Brevet FR2771456A1 — publié le 19990528

La présente invention concerne un siphon auto-amorçant, et plus particulièrement un dispositif combinant la capillarité et le siphon, notamment mais pas exclusivement, un dispositif pour arroser des plantes à partir d'une réserve d'eau. On connaît, pour arroser des plantes, des dispositifs fonctionnant sur le principe du château d'eau (brevets JP 011 24 435 et US 1453 401). L'eau est prélevée à la base du récipient qui doit donc comporter des branchements prévus à cet effet. Le récipient conçu spécialement pour cet usage, présente donc l'inconvénient d'avoir un coût et un encombrement. On connaît des dispositifs fonctionnant par capillarité par exemple décrit dans le brevet français 1.493.029 ou dans le brevet allemand 93 19107, mais qui donnent un débit très réduit. II n'existe pas actuellement de dispositif d'arrosage qui combine en même temps les avantages suivants: Arrosage sans apport d'énergie, avec un débit réglable de 0 à plusieurs centaines de litres par jour, à amorçage et réamorçage facile, à partir d'un réservoir quelconque (dont le niveau est supérieur au point d'écoulement), avec possibilité de voir l'eau qui s'écoule (ce qui est sécurisant pour l'utilisateur). La présente invention vise à procurer tous ces avantages. Le siphon auto-amorçant selon l'invention représenté fig. 2 comporte un tube (9) en forme de U renversé qui contient une matière hydrophile (15). La branche descendante (8) du U (9) est prolongée par un tuyau (12) de section plus petite que celle du tube (9). Lorsqu'on plonge la branche montante (10) du U (9) dans un liquide (3) comme indiqué sur la fig. 2, le liquide pénètre dans la branche (10) chassant l'air qui s'échappe par l'extrémité ouverte du tuyau (12). Le liquide arrive au niveau (11) où il s'équilibre avec le niveau du liquide contenu dans le récipient. Ensuite, le liquide continue son ascension par capillarité, dans la matière hydrophile (15). Une fois le point haut (30) atteint, le liquide continue à mouiller la matière hydrophile en descendant dans la branche (8) du U. Lorsque le liquide arrive à l'entrée du tube (12) si celui-ci a une section suffisamment petite pour que la tension superficielle du liquide fasse obstacle à son passage, il s'accumule dans le réservoir (16) ainsi formé. Lorsque la hauteur du liquide accumulé est suffisante, pour que sa pression soit supérieure à la force de résistance due à la tension superficielle, le liquide est forcé de s'engager dans le tube (12) et le diamètre de celui-ci étant plus petit, il en résulte une colonne de liquide (20) d'une hauteur plus grande, donc une dépression plus importante. Cette colonne de liquide entraînée par son poids descend le long du tube (12) et provoque une aspiration qui amorce le siphon. A titre d'exemple non limitatif, on va décrire ci-dessous un mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2. Un tube (9) en matière plastique rigide de 50 cm de long et 12 mm de diamètre intérieur est recourbé en forme de U. II est rempli avec une matière hydrophile (15). On le met en position renversée et on plonge sa branche (10) dans un récipient (2) rempli d'eau. L'air s'échappant par l'autre extrémité du tube (9), I'eau monte dans la branche (10), jusqu'au niveau (11). Ensuite, par capillarité l'eau continue à monter pour franchir la partie haute (30) et redescendre dans la branche (8). Lorsque la matière hydrophile (15) est bien mouillée, l'eau se met à sortir goutte à goutte par l'extrémité (19) de la branche (8) du tube (9) (figure 1). Ce dispositif est connu et est utilisé pour l'arrosage goutte à goutte. Ce dispositif présente l'inconvénient de donner un débit très petit (de l'ordre de t/4 de litre par jour), car il fonctionne uniquement par capillarité et non en siphon. Par contre le dispositif selon l'invention peut fournir des centaines de litres par jour, car il fonctionne en siphon. En effet, l'invention propose (fig. 2) de prolonger la branche (8) du tube (9) par un tuyau (12) de diamètre intérieur plus petit que le diamètre du tube (9), par exemple 4 mm. Le tuyau (12) est raccordé au tube (9) par l'intermédiaire d'un bouchon (17) formant manchon, et éventuellement un robinet (14) (figure 3) destiné à régler le débit. Les tubes utilisés étant transparents, on observe les phénomènes qui se produisent. 