Brevet FR2644321A1 — publié le 19900921

SUBSTRAT POUR CULTURE HORS-SOL A STRUCTURE MACROSCOPIQUEMENT ISOTROPE. La présente invention concerne un substrat pour cul- ture hors-sol présentant des propriétés satisfaisantes pour la culture des plantes. Il est important, pour la croissance des plantes, que le substrat contienne de l'air et puisse absorber et rete- nir l'eau ou des solutions aqueuses nutritives. On a proposé, pour la culture hors-sol, des substrats formés d'un feutre de fibres minérales, telles que de la laine de roche ou de verre, car ces substrats présentent l'avantage d'être très poreux, les fibres occupant géné- ralement au plus 5 % du volume total des substrats. Ils peuvent servir de support des racines, de réserve d'air et d'eau ou de solutions nutritives; d'autre part, ils sont légers et inertes chimiquement. La rétention d'eau, ou hydrorétention, d'un substrat est une caractéristique importante pour la conduite de la culture des plantes. Les conditions d'humidité peuvent va- rier suivant différents facteurs tels que le type de plantes à cultiver, le climat, les saisons, le stade de développement de la plante. Quelles que soient les condi- tions d'humidité désirées pour un type particulier de sub- strat, il est nécessaire que l'eau soit absorbée et retenue dans une certaine mesure par le substrat: il ne faut pas qu'elle s'écoule immédiatement, mais elle doit cependant rester disponible pour la plante. En effet, l'eau ou la solution trop fortement liée au substrat ou s'écoulant trop vite ne peut pas être utilisée par la plante dans de bonnes conditions. On sait que l'hydrorétentivité est liée à la capillarité du feutre constituant le substrat. La capillarité dépend du diamètre des fibres, donc de leur finesse, et de la masse volumique du feutre obtenu à partir de ces fibres. Pour une même masse volumique, l'hydrorétentivité d'un feutre augmente avec la finesse des fibres. Avec des feu- tres qui contiennent des fibres de même diamètre moyen, l'hydrorétentivité augmente lorsque la masse volumique augmente. Ainsi, suivant le type de plantes à cultiver, on uti- lise des substrats de structure différente dans laquelle on peut faire varier, notamment la masse volumique et le dia- mètre des fibres. Par exemple, un substrat présentant une bonne réten- tion d'eau devrait contenir des fibres de faible diamètre et présenter une masse volumique élevée. Si, pour une bonne croissance, la plante a besoin d'eau, elle demande aussi de l'air. Des substrats de masse volumique élevée, qui présentent une bonne rétention d'eau, utile à la plante, comprennent une réserve d'air qui peut être insuffisante. Pour augmenter la capacité d'aération des racines contenues dans le substrat, il est possible par exemple de former des passages d'air dans le substrat en pratiquant des trous dans l'épaisseur du substrat. Il est possible aussi de diminuer la masse volumique du substrat, en tenant compte du fait, cependant, qu'une diminution de la masse volumique entraîne une diminution de la rétention d'eau. Cependant, la présence de trous dans le substrat ou bien une faible masse volumique peut diminuer la résistance mécanique du substrat. En particulier, lorsqu'un substrat de faible masse volumique (pour augmenter sa réserve d'air) comprend des fibres de faible diamètre, ce qui permet d'augmenter le phénomène de capillarité et, par conséquent, l'hydrorétentivité du substrat, sa résistance mécanique est diminuée. Lorsqu'ils ont été imbibés d'eau et que cette eau s'est écoulée, ce qui correspond à une dépression hydrique, comme cela se passe dans la culture des plantes, ces sub- strats peuvent s'affaisser. Les pertes en épaisseur, qui en résultent, entraînent une diminution de la réserve d'air et ces pertes en épaisseur sont d'autant plus élevées que le substrat a une masse volumique plus faible et des fibres de diamètre plus petit. On a donc cherché à fabriquer des substrats pour cul- ture hors-sol qui présentent une résistance mécanique suf- fisante pour subir un affaissement minimum lors de la dé- pression hydrique, tout en présentant une rétention d'eau et une réserve d'air suffisantes pour un bon développement des racines et une croissance satisfaisante des plantes. L'invention propose un substrat pour culture hors-sol ayant ces propriétés. Le substrat pour culture hors-sol, selon l'invention, est formé de fibres minérales liées par un liant résineux réticulé thermiquement et se caractérise en ce qu'il est constitué par un feutre de fibres minérales à structure macroscopiquement isotrope, obtenu par compression longi- tudinale continue, à un taux inférieur à 15, d'une nappe de fibres minérales macroscopiquement orientées suivant l'axe longitudinal de la nappe, la compression ayant lieu avant le traitement thermique servant à réticuler le liant. Par "structure macroscopiquement isotrope", on entend que, dans un volume élémentaire de matière, les fibres sont disposées suivant des directions aléatoires, conférant