la rosée. Le givre ne se forme donc pas et la plante continue à irradier sa chaleur alors que la température ambiante atteint 0'C et continue à descendre. La plante va alors geler. Afin d'éviter le gel des plantes cultivées dans un pareil cas, il est courant de les arroser lorsque la température s'approche de O'C afin d'obtenir le givre protecteur au moment o elle atteint 0'C. - Cela implique une surveillance constante de l'évolution météorologique locale, notamment de la température ambiante et du point de rosée, dans les périodes ou le gel peut se produire, et le déclenchement de l'arrosage au moment opportun par l'agriculteur. Un problème, différent de celui du gel, est également posé avec les plantations pour lesquelles la température de reproduction est très supérieure & la température de gel. Par exemple, dans les plantations de bananiers, la croissance et la reproduction des bananes ne se fait plus lorsque la température ambiante descend une fois au-dessous de 16'C. Dans les pays o le cas est susceptible de se produire, il ne peut y avoir de récolte certaines années si, au moment de la reproduction la température a franchi la barre des 16C en descendant. L'invention vise à palier ces inconvénients en créant un procédé permettant, au moyen d'une surveillance constante des conditions météorologiques locales, de maintenir automatiquement, d'une part le point de rosée a une valeur acceptable pour que du givre se forme sur les plantes au moment o le gel survient et, d'autre part, notamment dans les cas o la température ne doit pas descendre au-dessous d'une certaine valeur déterminée, selon les plantes cultivées, un micro-climat présentant les qualités nécessaires pour favoriser la reproduction et la croissance des plantes, et en particulier une formation de rosée. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un procédé d'arrosage de cultures agricoles et autres dans lequel on utilise des asperseurs, alimentés en eau par des canalisations et produisant des micro-aspersions, disposés régulièrement dans les périmètres à protéger afin d'irriguer l'ensemble de ces périmètres et dans lequel on mesure la température extérieure, le point de rosée et le vent, caractérisé en ce que l'on utilise les valeurs mesurées de la température ambiante et du point de rosée pour produire d'une part. un signal transmis à un dispositif qui déclenche l'arrosage, et d'autre part pour produire un second signal qui lorsque la température ambiante descend au-dessous d'une valeur prédéterminée déclenche le réchauffage et la régulation de la température de l'eau en fonction du vent et de l'écart entre le point de rosée mesuré et le point de rosée prescrit pour remonter et maintenir le point de rosée au-dessus d'une valeur prédéterminée Jusqu'à ce que la température ambiante descende au-dessous de ce point, auquel cas, l'arrosage et le chauffage de l'eau sont maintenus pour conserver la saturation en eau de l'air, afin d'obtenir sur l'ensemble de la plantation et jusqu'à une hauteur déterminée une atmosphère dont la température de point de rosée assure une protection des cultures contre les effets d'une baisse de température ambiante au-dessous d'une valeur déterminée par création et conservation de rosée et éventuellement de givre. L'invention sera mieux comprise au moyen d'un exemple de réalisation décrit ci-après du procédé ainsi que du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Sur les figures: la figure 1 représente un diagramme du type diagramme de Mollier, sur lequel on a porté horizontalement, et en haut la température de point de rosée, en bas la masse d'eau évaporée par volume d'air considéré; la figure -2 représente le schéma de principe d'un système d'arrosage selon l'invention dans le cas d'une régulation de la tempérture de l'eau par vanne mélangeuse; la figure 3 représente une installation équipée de plusieurs systèmes selon l'invention; la figure 4 représente une