Brevet FR2648985A1 — publié le 19910104

ELEMENT DE CULTURE HORS-SOL 1S L'invention concerne les techniques de culture hors- sol. Plus précisément, l'invention se rapporte aux techni- ques dans lesquelles la culture met en jeu plusieurs étapes successives de croissance des plantes, chaque étape con- duisant à l'utilisation d'un substrat offrant un volume supérieur à celui du précédent pour permettre un dévelop- pement satisfaisant du système racinaire de-la plante. Dans les modes intensifs de culture hors-sol, une bonne gestion des matériaux et de l'espace disponible con- duit à une succession d'étapes correspondant à la mise en oeuvre de substrats spécifiques. Le mode le plus répandu à l'heure actuelle dans les cultures hors-sol en serre comporte ainsi au moins deux étapes successives. La première étape correspond à la croissance initiale des plants. Ceux-ci étant peu volumi- neux et présentant un développement limité du système ra- cinaire, le professionnel utilise de préférence à ce stade un substrat de volume restreint. Ceci permet de multiplier le nombre de plants cultivés sur un espace limité. Cela permet aussi de minimiser le volume de solution nutritive nécessaire pour entretenir le substrat dans les conditions adéquates pour le développement des plants. Dans une deuxième étape, les plants qui ont grandi sur ces substrats de volume limité sont disposés, avec le premier substrat, sur un deuxième substrat offrant un volume plus important, et ordinairement espacés les uns des autres. L'invention est relative aux substrats minéraux sur lesquels sont développés les plants ne requérant qu'un vo- lume limité dont l'ordre de grandeur est de 1 dm3. Plus précisément, l'invention est relative à des substrats en fibres minérales tels que ceux constitués de laine de verre ou de laine de roche. Les substrats considérés selon l'invention sont de forme générale parallélépipèdique. Cette forme est celle qui, du point de vue des producteurs comme des utilisa- teurs, est sensiblement la plus pratique. Le transport de ces substrats, en évitant tout volume perdu, en est amé- lioré. Leur production en est aussi beaucoup facilitée et se prête à une automatisation poussée. Ces avantages sont très sensibles pour des produits qui doivent nécessairement être proposés à des prix très bas. Pour l'utilisateur, la forme parallélépipèdique permet des regroupements commodes de ces éléments sur une surface réduite dans les stades de la culture o les plants étant peu développés, il est -avantageux de minimiser la surface occupée. Pour la commodité de l'exposé, nous désignerons dans la suite ces éléments de substrats sous la nom de "cubes" étant entendu qu'ils ne présentent pas nécessairement, ni même généralement, une forme vraiment cubique. Ce nom est néanmoins choisi car il correspond à celui qui est ordi- nairement retenu par les utilisateurs. Il est nécessaire pour bien comprendre le problème que se propose de résoudre l'invention de détailler davantage les conditions de culture sur ces "cubes". Dans les modes de culture intensive qui représentent les débouchés les plus significatifs pour ce type de pro- duits que sont les "cubes", ceux-ci sont dans un premier temps disposés les uns contre les autres sur une large surface. Dans ce type d'arrangement, il est nécessaire d'aménager à la fois une irrigation satisfaisante et une aération convenable pour assurer la croissance la plus complète et la plus rapide des plants. L'irrigation peut être effectuée soit par la partie supérieure des cubes, soit par leur base, c'est-à-dire la partie reposant sur le - 3- sol. Ces types d'opération d'irrigation sont conduits suivant un rythme dépendant à la fois de la culture consi- dérée et des conditions ambiantes (saison, température, évaporation...). Après un certain développement des plants, il est usuel d'écarter les cubes les uns des autres pour offrir plus d'espace et de lumière. A ce stade encore, l'irrigation est' avantageusement conduite comme indiqué cidessus, mode que l'on désigne par le terme de "subirrigation". Dans ces étapes de la culture sur cubes, nous avons vu comment pouvait être effectuée l'irrigation. Nous avons dit aussi qu'il était nécessaire d'assurer une bonne aération des racines. Cette aération est une condition nécessaire au bon développement de celles-ci. Si l'aération des cubes dépend des conditions d'irri- gation, elle dépend d'abord des cubes eux-mêmes. Des dispositions ont été proposées par ailleurs pour améliorer l'aération des cubes en intervenant, par exemple, sur la conformation de ceux-ci. Dans ces dispositions an- térieures, il est principalement envisagé d'éviter que les cubes n'aient une trop grande surface de contact avec le