1") Lorsqu'on plonge la branche (10) du U dans l'eau elle se remplit rapidement dans sa partie immergée jusqu'au niveau (11). 2") L'eau monte ensuite par capillarité et mouille complètement la matière hydrophile (15) (on peut d'ailleurs bien visualiser la progression de l'eau en utilisant une matière hydrophile qui change de teinte lorsqu'elle est mouillée, ou bien en colorant l'eau). 3 ) Des gouttes (19) tombent de la matière hydrophile et se regroupent à l'entrée (16) du tube (12). 4 ) Lorsque plusieurs gouttes sont tombées, I'eau commence à descendre dans le tube (12) sous forme d'une colonne d'eau (20) qui en descendant provoque une aspiration. 5 ) L'eau qui descend dans le tube (12) entraîne des bulles d'air. 6 ) Cet air est remplacé par de l'eau dont on voit monter le niveau dans la branche (10) du tube (9). 7 ) Lorsque le niveau de cette eau atteint le niveau supérieur (30), elle se déverse dans la branche (8) et alimente le tuyau (12) de façon beaucoup plus abonbante qu'une simple mèche. 8 ) On constate que le débit dans le tube (12) devient important, et fonction de la hauteur de chute, car le dispositif fonctionne alors en siphon. 9 ) Lorsque le système est stabilisé en régime de fonctionnement, il n'évacue plus de bulles d'air. On constate que dans la branche descendante (8) il reste de l'air, ce qui ne présente aucun inconvénient, car dans cette branche, l'eau ruisselle, et la partie aspirante du siphon ne commence qu'au départ du tube (12). Le diamètre du tuyau (12) est de préférence inférieur ou égal à 6 mm. Des diamètres de l'ordre de 2, 3 ou 4 mm fonctionnent très bien. Un diamètre de 5 ou 6 mm est moins favorable à la formation d'une colonne d'eau dans le tuyau (12). En effet, l'eau a tendance à ruisseler, ce qui est sans effet sur l'amorçage du siphon. Ce défaut peut être en partie corrigé par le choix de la matière constituant le tube (12). Par exemple avec une paroi interne légèrement dépolie, favorisant l'accrochage de l'eau, donc pouvant empêcher son ruissellement. Pour un diamètre du tuyau (12) inférieur à 2 mm l'écoulement de l'eau est plus difficile, et le volume d'air aspiré étant plus réduit, L'amorçage du siphon est plus long, plus aléatoire, voire même impossible pour un diamètre inférieur à 1 mm. Une autre caractéristique importante de l'invention est que, lorsque la matière hydrophile (15) est mouillée (soit que le siphon ait déjà servi, soit qu'on l'ait mouillé volontairement en trempant l'appareil dans l'eau), l'amorçage du siphon est beaucoup plus rapide. En effet, lorsqu'on plonge la branche (10) dans le liquide, celui-ci y pénètre et monte jusqu'au niveau (11), chassant l'air qui y était contenu. Cet air en s'échappant par la branche (8) et le tuyau (12) entraîne dans celui-ci quelques gouttes d'eau qui forment des colonnes qui accélèrent l'amorçage du siphon. De plus le temps qui aurait été nécessaire pour mouiller la matière hydrophile est supprimé puisque celleci est déjà mouillée. On peut encore augmenter la quantité d'eau retenue à l'intérieur du dispositif grâce à une caractéristique importante de l'invention qui est que la branche (8) du tube (9) comporte à son extrémité un coude (32) et une petite partie horizontale (33) qui forme une chambre (34) destinée à conserver une réserve d'eau (35) lors du désamorçage du siphon (fig.9 et fig. 10). Une autre caractéristique est que à l'intérieur de cette chambre (34) un prolongement (35) du tuyau (12) empêche l'eau de sortir lorsqu'en manipulant le système on incline la partie (33) par rapport à l'horizontale. II est intéressant que la longueur du prolongement (35) soit suffisante pour conserver assez d'eau dans la chambre (34) pour qu'il s'en écoule un peu par le tuyau (12) lors de la remise à l'horizontale de la partie (33). Cette eau, chassée dans le tuyau (12) par la pression lorsqu'on plonge la partie (10) dans la réserve d'eau, donne dans sa chute une impulsion au démarrage du siphon (effet de starter). Dans une autre variante représentée fig. 12, le tube (31) et le tube (12) sont formés d'un seul tube continu. Un trou (36) est pratiqué dans ce tuyau dans sa partie traversant la chambre (34). Lorsque, par capillarité à travers la matière hydrophile, I'eau arrive dans la chambre (34) et la remplit jusqu'à atteindre le trou (36), elle