seconde forme d'utilisation du système selon l'invention; la figure 5 représente le schéma de la seconde forme de réalisation; et la figure 6 montre une application du dispositif selon l'invention. Comme on l'a exposé ci-dessus, le procédé consiste a créer un microclimat présentant les conditions favorables à la protection des plantes et à leur reproduction. Pour cela, il va falloir évaporer de l'eau et la chaleur d'évaporation sera prise à l'eau qui est plus chaude que l'air. Le diagramme de la figure 1 permet de déterminer la masse d'eau à évaporer par ma d'air pour ramener le point de rosée à une valeur acceptable. On a porté sur le diagramme, horizontalement, en haut, la température de point de rosée, en bas la masse d'air à évaporer en gramme par m d'air sec. Les lignes obliques représentent une valeur de la température ambiante en 'C. Supposons que l'on ait une température ambiante Ta = +5'C et que la température de point de rosée Tr soit de -7 C. Le point du diagramme correspondant à cette O10 situation est déterminé par l'intersection de la ligne correspondant à Ta = +5'C avec la ligne correspondant à Tr = -7'C. On veut ramener la température de point de rosée Tr à une valeur acceptable pour la protection de la plante, par exemple Trc = +1'C. La température ambiante restant constante, on se déplace sur la droite correspondant à Ta = +5 C jusqu'à l'intersection de cette droite avec la droite qui correspond à Tr = +i1C. On lit alors sur l'échelle horizontale inférieure du diagramme la valeur de la masse d'eau à évaporer par mTi d'air sec qui est d'environ 1 g. Lorsque la température Tr de point de rosée sera égale à i'C, quand Ta va passer au-dessous de 1-C, l'eau évaporée va se condenser sur les feuilles (rosée), ou faire un brouillard, en restituant la chaleur d'évaporation prise à l'eau d'arrosage et qui est d'environ de 600 calories par gramme. Si alors la température Ta descend au-dessous de 0'C, il va se former du givre, avec restitution de la chaleur de congélation. La plante est ainsi doublement protégée du gel. D'une part, par la couche de rosée, ou mieux de givre qui empêche la radiation des feuilles (effet de corps blanc), et d'autre part, par l'apport de la chaleur de condensation et de congélation restituée par l'eau lors de la formation de la rosée puis du givre. Comme on l'a déterminé au moyen du diagramme, il faut évaporer lg d'eau par mètre cube d'air. Si l'on désire dans notre exemple, protéger la plantation sur 3 m de hauteur et sur lha (10.000 mz), il va falloir protéger un volume de 3 m x 10.000 m2 soit 30.000 m-', ce qui revient à évaporer 30.000 g d'eau (30 1). Pour obtenir cette évaporation, on va devoir prendre la chaleur d'évaporation à l'eau qui est plus chaude que l'air. Or, pour une température de point de rosée de 0'C, 3.750 litres d'eau à 15'C donnent 3. 750 x 15 = 56.250 koal, soit 235.125 KJ. Pour évaporer 30 litres, il faut 30.000 g x 0,6 kcal = 18.000 kcal, soit 75.240 KJ. Si l'on arrose avec 3.750 litres/ha/heure, on obtient une température minimale théorique de l'eau d'arrosage de: 18.000 kcal: 3.750 1 = 4,8 'C pour obtenir la chaleur nécessaire à l'évaporation de 30 litres d'eau en ramenant la température des 3.750 litres à 0'C. Les calculs précédents permettent d'établir le tableau suivant qui fournit une méthode de détermination de la température de l'eau et de la durée de l'arrosage. Une boîte de rosée, (appareil donnant la température ambiante Ta et la température Tr du point de rosée) va fournir la température de point de rosée Tr. Cette température Tr est remontée & la valeur prescrite Trc par évaporation d'une masse d'eau déterminée, qui a une température déterminée Tw, pendant un temps déterminé t au moyen du tableau, selon la rapidité avec laquelle il faut remonter le point de rosée pour renouveler les pertes dues au vent. Les faibles valeurs de vent considérées sont dues aux brise-vents naturels ou artificiels. L'arrosage