à la matière, des propriétés isotropiques. Par "compression longitudinale continue", on entend que la nappe de fibres minérales, servant à fabriquer le feutre, a subi, avant le traitement thermique pour réticuler le liant, au moins une compression, en continu, par passage entre des paires de convoyeurs délimitant ses faces inférieures et supérieures, la vitesse de chaque paire de convoyeurs étant inférieure à celle des paires de convoyeurs précédents. Par "taux de compression", on entend le rapport de la masse de fibres par unité de surface après et avant compression. Le taux de compression dépend de la qualité des fi- bres, notamment de leur diamètre. Pour un substrat selon l'invention, il est de préférence inférieur à 7. A la compression longitudinale, on peut associer une compression transversale (dans le sens de l'épaisseur) qui peut être effectuée en continu et, de préférence, de ma- nière progressive. Au dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple: - La figure 1 représente schématiquement et en pers- pective une coupe d'un échantillon témoin de feutre obtenu sans compression longitudinale. - La figure 2 représente schématiquement et en pers- pective une coupe d'un échantillon de feutre obtenu avec compression longitudinale et utile comme substrat hors-sol, selon l'invention. - La figure 3 représente la courbe de déformation re- lative (%) en fonction d'une contrainte (kN/m2) appliquée sur un échantillon témoin A obtenu sans compression longi- tudinale et sur un échantillon B, utile comme substrat hors-sol selon l'invention, ayant subi une compression longitudinale. - La figure 4 représente un schéma général d'une ins- tallation utilisable pour former des feutres utiles comme substrat hors-sol selon l'invention. Comme le montre la figure 1, les fibres d'un feutre conventionnel, qui n'a subi qu'une compression dans le sens de l'épaisseur, se disposent, d'une manière préférentielle suivant une direction parallèle aux faces du feutre (ou suivant l'axe longitudinal du feutre) ou bien suivant une direction très voisine. La disposition des fibres est sen- siblement la même que l'on considère le feutre dans le sens longitudinal, désigné par la flèche, ou dans le sens transversal (par rapport à l'organe récepteur sur lequel le feutre est constitué). Ce type de feutre, se comprime fa- cilement sans le sens de l'épaisseur, particulièrement pour les faibles densités. La figure 2 représente un feutre qui a subi une com- pression longitudinale avant le traitement thermique servant à réticuler la composition de liant. Longitudi- nalement, on constate une grande diversité dans les direc- tions des fibres. Transversalement, la position dominante des fibres reste, d'une façon typique, parallèle aux faces du feutre. Un procédé pour former un feutre de fibres minérales, utile comme substrat pour la culture hors-sol selon l'in- vention, est décrit par exemple à la demande de brevet eu- ropéen A-133 083. Une nappe de fibres minérales est formée par le dépôt de fibres véhiculées par un courant gazeux sur un organe de réception qui est perméable au gaz et retient les fibres. Une composition de liant est appliquée sur les fibres lors de leur trajet vers l'organe de réception. La nappe, éventuellement comprimée dans le sens de l'épaisseur, est soumise à au moins une compression longitudinale en continu par passage entre des paires de convoyeurs, la vitesse de chaque paire de convoyeurs diminuant dans le sens de dé- placement de la nappe. La nappe est alors traitée thermiquement pour réticuler le liant et fixer la structure du feutre obtenu. Le feutre, obtenu après compression longitudinale et éventuellement transversale (dans le sens de l'épaisseur) et traitement thermique, présente une structure macroscopiquement isotrope. Ce produit, qui présente des propriétés améliorées, notamment une meilleure résistance à la compression, est particulièrement utile comme substrat pour la culture hors-sol. La figure 4 représente un schéma d'une installation utilisable pour fabriquer des feutres de fibres minérales utiles comme substrat pour la culture hors-sol. Ce schéma fait apparaître trois parties bien dis- tinctes, celle dans laquelle le feutre est formé à partir des fibres, celle dans laquelle le feutre est compressé longitudinalement et enfin la partie dans laquelle le feu- tre est traité thermiquement pour réticuler le liant. L'installation de formation des fibres est représentée schématiquement par trois dispositifs de centrifugation 1. La formation des fibres n'est liée à aucun mode particulier. Le mode auquel il est fait référence est seulement celui qui, au plan industriel, est le plus lar- gement utilisé pour la formation de fibres de verre, mais d'autres modes sont également possibles, notamment ceux utilisés habituellement pour la formation de laine de roche et qui font intervenir un ensemble de roues de centrifuga- tion sur la paroi périphérique desquelles le matériau est amené pour être accéléré