s'engage dans le tuyau (12) et amorce le siphon. Avec ce dispositif, L'amorçage du siphon peut se faire même dans des conditions défavorables. Par exemple lorsque le niveau (11) du liquide est trop bas par rapport au niveau (30) pour un amorçage par capillarité, le siphon peut tout de même être amorcé en plongeant la branche (10) partiellement dans l'eau. En cas de désamorçage du siphon dû au manque d'eau dans le réservoir, cette caractéristique permet un réamorçage rapide dès que le niveau de l'eau remonte suffisamment. Ceci même après plusieurs semaines de sécheresse, car l'eau contenue à l'intérieur du tube a très peu de possibilité de s'évaporer. Variantes Le diamètre du tube (9) doit être supérieur à celui du tube (12), car il doit contenir la matière hydrophile, et de plus comporter suffisamment de vide pour laisser passer l'eau lorsque le siphon est amorcé. Avec un trop gros diamètre, le volume d'air à évacuer est important, ce qui augmente le temps d'amorçage. Un diamètre trop petit réduit le débit. Une bonne dimension est 10 mm, car elle permet d'introduire la matière hydrophile, sans trop la serrer. En effet, il est intéressant que la matière hydrophile ait un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur pour laisser un vide favorisant un bon débit d'eau lorsque le siphon est en fonctionnement. Avec un tube (9) de diamètre intérieur 10 mm nous avons procédé aux 2 essais suivants: avec la matière hydrophile de 10 mm de diamètre, qui rempli donc complètement le tube, un tuyau (12) de 4 mm de diamètre et une différence de hauteur de 80 cm, le débit est de 1,5 litres par heure. - Toutes choses égales par ailleurs on remplace la matière hydrophile de 10 mm par une de 8 mm de diamètre, on a alors un débit de 9 litres par heure. A travers le tube (9) transparent on voit l'eau circuler dans l'espace libre entre le tube (9) et la matière hydrophile. Dans des variantes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut délimiter de façon plus précise deux chemins pour l'eau (fig.8). La mèche étant entourée d'une enveloppe souple et imperméable est introduite dans le tube (9) avec un jeu entre l'enveloppe souple et l'intérieur du tube (9). L'eau circule donc dans un premier chemin qui est la mèche enfermée dans son enveloppe; Cette eau se déplaçant par capillarité sert à amorcer le siphon et ensuite lorsque le siphon est amorcé, l'eau circule principalement dans un deuxième chemin qui est l'espace délimité par l'intérieur du tube (9) d'une part et l'extérieur de l'enveloppe souple d'autre part,. Le temps d'amorçage du siphon dépend entre autres de la quantité d'air à éliminer dans la branche montante (8) du tuyau (9). On a donc intérêt à ce que cette quantité d'air soit la plus petite possible, donc il vaut mieux bien délimiter le volume du chemin qui sert à l'écoulement de l'eau aspirée. Pour ce faire, dans une autre variante, on utilise un tube (31) d'un diamètre sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube (9) et qui est placé à l'intérieur du tube (9), sur toute la longueur de la matière hydrophile. La matière hydrophile comblant le reste du vide entre le tube (9) et le tube (31). Dans l'exemple représenté sur la fig. 9, le tube (9) a un diamètre de 10mm, et le tube (31) un diamètre de 4mm, égal à celui du tube (12). Le tube (31) est ainsi capable de fournir le débit nécessaire pour alimenter le tube (12), tout en ayant un volume intérieur petit. La matière hydrophile occupe l'espace entre les 2 tubes (9) et (31), ainsi la quantité d'air à éliminer est réduite d'où un amorçage plus rapide. Dans ce dispositif on peut prévoir à l'entrée du tube (9) un espace (32) entre le bouchon (17) d'une part et la matière hydrophile et le tuyau (31) d'autre part. Ceci afin de permettre à l'eau d'alimenter les 2 chemins. Pour éviter le risque d'obstruction du tuyau (31) on peut remplacer le bouchon (17) par une grille ou un tuyau de mousse. Dans une variante de réalisation, la matiére hydrophile (15) peut être une matière granuleuse telle que du sable. Pour laisser passer l'eau, cette matière granuleuse ne doit être que légèrement compactée. Il en résulte qu'elle peut bouger à l'intérieur du tube (9), ce qui produit un espace vide, et l'eau ne franchit pas cette discontinuité. Pour éviter cet inconvénient, une caractéristique