sera effectué au moyen des dispositifs prévus à cet effet et renouvelé périodiquement afin de compenser les pertes de chaleur et d'humidité dues à l'environnement et au vent, pour maintenir constant le micro-climat obtenu. TEMPERATURE DE L'EAU EN C POUR UN DEBIT DE 3.750 1/h Trc - Tr g d'eau par Litres/ha/ Chaleur Vent: nul Vent:50m/30mn Vent:50m/15mn Vent:50m/8mn Vent: 50m/4mn m3 d'air 3 mètres nécessaire Montée de Montée de Montée de Montée de Montée de en KJ Tr en]h Tr en 30mn Tr en 15mn Tr en 8mn Tr en 4mn 1 0,143 4.2.9 10.760 0,7 1,4 2,8 5,6 11,2 2 0,285 8,r57 21.494 1,4 2,8 5,6 11,2 22,4 3 0,429 12,85 32.228 2,1 4,2 8,4 16,8 33,6 4 0,571 17,14 42.987 2,7 5,4 10,8 21,6 43,2 0,714 21,43 53.746 3,4 6,8 13,6 27,2 54,4 6 0,857 27,51 64.481 4 8,2 16,4 32,8 65,5 7 1 30,00 75.240 4,8 9,6 19,2 38,4 76,8 8 1,143 34,29 85.999 5,5 11 22 44,0 9 1:285 38,57 96.734 6,2 12,4 24,8 49,6 1,429 42,86 107.493 6,9 13,8 27,6 55,2 11 1,591 47,14 118.227 7,6 15,2 30,4 60,8 12 1,714 51,42 128.961 8,2 16,4 32,8 65,6 13 1,857 55,71 139.721 8,9 17,8 35,6 14 2,000 60,00 150.480 9,6 19,2 38,4 2,143 64,29 1.61.239 10,3 20,6 41,2 r,, ct- La "boîte de rosée" va fournir une température de point de rosée de -6'C. Pour obtenir une température Tr de +1-C, il va falloir compenser un écart de 7'G. Pour cela il faut évaporer environ lg d'eau par m- d'air, soit 30 litres à l'hectare sur S m de haut. Ceci correspond à 75.240 KJ (18.000 kcal). Si l'on compte remonter le point de rosée & 1'C en i h, il faudra une eau à 4,8'C minimum. Pour tenir compte du vent, on doit par exemple renouveler le micro-climat ainsi créé toutes les huit minutes. Pour obtenir les calories nécessaires, le tableau indique que la température de l'eau aux jets doit être de 38,4'C. La méthode d'emploi du procédé ci-dessus va donc consister, afin d'économiser le chauffage de l'eau, à déclencher l'arrosage d'eau froide lorsque Ta atteint, en baissant, +5'C, par exemple, puis à commander le chauffage de l'eau lorsque Ta est descendu à +2'C afin de remonter la température du point de rosée à +1'C. Ainsi, lorsque la température ambiante Ta va passer par Ta = Tr = 1'C, il y aura condensation et formation de givre à Ta = 0'C. Dans l'exemple précédent, on a utilisé le procédé pour la protection contre le gel des plantes. Dans le cas de plantes nécessitant une température supérieure à une température donnée non nulle pour leur reproduction et pour leur croissance ou autres, on fixe la température Tal à partir de laquelle l'arrosage va commencer comme précédemment, par exemple à 4'C au- dessus de la température To, au-dessous de laquelle on ne veut pas descendre, puis la tempérture Ta2 à partir de laquelle on va chauffer l'eau à I'C au-dessus de To. Par exemple pour les bananes, on fixera la température To & 16'C, Tal à 20'C et Ta2 à 17'C. Un exemple du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté à la figure 2. Une "boîte de rosée" 1, située de préférence dans la plantation, mesure la température ambiante Ta et la température de point de rosée Tr. Ces valeurs sont transformées en un signal respectif envoyé à une entrée de comparateurs 2, 3 et 4. Le signal Ta représentant la température ambiante est envoyé à une entrée du comparateur 2 et a une entrée du comparateur 4. Dans le comparateur 2, le signal Ta va être comparé à une première valeur de température extérieure Tal, dite température d'alerte, correspondant à la température ambiante au-dessous de laquelle il faudrait déclencher l'arrosage. Cette température d'alerte est introduite dans le comparateur par sa deuxième entrée et prédéterminée au moyen du potentiométre 2a. Dans le comparateur 4, Ta va être comparée à une seconde valeur prescrite de température ambiante Ta2 au-dessous de laquelle l'eau d'arrosage doit être chauffée. Cette valeur Ta2 est déterminée au moyen du potentiomètre 4a et introduite dans la deuxième entrée du comparateur 4. Le signal Tr de la température