Brevet FR2841094A1 — publié le 20031226

etant representative d'une quantite d'eau distribuee. - 1 Cette invention concerne un appareil pour irriguer les plantes de facon controlable. II libere des gouttes d'eau dans le sol pour des durees de quelques heures jusqu'a plusieurs semaines. Cet appareil peut s'utiliser a l'interieur et a l'exterieur. L'arrosage conventionnel avec un arrosoir manuel est souvent trop intense. L'eau n'a pas le temps de bien s'infiltrer dans le sol et il devient necessaire d'arroser a plusieurs reprises pour laisser le temps a lteau d'impregner le sol correctement. L'arrosage conventionnel favorise la croissance des mauvaises herbes en surface et gaspille beaucoup d'eau par ruissellement et par o evaporation. Les appareils d' irrigation automatiques utilisant par exemple des cones poreux en matieres ceramiques ou bien des meches de transfert capillaire en matieres textiles comportent aussi plusieurs desavantages. Ces systemes tendent a se contaminer par des argues, des bacteries et des champignons. Le debit d'irrigation de ces systemes diminue avec le temps en fonction de la hauteur d'eau restart dans leurs reservoirs. Ces systemes ne permettent pas a l'air de bien atteind re les raci nes car ils ne font pas de pa uses d' i rrigation. Ces systemes ne permettent pas non plus d'ajuster le debit d'irrigation et perturbent le sol et les racines a cheque installation. zo Le probleme le plus difhcile a surmonter est d'obtenir un debit dtirrigation tres faible et controlable sur de longues periodes de temps. Les mecanismes de restriction de l'ecoulement par un micro-orifice ne donnent pas de bons resultats et demandent de percer une entree d'air dans le haut de la bouteille. De plus les micro-orifices se contaminant, se bouchent et se dereglent tres facilement. Le dispositif decrit dans cette demande libere l'eau selon un systeme de goutte a goutte. L'irrigation goutte a goutte demande moins d'eau, previent ['erosion du sol et permet de livrer a la plante des engrais et des medicaments solubles sans aucune perte par ruissellement. La hgure 1 montre la bouteille (4) remplie d'eau, le bouchon modifie (1) so incorporant un piques (26) placee goulot vers le teas dans la terre (6) ou dans un cone d'interface (2) mis dans le pot (5). Le dispositif permet l'entre d'air dans la bouteille et la sortie d'eau sans percer de trou dans la bouteille. La tension de surface de l'eau est utilisee pour - 2 creer une valve d'entree d'air et une valve de sortie d'eau. Ces deux valves ne comportent pas de piece d'ouverture. Plus le trou est petit plus forte est la pression de resistance par la tension de surface. Le debit de ce dispositif ne decro^t pas en fonction de la hauteur d'eau H2 dans la bouteille. Entre le point d'entree d'air (8) et la surface de l'eau (22) la pression interne dans l'eau diminue progressivement sans influencer le debit d'irrigation obtenu. Un bouchon modifie (1) est connecte a une bouteille (4) remplie totalement ou partiellement d'eau. o Le bouchon modifie (1) comporte un canal d'ecoulement (10) et une entree d'air (8). La tension de surface a ['interface eau / air cree une membrane (27) voir figure 11, qui retient la goutte d'eau au bout du conduit d'ecoulement (10) et une membrane semi-hemispherique (17) qui empeche ['entree de l'air a ['orifice (8). La tension de surface ne varie pas significativement. La taille des deux trous determine la pressions de retenue. Meme si ces deux trous vent toujours ouverts l'eau ne s'ecoule pas sans une action motrice exterieure. Le diametre des trous de 1 a 3 mm environ permet aux petites particules de contamination de s'extraire naturellement sans boucher le systeme. Les micro-organismes du sol o ne penetrent pas dans la bouteille car il ne vent pas en contact direct. L'action motrice du systeme provient d'abord de la pression statique due au decalage de hauteur H1 entre la base du trou d'entree d'air (8) et la pointe du conduit d'ecoulement (11). Cette pression statique constante est donnee par la formule P. = p x g x H1 OU p est la densite du liquide, g ['acceleration gravitationnelle et H1 le decalage de hauteur. Par exemple le decalage H1 entre le trou d'aspiration et l'ouverture d'egouttement peut etre de 0,5 mm a 25 mm. L'action motrice vient aussi des changements d'etat de l'air (21) em prisonne dans la bouteil le. Sous ['action des cycles cli matiques ce volume d 'ai r so prend de ['expansion lorsque sa temperature augmente et lorsque la pression barometrique diminue. Ce volume d'air (21) se contracte lorsque la temperature baisse ou lorsque la temperature diminue. Le systeme d'irrigation fonctionne selon deux modes d'ecoulements: - 3 1 Mode continu et a debit constant de quelques heures a une journee (mode rapide) lorsque le decalage H1 cree une pression statique depassant la pression de retenue des deux orifices. Dans ce cas l'ecoulement de l'eau en goutte a goutte et ['aspiration de l'air (16) ne depend pas du volume d'air ou d'eau a l'interieur de la bouteille. Le debit ajustable est proportionnel au decalage H1 et a la taille des ouvertures. Ce mode est ideal pour livrer une quantite d'eau en quelques heures a une plante en pot ou a une plante d'exterieur avec des debits variants de 0.05 a 1 litre par heure. Ce debit goutte a goutte controle permet au sol d'absorber l'eau en profondeur et sans ruissellement. Par exemple avec H1 o ajuste afin de depasser la resistance des orifices on obtient cette courbe d'arrosage constant: debit d'irrigation en mode rapide - * e 80 - d,, O - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Duree ( heure) 2- Mode barometrique retarde: lorsque la pression P1 ne depasse pas la pression de retenue des deux orifices le systeme semble arrete et on ne volt pas toujours d'ecoulement. Dans ce mode de fonctionnement en longue duree on doit laisser au depart un volume d'air captif (21) dans la bouteille. Par exemple on laisse 400 ml d'air dans une bouteilie de 2 litres. L'ecoulement tres lent est obtenu par ['action motrice des changements climatiques. La baisse de temperature le soir fait se contracter l'air captif (21) et aspire des bulles d'air (16) qui remontent dans la bouteille (4). Chaque bulle d'air (16) s'ajoute au volume d'air captif (21). La hausse de temperature le matin fait sortir des gouttes d'eau (18). Les cycles de variations de la pression barometriques et ['evaporation par les membranes (17) et (27) creent aussi des evenements d'aspirations et d'egouttements. Le debit moyen d'irrigation obtenu augmente done progressivement de jour en jour en fonction du volume croissant d'air captif (21) jusqu 'a ce q ue la boutei l le se soit entierement videe. o En moyenne a chaque jour un volume d'eau representant un pourcentage du volume d'air captif (21) est libere. Le debit moyen obtenu en mode barometrique suit une courbe exponentielle croissante reliee au volume d'air captif (21). Ce systeme cyclique permet a l'air de bien penetrer dans le sol car des pauses d'irrigation se produisent regulierement dans la journee selon une fonction reliee aux cycles climatiques. Ce mode d'irrigation automatique tres lent peut curer de quelques jours jusqu'a environ un mods selon la configuration des orifices, le volume d'air et le volume de la bouteille. Par exemple on peut obtenir une courbe moyenne d'irrigation sur 21 jours comme represente sur cette courbe. Debit dtirrigation moyen 1 20 O 100- E 80- - - - _ O - 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122 duree Jours) s 11 est avantageux que le debit du systeme soit reduit au depart car on peut arroser et saturer le sol lors de ['installation du dispositif. On evite ainsi d'irriguer excessivement ce qui peut nuire a la plante en plus de gaspiller l'eau. Le decalage H1 permet de determiner ['echelon de variation de pression minimum pour lequel le systeme passera d'un evenement d'aspiration (16) a un egouttement d'eau (18). Avec un ajustement plus court du decalage H1 le systeme resiste a un echelon de variation de pression plus grand avant l'ouverture a l'ecoulement ou a ['aspiration. o Le controle du decalage H1 est le moyen le plus pratique pour ajuster la sensibilite aux cycles cl imatiques. On pourrait aussi changer la tail le d u trou (8) ou de l'ouverture du conduit (10) mais avec plus de difficultes. On ajuste ['echelon de pression d'activation avec le pointeau (figure 13) et le volume initial d'air (21) dans la bouteille (4) afin d'obtenir la bonne courbe s moyenne d'irrigation. Selon l'environnement, par exemple a l'exterieur ou a l'interieur, expose au soleil ou non expose on doit ajuster ['echelon de sensibilite. Un climat tres stable prolonge legerement la periode d'irrigation en reduisant le debit. Au contraire un cl i mat tres instable reduit la periode d 'irrigation en accelerant le debit. Experimentalement nous avons constate que l'arrosage de o ce dispositif satisfait aux besoins de la plante et qu'une stabilite climatique totale arretant ['irrigation ne se produit jamais. Les reserves d'humidite dans le sol et les reserves