et projeté sous forme de fibres. Trois dispositifs de centrifugation 1 sont montés en série. Dans les installations importantes, le nombre de centrifugeurs peut atteindre ou même dépasser la dizaine. Les fibres produites par chacun des dispositifs de centrifugation 1 forment à l'origine un voile annulaire 2. Elles sont entraînées par les courants gazeux vers la par- tie inférieure de la chambre de réception (3) o se situe un convoyeur de réception (4) perméable au gaz et retenant les fibres. La circulation des gaz est assurée par une as- piration entretenue sous le convoyeur de réception (4) à partir des caissons (5) en dépression par rapport à l'at- mosphère de la chambre (3). Les fibres se déposent sur le convoyeur en une épais- seur qui va en s'accroissant jusqu'à la sortie de la cham- bre de réception. A l'intérieur de la chambre, des moyens non repré- sentés projettent sur les fibres une composition liquide de liant. La nappe (6) sortant de la chambre (3) est ordinaire- ment relativement légère. Sa masse volumique moyenne est faible pour une épaisseur importante. Par ailleurs, en raison du mode de formation du feutre, les fibres sont principalement orientées suivant des directions parallèles au convoyeur (4). Par une succession de modifications, cette nappe va être conduite à une masse volumique très sensiblement accrue et à une orientation des fibres diffé- rente. Ces modifications peuvent comprendre une compression de la nappe dans le sens de l'épaisseur. Cette compression peut être obtenue, par exemple, comme il est montré sur la figure 4, en faisant passer -la nappe 6 entre deux convoyeurs (7) et (8). La distance séparant les deux con- voyeurs va de préférence en diminuant progressivement dans le sens de défilement de la nappe, pour éviter de dété- riorer les fibres. La compression dans le sens de l'épaisseur de la nappe peut cependant avoir lieu sur tout le trajet de la nappe avant l'étuve; elle peut varier progressivement sur tout le trajet de la nappe ou être constante sur une partie du trajet, par exemple en maintenant constante la distance entre deux convoyeurs se faisant face. Elle peut varier aussi d'une paire de convoyeurs à l'autre, et par exemple, diminuer, puis augmenter, suivant l'effet de compression souhaité. La nappe passe ensuite entre des paires de convoyeurs (9, 10) et (11, 12), la vitesse de chaque paire étant in- férieure à celle des paires de convoyeurs précédents, ce qui occasionne une compression longitudinale continue de la nappe. La nappe est ensuite directement introduite dans l'étuve (13) o le traitement thermique assure la réticulation du liant et la stabilisation du produit. A la sortie de l'étuve (13), le feutre obtenu est dé- coupé et conditionné en fonction des utilisations envi- sagées. La structure macroscopiquement isotrope du feutre ob- tenu dépend notamment de la masse volumique de la nappe de fibres et de son épaisseur. Le réglage de la distance entre deux convoyeurs qui se font face permet de fixer la masse volumique et l'épaisseur, compte tenu de l'épaisseur ini- tiale de la nappe à la sortie de la chambre de réception (3) et de celle que doit avoir la nappe à l'entrée de l'étuve (13). Pour plus de détails sur un procédé et un dispositif utilisables pour obtenir un feutre utile comme substrat hors-sol selon l'invention, on se reportera à la demande de brevet européen A 133 083, mentionnée précédemment. La compression transversale (dans le sens de l'épais- seur de la nappe), associée à la compression longitudinale, peut permettre de former un feutre qui comprend, en sur- face, sur ses côtés inférieur et supérieur, des fibres orientées sensiblement suivant l'axe longitudinal de la nappe. La couche superficielle inférieure résulte du tas- sement des fibres au contact de l'organe de réception. La couche superficielle supérieure résulte de la compression dans le sens de l'épaisseur. La présence de ces deux cou- ches superficielles contribuent au réarrangement des fibres à l'intérieur du feutre, suivant des directions aléatoires, lors de la compression longitudinale. De tels feutres, utilisés comme substrats pour la culture hors-sol, peut favoriser, par la présence de ces fibres orientées suivant l'axe longitudinal du feutre, l'étalement de l'eau ou de la solution nutritive sur toute la surface du substrat. Il est possible d'utiliser des substrats formés d'un feutre ne comprenant pas ou peu de fibres orientées, en surface, suivant l'axe longitudinal du feutre, pour per- mettre un écoulement de l'eau plus rapide vers l'intérieur du substrat. Cela peut être obtenu en ménageant, entre chaque paire de convoyeurs, ou entre deux paires de con- voyeurs seulement, un espace permettant à la nappe de re- prendre au moins en partie son épaisseur initiale. Les feutres de fibres minérales, ayant subi une com- pression longitudinale, qui sont utiles comme substrats pour la culture hors-sol, peuvent avoir des densités infé- rieures à 60 kg/m3 et, de préférence, comprises entre 15 et 30 kg/m3 et contenir des fibres de diamètre généralement compris entre 2 Wmn et 12 im et, avantageusement, inférieur à 8 1m. Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent l'invention. Les exemples correspondent respectivement à un sub- strat témoin A, formé à partir d'un feutre qui n'a pas été comprimé longitudinalement (figure 1) et à un substrat B selon l'invention, formé à partir d'un feutre, qui a été comprimé longitudinalement et présente une structure macroscopiquement isotrope, telle que représentée à la fi- gure 2. Les substrats A et B sont formés de fibres de verre de diamètre moyen égal à 6 unim. Le substrat témoin A est constitué d'un feutre de fi- bres de verre discontinues obtenu de manière usuelle, c'est-à-dire que la nappe de fibres de verre formée sur l'organe récepteur est comprimée dans le sens de l'épais- seur et traitée thermiquement pour former un feutre. Sa masse volumique est égale à 28 kg/m3. Le substrat B selon l'invention est fabriqué par le procédé décrit à la demande de brevet européen A 133 083 et mis en oeuvre dans une installation telle que représentée schématiquement à la figure 4. Les vitesses des différents convoyeurs sont réglées pour avoir un taux de compression final de 4. La vitesse de l'organe de réception et du premier groupe (7, 8) de con- voyeurs est de 30 m/mn. La vitesse du deuxième groupe (9, ) de convoyeurs est de 14 m/mn, celle du troisième groupe (11, 12) de 6 m/mn. La vitesse de déplacement du feutre dans l'étuve est de 6 m/mn. La distance entre les deux convoyeurs du premier groupe est constante et égale à 100 mm, celle entre les convoyeurs du deuxième groupe de mm, et celle entre les convoyeurs du troisième groupe de 80 mm. Apres passage dans l'étuve, on obtient un feutre ayant une masse volumique de 22 kg/m3. L'épaisseur nominale des deux substrats A et B est de 75 mm. On évalue la résistance à la compression de ces deux substrats en examinant leur déformation relative (en %) en fonction d'une contrainte (en KN/m2). Voir figure 3. Ce test est effectué en soumettant des échantillons de L'épaisseur nominale des deux substrats A et B est de mm. On évalue la résistance à la compression de ces deux substrats en examinant leur déformation relative (en %) en fonction d'une contrainte (en KN/m2). Voir figure 3. Ce test est effectué en soumettant des échantillons de 0,16 m2 à différentes pressions en utilisant un dynamomètre Instron 1195. On peut constater, sur la figure 3, que, soumis à une même contrainte, au moins pour les faibles valeurs, le substrat A témoin se déforme plus que le substrat B selon l'invention, bien qu'ayant une masse volumique (28 kg/m3) plus élevée. Le substrat B, selon l'invention, est donc plus ré- sistant à la compression, ce qui le rend avantageusement utilisable pour la culture hors-sol. En effet, comme on l'a déjà indiqué, le fait qu'il soit plus résistant mécanique- ment, le rend plus résistant à la dépression hydrique à laquelle il est soumis lors de son utilisation pour la culture des plantes. Le substrat conserve donc en perma- nence le même rapport air/eau nécessaire pour un bon déve- loppement des racines et une croissance satisfaisante des plantes. En outre, des substrats à résistance mécanique améliorée peuvent être obtenus avec des feutres de faible masse volumique (par exemple 22 kg/m3) qet contenant des fibres de diamètre moyen relativement faible (6 wm). Ainsi, la présente invention fournit des substrats qui, non seulement, contiennent une plus grande réserve d'air, mais aussi présentent une bonne hydrorétentivité, caractéristi- ques qui permettent un meilleur développement des racines et une meilleure croissance de la plante. REVDICATIONS 1. Substrat pour culture hors-sol formé de fibres mi- nérales liées par un liant résineux réticulé thermiquement, caractérisé en ce qu'il est constitué par un feutre de fi- bres minérales à structure macroscopiquement isotrope, ob- tenu par compression longitudinale continue, à un taux in- férieur à 15, d'une nappe de fibres minérales macroscopi- quement orientées suivant l'axe longitudinal de la nappe, la compression ayant lieu avant le traitement thermique réticulant le liant. 2. Substrat conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre moyen des fibres est compris entre 2 wm et 12 Wm. 3. Substrat conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le feutre a une masse volumique inférieure à 60 kg/m3. 4. Substrat conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le feutre a une masse volumique comprise entre 15 et 30 kg/m. 5. Substrat conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un feutre obtenu par compression longitudinale continue à un taux inférieur à 7. 6. Substrat conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un feutre obtenu par compression longitudinale continue et compression dans le sens de l'épaisseur. 7. Substrat conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est formé de fibres de verre.