Brevet FR2660153A1 — publié le 19911004

POUMON HYDRAULIQUE POUR CULTURES VEGETALES La présente invention a pour objet un poumon hydraulique pour cultures végétales. Il est destiné à la culture hors sol de tous types de végétaux, aussi bien pour un usage professionnel que pour un usage domestique. La circulation de l'air au niveau des racines est un des facteurs les plus importants pour la culture végétale, et pourtant c'est à l'heure actuelle un des facteurs les plus mal maîtrisés. Dès l'origine les agriculteurs ont pris conscience qu'il était nécessaire de travailler la terre pour l'aérer. Plus récemment, la pratique de la culture hors sol a mis en évidence l'importance considérable de la respiration racinaire. Une bonne rétention en eau est considérée comme une des qualités essentielles d'un substrat. Malheureusement cette qualité entraîne une moins bonne circulation de l'air. Au contraire, une très bonne circulation de l'air à travers le substrat lui enlève tout effet tampon et contraint à une irrigation quasi permanente. hZalgré cette contrainte, cette dernière formule est souvent choisie, tant est grand le besoin d'oxygène. Certaines applications ont même recours à la suppression de tout substrat, avec circulation permanente à travers les racines d'une solution nutritive recyclée, sous forme d'un mince film liquide toujours en contact avec l'air ambiant. Des essais de systèmes à air pulsé, injecté sous les substrats n'ont jamais donné satisfaction en raison de l'inconvénient présenté par une circulation trop rapide de l'air qui se fraye des voies privilégiées à travers le substrat, laissant ainsi des zones entières sans aération. De même l'injection d'air comprimé dans le liquide d'irrigation pour oxygéner ce dernier barbotage (seul l'oxygène dissous pouvant être assimilé par les racines) ne permet pas d'atteindre la saturation. Pour que se réalise cette dernière, de grandes surfaces de contact sont nécessaires entre les deux fluides, 1' air et l'eau, comme c'est le cas, par exemple, pour l'eau de pluie traversant l'atmosphère. Le dispositif suivant la présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et de mettre à la disposition des professionnels, des chercheurs, et même des amateurs éclairés, un outil fiable et performant, facile à manier et à automatiser, et réunissant les avantages d'un substrat à forte rétention d'eau et ceux d'un substrat autorisant une aération optimale et contrôlée des racines, en particulier en culture hors sol, permettant de surcroît, non seulement de réaliser de grandes économies d'eau d'irrigation, mais également d'utiliser de l'eau généralement jugée impropre à l'irrigation. Il est constitué par un bac comportant un double fond dont l'un perforé supportant le substrat, l'espace entre les deux fonds formant une chambre étanche dans laquelle une pompe peut injecter périodiquement du liquide puisé dans un réservoir, chassant ainsi l'air de ladite chambre étanche à travers le substrat, un moyen permettant au liquide de retourner dans ledit réservoir après qu'un niveau déterminé ait été atteint dans la chambre étanche, en provoquant l'aspiration de l'air à travers le substrat. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: La figure 1 est une coupe schématique du dispositif. La figure 2 montre dans les mêmes conditions une variante du dispositif avec soupapes de contrôle de la circulation de l'air. La figure 3 représente deux bacs associés où la chambre étanche de l'un joue le rôle de réservoir pour l'autre. Les figures 4 et 5 montrent des ensembles de bacs sans réservoir, respectivement superposés ou disposés en gradins, dans lesquels le liquide passe de l'un à l'autre par gravité. Le dispositif, figure 1, est constitué d'un bac 1 muni d'un double fond 2 et 3, l'espace entre ces deux fonds formant une chambre étanche 4. Le fond supérieur 3 est perforé et recouvert d'un tissu imputrescible sur lequel est installé le substrat 5, choisi en fonction de la culture envisagée. Une pompe 7 permet, grâce à des conduits 13 d'injecter dans la chambre étanche 4 du liquide puisé dans un réservoir 6, situé de préférence sous le bac 1, mais aussi bien à certaine distance de celui-ci. Un jeu de tuyauteries 8 formant siphon relie par ailleurs la chambre étanche et le réservoir. Le fonctionnement du dispositif est le suivant La pompe 7 aspire le liquide stocké dans le réservoir 6 et le refoule dans la chambre étanche 4, jusqu'à ce que le niveau ait atteint le dessous du fond supérieur 3. Le siphon 8 est ainsi amorcé et le retour du liquide au réservoir commence. Il actionne au passage le contacteur 9 qui arrête la pompe. Lorsque la chambre étanche est presque entièrement vide, l'arrêt de l'écoulement à travers le siphon 8 libère le contacteur 9, ce qui a pour effet de faire redémarrer la pompe 7 et amorcer un nouveau cycle. Le liquide en montant entre les deux fonds 2 et 3 chasse l'air qui ne peut sortir qu'à travers le substrat 5. De même en se vidant, la chambre étanche 4 aspire l'air, également à travers le substrat, créant ainsi, au niveau des racines des végétaux implantés dans le substrat, un flux et un reflux d'air programmable à volonté et constituant une véritable respiration contrôlée du milieu de culture De plus, l'air en contact avec toute la