de point de rosée mesurée par la boîte 1 est envoyé à la première entrée du comparateur 3. Il y est comparé à une valeur prescrite de température de point de rosée Trc fixée au moyen du potentiomètre 3a et introduite à la deuxième entrée du comparateur 3. Les sorties des comparateurs 2 et 3 sont reliées aux entrées d'une porte ET 6 dont la sortie est elle-même reliée au système de manoeuvre d'une vanne d'eau froide 8. La sortie du comparateur 4 est reliée d'une part au système de commande d'une vanne d'eau chaude 9 et d'autre part à un calculateur 5 dont le signal de sortie est envoyé au système de commande d'une vanne mélangeuse 10 reliée aux conduites des asperseurs. Le calculateur 5 détermine la position de la vanne mélangeuse en fonction de la température d'eau d'arrosage Tw mesurée par une sonde 11 à la sortie de la vanne 10, de la vitesse du vent mesurée par un anémomètre 12 et de la différence entre les valeurs du point de rosée mesuré Tr et du point de rosée prescrit Trc, calculée par un comparateur 7. Un affichage 13 permet de visualiser, en position 1 la valeur de la température d'alerte Tal, en position 2 la valeur de la température de déclenchement du chauffage Ta2 et en position 3 la température ambiante Ta réelle. Un affichage 14 permet de visualiser, en position 1 la température du point de rosée prescrit Trc et en position 3 la température du point de rosée réel Tr. Le système fonctionne comme suit. La température d'alerte Tal ayant été préalablement reglée sur le potentiométre 2a à +5 C, la température de point de rosée prescrit à +I'C sur le potentiomètre 3a et la température de déclenchement du chauffage Ta2 à +2'C sur le potentiomètre 4a, (ces valeurs ne sont indiquées ici qu'à titre d'exemple), le signal Ta provenant de la boîte de rosée 1 est comparé à la valeur Tal dans le comparateur 2 et en même temps, le signal Tr provenant également de la boîte de rosée est comparé à la valeur prescrite Trc dans le comparateur 3. Les signaux issus des comparateurs 2 et 3 sont envoyés à la porte ET 6 qui ne laisse rien passer tant que ses deux entrées ne sont pas activées. Lorsque la température mesurée Ta est égale ou inférieure à la valeur Tal = +5'C, le comparateur 2 active la première entrée de la porte ET. Tant que Tr est supérieure à la valeur de comparaison Trc dans le comparateur 3, la deuxième entrée de la porte ET n'est pas activée. Lorsque Tr descend à la valeur prescrite Trc de +i'C, le comparateur 3 active la deuxième entrée de la porte ET 6 et la vanne 8 de commande de l'arrosage à l'eau froide est ouverte. L'arrosage se poursuit à l'eau froide Jusqu'à ce que la température ambiante Ta atteigne la valeur Ta2 = +2 C. Le comparateur 4 déclenche alors le démarrage de la chaudière et l'ouverture de la vanne 9 de l'eau chaude. En même temps le calculateur 5 va régler la température de l'eau d'arrosage en commandant la vanne mélangeuse en fonction de la différence de température du point de rosée mesuré et du point de rosée prescrit, de la vitesse du vent pour le renouvellement du micro-climat, et va réguler la position de cette vanne en tenant compte de la température effective Tw de l'eau d'arrosage. Au lieu d'utiliser une vanne mélangeuse 10, le 0l système peut être pourvu avec une commande de la position des vannes d'eau chaude 9 et d'eau froide 8. Les deux vannes 8, 9 étant commandées en opposition, l'une dans le sens de l'ouverture, l'autre dans le sens de fermeture afin d'obtenir la température d'eau d'arrosage désirée. On a représenté sur la figure 3, une installation d'arrosage comportant plusieurs dispositifs selon l'invention. L'eau chaude est amenée aux vannes d'eau chaude 9 au moyen d'une canalisation de forte section 17 en provenance d'une chaudière 16. La pression est assurée par une pompe 15. Afin de maintenir la température de l'eau d'arrosage la plus stable possible, l'eau non utilisée de la canalisation 17 est recyclée dans la