importante de l'invention est que le sable est stabilisé à l'intérieur du tuyau grâce à une structure qui le maintient en place. Dans l'exemple de réalisation représenté fig.4, le sable est stabilisé grâce à un tube en grillage semi-rigide (par exemple du plastique) de mailles comprises entre 2 et 6 mm introduit à l'intérieur de la crosse (9). Mais d'autres dispositifs peuvent être utilisés, par exemple une paroi interne du tube rendue rugueuse, ou revêtue de picots (fig; 6), de saillies, ou de cannelures. II est avantageux que le tube rempli de sable soit transparent pour pouvoir contrôler si il est bien rempli avec la matière granuleuse. Dans le cas de la figure 5, la matière granuleuse est stabilisée par un élément (15) en plastique semi-rigide formé à partir d'un feuillard qui a été torsadé, et qui est ensuite introduit dans le tube. Ce feuillard torsadé est suffisamment souple pour pouvoir être introduit dans la crosse et suivre ses courbures. Le feuillard de la figure 5 a une largeur de 10 mm. II est réalisé avec un thermoplastique qui est torsadé à chaud pour obtenir une forme hélicoïdale de pas égal à 16 mm. II est introduit à l'intérieur d'une crosse d'un diamètre intérieur de 12 mm. Il existe un léger jeu entre les bords du feuillard torsadé (15) et l'intérieur du tube. La matière granuleuse est ensuite introduite facilement à l'intérieur du dispositif car elle tourne autour de la spirale. Le tuyau formant la crosse des exemples précédents est fermé à ses deux extrémités par des filtres hydrophiles par exemple un tampon en mousse 16 dont les canaux sont de dimensions inférieures à celles des grains les plus petits de la matière granuleuse. Ces filtres hydrophiles sont maintenus en place par des bouchons (17) comportant en leur centre une ouverture (18). L'ouverture de l'un des deux bouchons est de dimension compatible avec la vanne (14) qui vient s'emboîter dedans. Puisqu'il est avantageux, lorsque le siphon est désamorcé, de conserver le plus d'eau possible à l'intérieur des tuyaux, afin d'accélérer le réamorçage, le tube (9) est fermé à ses extrémités par des bouchons (17) comportant seulement un trou de diamètre égal à celui du tube (12) (figure 3). Le siphon auto-amorçant objet de l'invention est utilisé dans de nombreux cas où on a besoin d'amener un liquide contenu dans un récipient vers un ou plusieurs autres points de distribution. Le siphon selon l'invention est destiné à l'arrosage de végétaux, par exemple à partir d'un réservoir à niveau constant, type chasse d'eau - le débit étant réglé grâce au robinet (14) de zéro à plusieurs centaines de litres par jour, selon la quantité de plantes à arroser. L'extrémité (6) du tuyau par laquelle l'eau s'écoule peut être prolongée par un tuyau poreux qui peut être vide, ou rempli de sable. Ainsi l'écoulement ne se fera pas en un seul point, mais sur toute la longueur du tuyau poreux. Ceci sera destiné à l'arrosage de récipients de forme allongée, tels que jardinières. Le tuyau poreux peut être en textile ou caoutchouc de façon à être souple. REVENDICATIONS 1 - Siphon auto-amorçant caractérisé par le fait qu'il se compose d'un tube en forme de U renversé à l'intérieur duquel se trouve de la matière hydrophile, le tube en U étant prolongé à sa partie descendante par un tuyau de diamètre notablement plus petit. 2 - Siphon selon 1, caractérisé par le fait que le liquide, par capillarité franchit le point haut du tube en U, puis descend jusqu'au tube de diamètre plus petit pour y constituer une colonne qui, entraînée par son poids provoque une aspiration amorçant le siphon. 3 - Siphon selon 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'il est prévu 2 chemins séparés pour la circulation de l'eau un chemin contenant la matière hydrophile dans lequel l'eau circule par capillarité; un chemin libre dans lequel s'écoule la plus grande partie de l'eau lorsque le siphon est amorcé. 4 - Siphon selon 3 caractérisé par le fait que le chemin libre est constitué par l'espace délimité entre la paroi interne du tube (9) et la paroi externe d'une enveloppe étanche qui entoure la matière hydrophile. 5 - Siphon selon 3 caractérisé par le fait que le chemin libre est constitué par un tuyau de diamètre notablement plus petit que celui du tuyau (9), et circulant à l'intérieur de la matière hydrophile.