support sur lequel ils reposent. Le but est alors essen- tiellement de favoriser le "drainage" du cube. Autrement dit, partant d'un matériau dont les caractéristiques vis-à-vis de la rétention d'eau sont connues, il s'agit de faire en sorte, en jouant sur la forme des cubes, de modi- fier les caractéristiques "usuelles" de ces matériaux. Une difficulté rencontrée avec les cubes antérieurs est, non seulement d'aboutir à un bon rapport air/eau, mais encore, de faire en sorte que ce rapport soit maintenu le plus longtemps possible entre deux apports de solution lorsque celle-ci est conduite de façon discontinue. Plus encore, il est important de limiter autant que possible les différences qui peuvent exister entre les différents ni- veaux dans la hauteur du cube. C'est pour éviter par exemple la formation d'une par- tie entièrement saturée d'eau à leur base, que l'on a pro- posé antérieurement d'utiliser des cubes dont les fibres sont préférentiellement orientées dans des plans A - sensiblement verticaux. Avec le même feutre constituant le matériau de base, suivant que les fibres sont dans des plans horizontaux ou verticaux, la distribution de la so- lution serait sensiblement différente. Par ailleurs, l'usage de cubes à fibres verticales donnerait aux cubes une meilleure tenue mécanique, notam- ment une meilleure résistance à l'écrasement. Cette pro- priété est particulièrement recherchée lorsque l'on utilise -des feutres dont la masse volumique est relativement fai- ble, ce qui correspond à des fibres plus fines et donc of- frant moins de résistance à la déformation en situation de culture. A l'expérience cependant, le choix de matériaux dont les fibres sont principalement dans des plans verticaux ne satisfait pas pleinement aux besoins des horticulteurs. Il est apparu, au cours des études de ces matériaux, que la résistance mécanique et le rapport air/eau, même très im- portants, ne rendent pas complètement compte des exigences de la croissance des plantes. Les inventeurs ont pu mettre. en évidence que la distribution des racines dans le maté- riau de culture est un facteur très sensible et que cette distribution demandait encore à être améliorée. Si la croissance des plants sur des cubes à fibres "verticales" est favorisée par un meilleur drainage et par suite par l'obtention d'un rapport air/eau plus élevé, la verticalité des fibres semble limiter la diffusion des ra- cines dans le cube. De façon simplifiée, dans ce type de cube, la croissance des racines se fait préférentiellement de haut en bas avec une colonisation transversale limitée. Les raisons de cette forme de croissance ne sont pas par- faitement déterminées. Nous essaierons plus loin quelques hypothèses en voyant les résultats d'exemples de comparai- son avec des réalisations selon l'invention. Les inventeurs ont montré quer pour des cubes de cul- ture en fibres minérales, il était possible d'améliorer la colonisation du matériau par les racines sans occasionner de difficulté pour ce qui concerne notamment les propriétés mécaniques, en utilisant un feutre dont la structure n'est pas celle des feutres les plus usuels. A ce propos, on sait que les substrats minéraux fi- breux utilisés dans la culture hors-sol sont des produits dérivés de leur destination d'origine, laquelle est l'iso- lation thermique. En pratique, les industriels qui ont eu l'idée d'utiliser ces produits en horticulture ont, à l'origine, limité les modifications des produits de base au strict minimum qui était de les rendre mouillables là o, traditionnellement, en isolation on recherchait des pro- duits hydrophobes. Le mode de fabrication des feutres servant à la fabrication des substrats de culture hors-sol est, pour cette raison, la même que celle des feutres d'isolation notamment pour ce qui concerne la formation des fibres et les étapes ultérieures conduisant à la constitu- tion d'un feutre. Il est bien connu que, dans les modes usuels de production, les-fibres recueillies sur un con- voyeur perméable aux gaz ont tendance à se placer en strates parallèles au plan du convoyeur de réception. Cette orientation préférentielle; qui est inhérente aux techni- ques de production, se retrouve dans le produit final. Dans le cas des substrats dits à "fibres verticales", la struc- ture du matériau de base reste inchangée. Seule la position du matériau dans le substrat est modifiée; Au lieu d'une utilisation du feutre "horizontale", par une rotation du matériau dans les éléments de culture, le feutre est uti- lisé verticalement. On retrouve donc, dans ce cas, en po- sition "verticale" les strates qui, initialement, se forment parallèlement au plan du convoyeur de réception. Les inventeurs ont montré qu'une