de la plante temporisent favorablement les variations climatiques. L'arrosage plus abondant a la fin permet a la plante de bien resister encore plusieurs jours apres la periode d'irrigation. s L'intervention periodique de l'utilisateur par exemple a chaque mods est suffisante pour equilibrer l'arrosage. On peut aussi combiner deux dispositifs pour couvrir une periode irrigation plus longue. Par exemple on peut mettre 1.5 litres d'eau et laisser 500 ml d'air au depart dans le premier appareil et mettre 1.875 litres d'eau et laisser seuiement so 125 ml d'air dans le deuxieme dispositif installe avec les memes ajustements de pointeau dans le meme pot. Le dispositif numero 1 avec ses 500 ml d'air captif se videra suivant une courbe exponentielle reliee au volume d'air captif jusqu'a s'etre entierement vice apres 21 jours. Le deuxieme appareil continuera d'irrigue apres - 6 avoir tres peu irrigue durant les trots premieres semaines. Le deuxieme dispositif aura aspire tres lentement un volume d'air captif jusqu'a avoir lui aussi un volume de 500 ml d'air captif. Le depart tres lent du deuxieme dispositif ne derange pas la plante car elle est suffisamment irriguee par le premier dispositif. La fonction d'irrigation totale avec deux appareils comporte alors une pause apres 21 jours et une deuxieme pointes d'irrigations a 42 jours tel que represente sur le graphique. La combinaison de plusieurs dispositifs permet ainsi de prolonger la periode totale d'irrigation a plusieurs semaines. Debit dtirrigation journalier sur 42 jours avec deux dispositifs avec ajustement decale - /7, _ 100 - ' 1o,o,ooo,oo,oooo,o,oC o 1 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143 Duree (joum) o dispositif 1 0 dispositif 2 > par des ouvertures (3). Ce cone reste dans le sol apres l'utilisation du systeme. La surface du sol reste ainsi plus seche et moins propice a la croissance des herbes envahissantes. On ne retire ainsi pas de terre en retirant le piques du dispositif. On peut connecter une tubulure pour eloigner la reserve d'eau principale du dispositif d'egouttement. On laisse alors une mini bouteille sur le bouchon modifie et on connecte une plus grande reserve avec un conduit assez gros pour laisser remonter l'air ou bien avec un conduit pour l'air et un conduit pour l'eau. Les pieces du dispositif seront normalement fabriquees en plastique injecte. Les dessins annexes illustrent ['invention: Figure 1: systeme installe dans un pot a fleur (5) o Figure 2: bouteille (4) Figure 3: cone creux t2) avec ouvertures d'ecoulement (3) Figure 4: bouchon (1) avec entre d'air (8) et conduit d'ecoulement (10) Figure 5: bouchon (1) avec piques (26) vu en elevation Figure 6: vue en section X-X du piques (26) Figure 7: bouchon vu du dessus Figure 8: bouchon (1) special avec piques (26) vu en coupe Figure 9: Conduit d'ecoulement coulissant (24) Figure 10: vue en coupe conduit coulissant (24) dans un bouchon avec cavite (25) o Figure 11: vue en coupe du systeme avec bouteille (4), I'eau (15), le pointeau a filet (20) Figure 12: vue d'ensemble en de la bouteille (4), I'eau (15), I'air captif (21) avec le bouchon-piquet (1) en position verticale Figure 13: pointeau (12) avec molette (13) Figure 14: section du pointeau avec molette en position dans le bouchon. Le dispositif consiste en ['assemblage d'une bouteille (4) relic a un bouchon special (1) comportant un conduit d'egouttement (10) et une ouverture d'aspiration (8) permettant a l'air d'entrer dans la bouteille. so Le bouchon special (1) peut aussi comporter un piques (26) ou des pastes servant au support de ['ensemble. On peut aussi suspendre la bouteille au dessus du sol avec un harnais en corde a la place du piques. La bouteille (4) sera preferablement une bouteille de plastique reutilisee - 8 d'un volume commun de 0,33 litres a 2 litres. Le bouchon enferme le volume et maintient liaison avec la bouteille par des filets (9) ou par d'autres moyens d'attaches. La bouteille est retenue par son goulot (7) ou par un adaptateur de connexion quelconque. Le bout du conduit d'egouttement (10) sera preferablement coupe en biseau a son extremite (1 1) afin de mieux evacuer les gouttes d'eau (18). Le dispositif peut etre a debit unique avec une hauteur de decalage H1 fixe et des tailles d'ouvertures (8) et (10) fixes tel que represente a la figure 4. Le conduit d'egouttement (10) peut etre constitue d'une piece separee (24) o coulissant et maintenue dans une ouverture (25) du bouchon (1) avec la possibilite d'ajustement du decalage H1 par