surface du liquide se charge d'un certain taux d'humidité, ce qui évite le déssèchement du substrat. Le siphon 8 peut comporter deux niveaux, un niveau inférieur 11 au-dessous du fond perforé 3, et un niveau supérieur 12 légèrement au-dessous de la surface du substrat Une vanne 10 commandée manuellement ou automatiquement, à intervalles choisis, permet de fermer le niveau inférieur forçant le liquide à monter jusqu'au niveau supérieur provoquant à volonté une inondation du substrat. Si le liquide est une solution nutritive, le substrat se trouvera fertilisé à chaque montée au niveau supérieur 12. Dans une variante d'exécution simplifiée, le siphon 8 est supprimé. Le cycle est commandé par la seule pompe 7 fonctionnant durant des périodes programmées, le liquide redescendant dans le réservoir 6, à l'arrêt de la pompe, à travers le corps de celle-ci par gravité. Dans une autre variante, figure 2, un jeu de soupapes 15, 17 reliant la chambre étanche 4 à l'extérieur du système par l'inter- médiaire de conduits 14, 16, permettent soit d'évacuer pendant la montée du liquide l'air aspiré à travers le substrat, soit, au contraire d'aspirer de l'air neuf à l'extérieur pour le refouler à travers le substrat avec la montée du liquide. Le dispositif permet, en régulant la température du liquide dans le réservoir 6 ou dans la chambre étanche 4, de contrôler celle du substrat 5, par l'intermédiaire de l'air refoulé. Le volume d'air contenu dans la chambre étanche 4, en position basse du liquide, destiné à traverser en totalité le substrat, est parfaitement connu, il sera facile d ' en modifier la composition chimique en injectant par exemple une certaine quantité de gaz, carbonique ou autre, fertilisant ou phytosanitaire. La composition des solutions nutritives pourra faire l'objet de contrôles précis : leur volume étant lui aussi parfaitement connu, et leur homogénéité assurée par leur mouvement permanent. La diffusion lente mais régulière de l'air à travers tout le substrat 5 permet d'obtenir la dissolution d'une bonne quantité d'oxygène dans l'eau présente dans le substrat, grâce aux importantes surfaces en contact. Dans le cas où l'irrigation et la nutrition se feraient indépendamment du liquide assurant le fonctionnement du dispositif, il devient possible d'utiliser pour celui-ci une eau jugée généralement impropre à l'irrigation parce que, par exemple, trop calcaire ou trop chargée en sels. Cela ne contrariera en rien le fonctionnement ni le fonctionnement du système, ni l'humidification du substrat par évaporation de cette eau, évaporation qui pourra être accélérée par injection d'air dans l'eau du bac 1, cet air se chargeant par barbotage d'humidité qu'il abandonnera au substrat 6 qu'il est obligé de traverser en raison de l'étanchéité de la chambre 4, ce qui constitue une forme. d'irrigation du substrat par vapeur d'eau. Enfin, si à l'aide d'une bulle, on isole du milieu ambiant les parties aériennes des plantes, l'atmosphère régnant sous cette bulle sera facilement contrôlable lui aussi (température, humidité, éclairage, pureté et composition de 1' air, surpression, dépression, etc) et l'on se trouvera en possession d'un ensemble performant, permettant la maîtrise optimale d'un maximum de facteurs conditionnant la réussite d'une culture végétale élaborée.En particulier, on pourra récupérer, grâce à l'extracteur d'air chargé de la climatisation et un condenseur, une grande partie de l'eau transpirée par les plantes et le substrat 6, réalisant ainsi d'importantes économies d'eau. Dans le cas d'une installation comprenant au moins deux bacs de culture (figure 3), le réservoir 6 n'est plus indispensable, le liquide pouvant être pompé alternativement de la chambre étanche 4 de l'un des bacs 1 dans celle de l'autre bac grâce à des vannes 20, 21 s'ouvrant et se fermant tour à tour. Pour les cultures en bacs superposées (figure 4), formule la plus rentable sous serre par suite du gain de place qu'elle offre, le passage du liquide d'un bac à celui qui lui est immédiatement inférieur se fait par gravité à travers un siphon 11, 12, pour être, en bas de l'installation, récupéré et pompé à nouveau vers le bac supérieur pour le cycle suivant. Là également le double siphon permettant de temps à autre l'irrigation du substrat. De même, les bacs de culture 1 peuvent être installés en "escaliers" ou gradins (figure 5) sur un terrain en pente, le liquide passant d'un bac à l'autre par gravité pour être remonté en fin de course vers le bac le plus élevé grâce à la pompe 7. Le dispositif objet de l'invention peut fonctionner en parfaite autonomie ou, au contraire, faire partie d'un ensemble complexe. La culture hors sol des légumes, fleurs et autres plantes, assistée par cette technique, est à la portée de tous, de l'exploitation industrielle à la simple ménagère, à longueur d'année, en tous lieux et toutes situations. Elle comporte de nombreux avantages - Réduction considérable de la surface habituellement nécessaire; - Forte accélération des cycles et des rotations; - Suppression de tous les travaux agraires; - Suppression des desherbages et traitement; - Suppression des excès et des carences nutritionnelles, des déper ditions d'éléments nutritifs et de toute pollution par les nitra tes et autres; - Possibilité