amélioration de la croissance des plants et une meilleure colonisation du ma- tériau des cubes pouvaient être obtenues en utilisant un matériau dans lequel les fibres ne sont pas disposées pré- férentiellement sous forme stratifiée mais, autant que possible, sont orientées de façon aléatoire dans toutes les directions. Des isolants à base de feutres minéraux présentant ce type de structure sont connus, par exemple, du brevet eu- ropéen EP-B-0 133 083. Le but poursuivi dans ce document antérieur est de constituer des feutres d'isolation pré- sentant une très bonne résistance mécanique, notamment à la - 6 compression, et qui sont utilisés par exemple dans les terrasses de bâtiments. Il s'est avéré que les feutres qui présentent une structure analogue à celle des produits fibreux isolants de l'art antérieur cité, favorisent une distribution avanta- geuse du système racinaire dans la culture des plants. Le mode d'obtention des substrats selon l'invention détermine également leur structure. Ce mode est celui dé- crit dans le brevet européen cité. Selon ce brevet il s'agit, à partir d'une nappe de fibres reçue sur un tapis convoyeur, d'assurer un réarrangement de l'orientation des fibres. La nappe formée sur le convoyeur présente des strates comme indiqué précédemment. Le réarrangement s'ef- fectue en comprimant la nappe dans le sens longitudinal. Cette opération, que l'on nomme également crêpage, est ef- fectuée de façon continue sur la nappe avant d'en fixer la structure par réticulation du liant. L'opération de crêpage, qui correspond à la compres- sion longitudinale, ne doit pas être confondue avec là compression exercée dans l'épaisseur de la nappe dans pra- tiquement toutes les fabrications de feutres d'isolation. Cette dernière.a pour principal objet de fixer l'épaisseur du produit final et sa masse volumique. La compression s'exerçant perpendiculairement au plan des strates de fi- bres n'entraîne pas de modification de la stratification, sinon un resserrement des strates. Ceci étant précisé, il va de soi que la compression longitudinale conduisant au crêpage des fibres peut être combinée avec une compression dans l'épaisseur de la nappe, ces opérations étant simultanées ou consécutives. La compression longitudinale peut atteindre des pro- portions élevées qui sont fonction de plusieurs facteurs: dimensions des fibres constituant la nappe, épaisseur et masse volumique de la nappe, etc... Pour obtenir un réar- rangement significatif de l'orientation des fibres, le taux de compression longitudinal est supérieur à 1,5 et, de préférence, supérieur à 2. - On désigne sous le nom de "taux de compression" le rapport des longueurs avant et après compression. -7- Pour les nappes initialement à très faible masse vo- lumique et compte tenu des masses volumiques mises en oeu- vre dans les matériaux de culture hors-sol, le taux de compression peut s'élever jusqu'à 10 et plus. De façon ha- bituelle, le taux ne dépasse pas 6. De façon préférée, les cubes selon l'invention pré- sentent une masse volumique comprise entre 20 et 70 kg/m3 et, de préférence, entre 30 et 60 kg/m3. Les raisons économiques poussent à utiliser les pro- duits les plus légers. On peut gagner en coût de matériau et aussi en coût de transport. Par ailleurs, les produits légers sont aussi souvent ceux dont les fibres sont les plus fines et qui, pour cette raison, offrent les réten- tions d'eau rapportées à la masse de fibres les plus éle- vées. Néanmoins, la légèreté ne doit pas compromettre la tenue du cube lors de sont utilisation. Même convenablement crêpé ce qui, en modifiant la répartition des fibres, amé- liore la résistance mécanique, le cube ne doit pas, de préférence, être à moins de 20 kg/m3 Dans ce domaine les cubes en fibres de verre, fibres dont les dimensions peu- vent être longues et fines, figurent parmi les produits dont la masse volumique peut être la plus petite. Une autre raison fait qu'une masse volumique minimum est préférable. Il convient, en effet, que ces cubes présentent une cer- taine stabilité au cours de leur utilisation. Ils sont gé- néralement simplement posés sur le support qui les reçoit. Il faut éviter que la plante croissant sur le cube puisse renverser celui-ci. Il faut surtout que les cubes ne su- lissent pas de déformations importantes à la compression et, qu'en particulier, ils puissent être saisis, même chargés en solution, sans trop se déformer. Il est im- portant en effet que les manipulations des cubes, par exemple au moment de l'éclaircissement ou de la mise sur les pains, n'occasionnent pas un dégainage de ceux-ci. Une certaine masse volumique est donc préférable. La dimension des fibres est aussi un facteur influant sur la qualité des