chaudière 16 au moyen d'une canalisation de retour 18 de faible section et d'un accélérateur 18'. On évite ainsi les baisses de température de l'eau arrivant aux vannes 9, et notamment & celles les plus éloignées de la chaudière. L'eau froide est, pour sa part, amenée par une canalisation 19 aux vannes d'eau froide 8. Les dispositifs 100 selon l'invention, comprenant chacun une une boîte de rosée et les composants de la figure 2, sont disposés dans la plantation de façon à assurer un arrosage complet sur toute la surface. Chaque boîte de rosée va permettre localement la régulation de la température de l'eau. Dans le cas d'une limitation en débit, un programmateur 20 peut autoriser le fonctionnement successif des systèmes 100 pour obtenir un arrosage séquentiel. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la modulation de la température Tw de l'eau d'arrosage ne se fait plus par une vanne mélangeuse 10 avec arrivée d'eau froide et arrivée d'eau chaude. Elle se fait par commande directe de la chaudière par le dispositif 100 qui agit en outre sur les vannes des asperseurs. Un tel dispositif a été représenté sur les figures 4 et 5. Une seule canalisation 17 amène l'eau provenant de la chaudière. A Ta = Tal, le système déclenche la pompe 15. Cette eau est non chauffée tant que Ta est comprise entre Tal et Ta2. Dès que Ta atteint Ta2, en descendant, le système déclenche le chauffage de l'eau et effectue une régulation par thermostat de la chaudière au moyen du calculateur 5. Un programmateur 20 commande l'ouverture séquentielle des vannes 9. Afin d'économiser sur le matériel quant à sa taille (notamment pour le débit), l'arrosage va être effectué par tranches de terrain. Le calculateur 5 du système va commander séquentiellement l'ouverture et la fermeture des vannes 9 de chaque secteur d'aspersion selon un rythme déterminé. Un exemple d'application de l'invention est décrit ci-après, à l'aide de la figure 6; Sur une surface cultivée A les asperseurs sont disposés en rangées parallèles alimentées par groupes de rangées par quatre canalisations 17a, 17b, 17c, l7d. Afin de bien répartir l'arrosage, les rangées reliées à une canalisation sont intercalées avec celles alimentées par les autres canalisations. Ainsi, la rangée al est suivie des rangées bl, cl et dl, puis a2, b2, c2, d2 etc.. Les canalisations 17a à 17d sont pourvues de vannes 9a à 9d dont l'ouverture et la fermeture sont commandées séquentiellement par le système. Le système va moduler la température de l'eau arrivant aux vannes 9a à 9d soit par régulation thermostatique de la 1? chaudière soit par vanne mélangeuse, située a proximité des vannes 9. Afin d'éviter les pertes dues au vent, on place sur les côtés de la surface A, exposés au vent dominant, des asperseurs alimentés en continu par une ou plusieurs canalisations et éventuellement on y placera des brises-vent. Le calculateur du système va commander l'arrosage séquentiel. D'abord la canalisation 17a et les rangées d'asperseurs ai, a2, a3, a4,... an, en ouvrant la vanne 9a. Puis après l'avoir refermée, les rangées bl, b2, b3.. . bn, en ouvrant la vanne 9b et ainsi de suite jusqu'à dn. Lorsqu'il a refermé la vanne 9d, il réouvre la vanne 9a et le cycle recommence. Durant le cycle, les asperseurs situés sur les deux côtés de la surface cultivée exposés au vent dominant fonctionnent en permanence. On maintient ainsi le micro-climat créé. On a décrit deux exemples de réalisation de l'invention. L'un, fonctionnant avec une vanne mélangeuse de l'eau chaude et de l'eau froide, commandée pour réguler la température de l'eau, l'autre, fonctionnant par commande directe de la chaudière pour réguler la température de l'eau. On peut également envisager une modulation du temps d'arrosage et garder une température de l'eau constante et relativement élevée. Le calculateur 5. donne alors des temps d'arrosage au lieu de températures d'arrosage, afin de fournir une puissance