glissement tel que represente a la figure 9 et 10. Le canal d'egouttement constitue avec une piece separee (24) peut comporter des filets (15) comme un pointeau permettant l'ajustement de decalage H1 par des rotations avec un tournevis tel que represente a ['item (20) de la figure 11. Le pointeau d'egouttement ajustable avec des filets (15) peut comporter une extension tubulaire (12) comportant une molette (13) tel que represente a la figure 13 et 14. Le systeme vu en coupe dans la figure 14 permet d'ajuster la hauteur H1 avec la molette. La molette (13) est immergee a l'interieur de la o bouteille et accessible lorsque la bouteille est enlevee. Des ouvertures (14) dans ltextension tubulaire equilibrent la pression pour eviter de creer de ['aspiration d'air par ['extension verticale du tube d'egouttement. Au moins une dent de filet (27) sur le bouchon (1) guide la hauteurdu pointeau. Ce systeme ajustable peut ainsi irriguer a regime continue avec un grand decalage H1 pour obtenir des debits goutte a goutte constants et ajustables de 0.05 a 1 litre par heure. II peut aussi irriguer en mode lent durant plusieurs semaines en regime exponential avec un decalage H1 court et en laissant un volume d'air initial (21) dans la bouteille (4). Le debit d' irrigation goutte a goutte moyen obten u en mode o lent decoule des variations climatiques. Pour prolonger la periode dirrigation on peut placer deux dispositifs ou plus avec chacun des courbes d'arrosage decalees. Revendications 1- Dispositif darrosage comportant une bouteille (4) partiellement ou totalement remplie d'eau et un bouchon (1) comportant une s ouverture dentree d'air (8) a sa base, un conduit d'ecoulement (10) et une ouverture de sortie d'eau (11) avec un decalage de hauteur H1 entre ['entree dair et le bout du conduit d'ecoulement. 2- Dispositif selon la revendication 1 avec un piques (26) ou un ensemble de pastes de supports pouvant maintenir ia bouteille en o position verticale inversee. 3- Dispositif selon la revendication 1 comportant un cordage pour suspendre le dispositif au-dessus du sol par la bouteille. 4- Dispositif selon la revendication 1 comportant un conduit d'ecoulement mobile (24) pourvu d'un mecanisme de changement s du decalage H1 permettant de passer d'une configuration stable pour laquelle la pression de resistance par tension de surface des orifices depasse la pression statique P1 a une configuration d'ecoulement instable pour laquelle la pression de resistance par tension de surface des orifices est inferieure a la pression statique zo P'. P. = p x 9 x H1 ou p est la densite du lquide, g l'acceieration gravitationnelle et H1 le decalage de hauteur - Dispositif selon l'une quelconque de ces revendications dont le dispositif d'ajustement de hauteur du conduit mobile est un systeme de filets de vis s 6- Dispositif selon la revendication 4 ou 5 caracterise en ce que le prolongement du conduit comporte une molette d'ajustement. 7- Dispositif selon la revendication 2 utilisant un receptacle en forme de cone (2) comportant des ouvertures d'eGoulement et instaile en permanences dans le sol (6). Le piques (26) s'engageant dans le o cone plutot que de planter le piques dans la terre. 8- Dispositif selon lune quelconque des revendications precdentes avec une pointe en biseau au bout du canal d'egouttement. - 10 Revendication (suite) 9- Dispositif selon 17une quelconque des revendications precedentes relic par une tubulure a une plus grande reserve d'eau. - Utilisation d'un dispositif selon i'une quelconque des revendications precedentes caracterisee par a. une mise en route du dispositif avec un volume initial d'air et un volume d'eau dans la bouteille b. I'ajustement d'un echelon de pression de resistance a l 'eco u le ment et a I 'as pi ration pa r l e decalage de ha uteu r d es o orifices eVou le changement de diametre des orifices. c. L'activation du mecanisme d'ecoulement goutte a goutte par les variations climatiques 11- Utilisation d'un dispositif selon la revendication 10 utilisee en padre ou plus avec un ajustement different du mode barometrique afin s d'irriguer par la superposition des debits exponentiels decales de chacun des dispositifs sur une plus grande duree. 12- Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque de ces revendications caracterisee en ce que l'ajustement de hautew de decalage H1 permette au systeme de passer d'un mode zo dlrrigation continue dont le debit est uniforme et controlable par la hauteur H1 a un mode d'irrigation barometrique controlable selon