produits. Précédemment, dans la consti- tution des substrats minéraux, la tendance a été d'utiliser des fibres parmi- les plus fines réalisables. Le but était de favoriser la capillarité des produits par un accroisse- ment du rapport surface de fibre/masse de fibres. L'expé- rience de la culture montre là encore que, pour favoriser la croissance du système racinaire de façon homogène, et pour les masses volumiques préférées indiquées ci-dessus, il est avantageux de choisir des fibres dont le diamètre moyen se situe entre 2 et 9 micromètres avec, de-préfé- rence, un diamètre compris entre 4 et 7. Le micronaire de ces fibres se situe entre 1 et 7 sous 5 g. L'invention est décrite, de façon plus détaillée, en faisant référence à la planche de dessins dans laquelle: la figure 1 représente, en perspective et en coupe partielle, un cube traditionnel, la figure 2 est une vue analogue à la précédente présentant un cube selon l'invention, la figure 3 montre, de.façon schématique, le mode de progression des racines dans un cube traditionnel, la figure 4 montre, de façon schématique, le mode de progression des racines dans un cube selon l'invention. 20. La figure 1 présente un cube traditionnel. Celui-ci se compose ordinairement d'un bloc de laine minérale (1) dont les dimensions sont de l'ordre d'une dizaine de centimètres de côté. Traditionnellement, la face supérieure du cube com- porte un évidement (2) dans lequel vient se loger un "bou- chon" (6). On désigne ainsi le support de petites dimen- sions - quelques centimètres - constitué par un matériau sur lequel la germination est faite au début de la culture. Le passage de la croissance du plant par;- l'utilisation du bouchon n'est pas une nécessité. Cette étape est mise en oeuvre dans les entreprises horticoles travaillant sur de très grandes séries. Elle permet, dans ce cas, un gain d'espace très sensible pour les premiers jours de la cul- ture. Le bouchon est d'un matériau qui peut être de même nature que celui du cube ou différent. La structure du cube est telle que les strates (3) de matériau fibreux sont disposées verticalement. La disposi- tion est ordinairement visible dans la mesure o des va- riations légères de coloration liées à la présence d'un 9-_ liant fait apparaître des "stries" sur la face supérieure. Les mêmes stries sont également visibles sur les faces la- térales auxquelles les strates sont perpendiculaires. La distribution des fibres dans le "plan" d'une strate parait, au contraire, parfaitement aléatoire. C'est ce qui est représenté dans le plan de coupe (4). La même disposi- tion aléatoire se trouve, bien-entendu, sur les deux autres faces latérales parallèles aux strates qui ne sont pas dé- couvertes sur la figure 1. Le cube est enveloppé habituellement par une gaine (5) tendue sur les quatre faces latérales. Cette gaine est or- dinairement en polyéthylène ou tout autre film synthétique présentant les mêmes propriétés. Le film de la gaine est habituellement maintenu sur le cube par rétraction à la chaleur. Le rôle du film est de limiter l'évaporation du cube, d'empêcher les racines de sortir par les faces laté- rales et d'éviter la croissance d'algues sur le cube. Pour cette dernière raison, le matériau de la gaine est avanta- geusement opaque aux U.V. Les mêmes éléments sont représentés à la figure 2 pour un cube réalisé dans un matériau selon l'invention. La différence de traitement, c'est-à-dire la compression lon- gitudinale des feutres ou crêpage, rompt la "stratifica- tion" traditionnelle des fibres. Lorsque la compression est conduite de façon satisfaisante suivant les indications énoncées précédemment, la structure est pratiquement iden- tique dans toutes les directions. C'est ce qui est présenté à la figure 2 qui montre des fibres sans orientation pré- férentielle, quel que soit le plan considéré. Un des principaux avantages de l'utilisation des cubes selon l'invention, vis-à-vis des cubes traditionnels, est illustré aux figures 3 et 4. Sur ces deux figures qui re- présentent, en coupe, chacune un quart du cube; sont re- présentés de manière schématique les modes typiques de croissance sur chacun des matériaux. Dans le matériau traditionnel de la figure 3, la croissance des racines s'effectue de façon privilégiée en- tre les strates. Les racines semblent passer difficilement d'une strate à la suivante, comme si elles rencontraient un - 10 - obstacle à leur cheminement. La croissance, dans les plans parallèles aux strates, favorise une progression rapide des racines vers les parties basses du cube ou sur les côtés. Dans ces conditions, la colonisation du cube par les ra- cines n'est que très partielle. La croissance sur l'échantillon selon l'invention à