calorifique identique. ]vR!rICATIINS 1. Procédé d'arrosage de cultures agricoles et analogue, dans lequel on utilise des asperseurs, alimentés en eau par des canalisations et produisant des micro-aspersions, disposés régulièrement dans les périmètres à protéger afin d'irriguer l'ensemble de ces périmètres et dans lequel on mesure la température extérieure et le point de rosée, caractérisé en ce qu'on utilise les valeurs mesurées de la température ambiante et du point de rosée pour produire d'une part un signal transmis à un dispositif qui déclenche l'arrosage, et d'autre part, un second signal qui, lorsque la température ambiante est descendue à une valeur prédéterminée, déclenche le réchauffage et la régulation de la température de l'eau en fonction de l'écart entre le point de rosée mesuré et le point de rosée prescrit pour remonter et maintenir le point de rosée au-dessus d'une valeur prédéterminée Jusqu'à ce que la température ambiante descende au-dessous de ce point auquel cas l'arrosage et le chauffage de l'eau sont maintenus afin d'obtenir sur l'ensemble de la plantation et Jusqu'à une hauteur déterminée une atmosphère dont la température de point de rosée assure une protection des cultures contre les effets d'une baisse de température ambiante au- dessous d'une valeur déterminée, par création et conservation de rosée et éventuellement de givre. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation de la température de l'eau d'arrosage se fait également en fonction de la vitesse du vent. 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la régulation de température de l'eau d'arrosage se fait également en fonction de la température du sol. 4. - Dispositif d'arrosage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte: - une boîte de rosée (1) mesurant la température ambiante (Ta) et la température de point de rosée (Tr); - un ensemble de comparateurs (2,3,4) permettant le déclenchement de l'arrosage et le démarrage du chauffage de l'eau d'arrosage en fonction de valeurs prédéterminées de la température ambiante (Tal, Ta2) et de la température de point de rosée (Trc) et - un système de régulation de la température de l'eau d'arrosage (Tw) au moyen d'un calculateur (5) en fonction de la différence entre la température de point de rosée mesurée, de la température de point de rosée prescrite et de la température de l'eau (Tw) elle-même. 5. - Dispositif d'arrosage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calculateur prend en compte la vitesse du vent mesurée par un anémomètre (12) pour régler la température de l'eau d'arrosage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que -le calculateur prend en compte la température du sol mesurée par une sonde. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le système (100) agit sur une au moins des vannes d'eau froide (8) pour déclencher l'arrosage, sur au moins une vanne d'eau chaude (9) pour amener de l'eau chaude aux asperseurs et sur au moins une vanne mélangeuse pour doser le mélange d'eau chaude et d'eau froide afin de réguler la température de l'eau d'arrosage. 3 5 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système (100) agit sur une au moins des vannes d'eau froide (8) pour déclencher l'arrosage ou sur au moins une vanne d'eau chaude (9) pour amener l'eau chaude aux asperseurs et commande de façon inversée la position des vannes d'eau froide (8> et d'eau chaude, afin de doser le mélange d'eau chaude et d'eau froide et de réguler la température d'eau d'arrosage. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 & 6, caractérisé en ce que le système commande l'arrosage en agissant sur une pompe (15) et le chauffage ainsi que la régulation de la température de l'eau agissant directement sur la chaudière (16). 10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'un programmateur (20) autorise ou arrête l'arrosage en agissant sur les vannes (8, 9) ou sur le système (100).