d'automatisation et informatisation intégrale du sys tème; - Maîtrise optimale de la qualité; - Très importante économie d'eau; ; En fait, la culture hors sol avec respiration forcée permanente du substrat apparaît comme la seule solution envisageable dans certaines situations. Le positionnement des divers éléments constitutifs donnent à ce dispositif un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été obtenus à ce jour par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10 Poumon hydraulique pour cultures végétales, destiné à la culture hors sol de tous types de végétaux, aussi bien pour un usage professionnel que pour un usage domestique, caractérisé par un bac comportant un double fond perforé (3) recouvert d'un tissu imputrescible supportant le substrat (5) dans lequel sont implantées les racines des végétaux, l'espace entre les deux fonds (2, 3) formant une chambre étanche (4) dans laquelle une pompe (7) peut injecter périodiquement du liquide puisé dans un réservoir (6), ou dans la chambre étanche (4) d'un autre bac similaire jouant périodiquement le rôle de réservoir, chassant ainsi l'air de ladite chambre étanche à travers le substrat (5), un moyen permettant de provoquer l'arrêt de la pompe et le retour du liquide dans ledit réservoir après qu'un niveau déterminé ait été atteint par le liquide dans la chambre étanche (4), en provoquant l'aspiration de l'air à travers le substrat (5), la pompe étant alors remise en route pour amorcer un nouveau cycle. 20 Dispositif suivant la revendication 1, se caractérisant par le fait que le moyen permettant le retour du liquide dans le réservoir (6) est constitué par une programmation de la pompe (7) provoquant son arrêt lorsque le niveau désiré est atteint dans la chambre étanche (4), le liquide retournant alors dans ledit réservoir (6) au travers du corps de la pompe, par gravité. 30 Dispositif suivant la revendication 1, se caractérisant par le fait que le moyen permettant le retour du liquide dans le réservoir (6) est constitué d'un jeu de tuyauteries (8) formant siphon reliant la chambre étanche (4) et le réservoir, lequel siphon étant conçu pour s ' amorcer lorsque le niveau du liquide dans la chambre étanche (4) atteint le dessous du fond perforé (3), un contacteur (9) monté sur la tuyauterie du siphon étant actionné par le passage du liquide et provoquant l'arrêt de la pompe (7), puis son redémarrage dès que la chambre étanche (4) est presque entièrernent vide, et que l'écoulement s'arrête. 40 Dispositif suivant la revendication 3, se caractérisant par le fait que le siphon (8) comporte deux niveaux, un niveau inférieur (11) au-dessous du fond perforé (3), et un niveau supérieur (12) légèrement -au-dessous de la surface du substrat, une vanne (10) commandée manuellement ou automatiquement à intervalles choisis, permettant de fermer le niveau inférieur forçant le liquide à monter jusqu'au niveau supérieur provoquant une inondation du substrat (5). 50 Dispositif suivant la revendication 4, se caractérisant par le fait que le liquide est une solution nutritive fertilisant le substrat (5) à chaque montée dudit liquide au niveau supérieur (12) du siphon (8). 60 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'installation comprend au moins deux bacs de culture (1) figure- 3 dépourvus de réservoir (6), le liquide étant pompé alternativement de la chambre étanche (4) de l'un des bacs (1) dans celle de l'autre bac grace à des vannes (20, 21) s'ouvrant et se fermant tour à tour. 70 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'installation comprend au moins deux bacs de culture (1) figure 3 dépourvus de réservoir (6) lesdits bacs étant disposés à des niveaux différents (figures 4 et 5), le passage du liquide d'un bac à celui qui lui est immédiatement inférieur se faisant par gravité à travers un siohon (11, 12), pour être, en bas de l'installation, récupéré et pompé à nouveau vers le bac supérieur pour le cycle suivant. 80 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un jeu de soupapes (15, 17) figure 2, reliant la chambre étanche (4) à l'extérieur du système par l'intermédiaire de conduits (lui, 16) permettent soit d'évacuer, pendant la montée du liquide l'air aspiré à travers le substrat (5) soit d'aspirer de l'air neuf à l'extérieur pour le refouler à travers ledit substrat avec la montée du liquide. 90 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'une bulle isole du milieu ambiant les parties aériennes des plantes afin de contrôler l'atmosphère régnant sous ladite bulle (température, humidité, éclairage, pureté et composition de l'air, surpression, dépression, etc) 100 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'irrigation et la nutrition se font indépendamment du liquide assurant le fonctionnement du dispositif, ce qui permet alors éventuellement l'usage d'une eau normalement impropre à l'irrigation parce que, par exemple, trop calcaire ou trop chargée en sels, l'évaporation de cette eau étant éventuellement accélérée par injection d 'air dans 1 'eau du bac (1), cet air se chargeant par barbotage d'humidité qu'il abandonnera au substrat (6) qu'il est obligé de traverser en raison de l'étanchéité de la chambre étanche (4), ce qui constitue une forme d'irrigation du substrat par vapeur d'eau.