la figure 4 montre, par opposition, une bonne diffusion des racines dans l'ensemble du matériau du cube dans toutes les directions. Le cube est donc mieux "utilisé" pour ses fonctions d'alimentation de la plante en air et solution nutritive. Par ailleurs, pour des durées de culture iden- tiques, les plants croissant sur les produits selon- l'in- vent:on sont mieux développés. Dans les réalisations antérieures, on constate que l'effet de stratification qui s'oppose à la pénétration des racines est d'autant plus sensible que le feutre est cons- titué de fibres longues et fines formant un réseau plus serré. Pour cette raison, le choix de cubes répondant aux caractéristiques de l'invention est particulièrement utile avec les fibres de verre. Des essais comparatifs ont été conduits sur des plants de tomates de variété Capello. Les cultures sont faites sur des cubes de fibres de verre. Ce verre est un de ceux utilisés pour les produits destinés à l'isolation. Sa composition est: SiO2 64,1 % Na2 15,75 % Al203 3,4 % K20 1,15 % Ca 7,2 % B203 4,5 % C 3 % Fe203 0,45 % SC.3 0,25 % Impuretés 0,2 % Les feutres ont une masse volumique de 45 kg/m3 et leur micronaire est de 5 sous 5 g (ce qui correspond à des fibres dont le diamètre moyen est d'environ 6 micromètres). Dans une première série d'échantillons, le feutre est maintenu stratifié. Aucune compression longitudinale n'est réalisée lors de sa fabrication. Dans une seconde série d'échantillons, le feutre uti- lisé est le résultat, après réception sur un tapis con- voyeur, d'une ou plusieurs compressions longitudinales avec - 11 - un taux de 4. Les cubes sont de 100 x 100 x 65 mm. Dans le cube "feuilleté" ou stratifié, les strates sont verticales. La culture est effectuée selon l'ordre suivant: 5. semis au temps = 0 sur des bouchons de laine de verre, à a 2 semaines, repiquage des bouchons sur les cubes disposés côte à côte, à 5 semaines, écartement des cubes à raison de 8/m2 au sol, à 6 semaines, les plants sont prêts pour un trans- * port des cubes sur les pains de culture. La croissance est arrêtée à ce stade. Les plants sont coupés au niveau supérieur du cube et l'on mesure la masse végétale aérienne fraîche et sèche des deux séries d'échantillons. La moyenne sur 12 plants de chacune des séries fait apparaître: échantillon sur cube stratifié: - masse fraîche: 239 g - masse sèche: 24,1 g échantillon sur cube selon l'invention: - masse fraîche: 266 g - masse sèche: 27,1 g La comparaison montre une progression d'environ 10 % de la masse végétale aérienne dans le cas de l'invention. Cette constatation est complétée par l'observation de la croissance des racines sur des coupes des cubes. Ii ressort clairsment sur ces coupes une colonisation plus complète des cubes selon l'invention. Dans ce qui précède, il a été indiqué que les feutres en fibres de verre convenaient bien pour l'usage considéré. S'ajoutent à ce résultat des raisons d'ordre économique qui font que ces feutres sont très avantageux dans certains cas. Dans ce sens, il faut souligner une fois encore l'origine de ces produits. Nous avons vu qu'ils sont dé- rivés des productions de feutres d'isolation. Compte tenu de la répartition géographique des unités de production de fibres de verre d'isolation, il est possible de fabriquer LE - les cubes de culture selon l'invention à proximité des zones d'utilisation et, par suite, de minimiser les coûts de transport et de stockage. - 13 - REVENDICATIONS 1. "Cube" pour la croissance de plants dans le domaine de la culture hors-sol constitué d'un matériau fibreux mi- néral dans lequel les fibres sont liées entre elles au moyen d'un liant, éventuellement gainé sur ses faces laté- rales par un film imperméable, caractérisé en ce que les fibres du matériau sont disposées sans ordre préférentiel quelle que soit la direction considérée. 2. Cube selon la revendication 1 dans lequel l'orien- tation des fibres résulte, après avoir collecté les fibres individuelles sous forme d'une nappe ou feutre, de la com- pression de cette nappe dans le sens longitudinal, le taux de compression dépendant de la masse volumique initiale de la nappe, étant choisi de telle façon que la masse volumi- que, après compression, soit comprise entre 20 et 30 kg/m3. 3. Cube selon la revendication 2 dans lequel le taux de compression longitudinale est compris entre 1,5 et 10. 4. Cube selon la revendication 1 constitué de fibres de verre dont le diamètre moyen est compris entre 2 et 9 micromètres. 5. Cube selon la revendication 1 constitué de fibres de verre dont le diamètre moyen est compris entre 4 et 7 micromètres. 6. Cube selon la revendication 1 constitué de fibres de verre dont le micronaire est compris entre 1 et 7 sous g.