Brevet FR2842394A1 — publié le 20040123

La présente invention concerne d'une manière générale un bac de forçage pour la culture hydroponique de plantes, en particulier d'endives, un procédé de culture et de forçage hydroponique de plantes utilisant un tel bac, ainsi qu'une durit pour l'écoulement d'une solution nutritive d'un bac à l'autre d'un empilement de bacs dans une salle de forçage assurant une ré-oxygénation de la solution nutritive. Classiquement pour la culture et le forçage hydroponique de plantes telles que les endives, comme le montre la figure 1, des bacs de forçage 2a à 2h sont empilés en quinconce dans une salle de forçage 1, c'est-à1o dire avec les durits d'écoulement 3a à 3h des bacs successifs dans l'empilement disposés en opposition les unes par rapport aux autres. Une pompe 4 alimente depuis un cuvier 6. via une canalisation 5, le bac supérieur 2a en solution nutritive. La solution nutritive passe ensuite de bac en bac, par 15 l'intermédiaire des durits 3a à 3g jusqu'au dernier bac 2h de l'empilement o la solution nutritive est alors évacuée par la durit 3h et renvoyée au cuvier 6 par la canalisation 7 raccordée à la durit 3h. La solution nutritive est réoxygénée dans le cuvier par brassage, ajustée éventuellement en dosage de fertilisants ou d'oligo-éléments avant d'être renvoyée dans le circuit. Le système que l'on vient de décrire peut, suivant les salles de forçage, alimenter de 15 à 30 piles de 10 à 14 bacs chacune. Comme on le comprendra aisément, c'est la hauteur de dépassement de chacune des durits des bacs qui déterminent le niveau de 25 la solution nutritive dans chacun des bacs. Généralement, la hauteur de dépassement de la durit dans le bac est de l'ordre de 2 cm. Le système que l'on vient de décrire s'applique plus particulièrement à la culture et au forçage hydroponique des endives. Bien que la description suivante sera faite en liaison avec la culture 30 hydroponique des endives, l'invention peut s'appliquer à toute culture pour laquelle les mêmes problèmes sont rencontrés. Dans la culture hydroponique des endives, au début du cycle, les racines d'endives sont placées pendant 24 à 36 heures dans une solution fongicide, c'est-à-dire que la pompe 4 ne fonctionne pas. Le niveau de 35 cette solution fongicide dans les bacs est généralement maintenu sensiblement constant, en général à un niveau compris entre 0,5 cm et 1,5 cm, de préférence à environ 1 cm, de manière à s'assurer que les produits fongicides et d'enracinement aient effet. Après 1 à 3 jours, on débute la circulation de la solution nutritive. La solution nutritive apporte à la plante les éléments nécessaires à la croissance du chicon dont l'oxygène. L'oxygène est l'un des principaux facteurs limitant dans les techniques de culture hors sol. De ce fait, généralement, les productions légumières et florales en culture hydroponique, se sont orientées vers l'utilisation de substrats 10 inertes, type laine de roche avec des irrigations à intervalles réguliers. La culture et le forçage hydroponique des endives est l'une des rares productions à s'être développée en culture et forçage hydroponique sans substrat. La racine d'endive, pour sa croissance, et la formation du chicon, a 15 besoin de fertilisants, d'oligo-éléments, d'eau et d'oxygène. En hydroponie, les aliments sont apportés par la solution nutritive. Le taux d'oxygène dissous dans la solution nutritive est déterminant pour une croissance de l'endive. Les racines ont besoin en permanence d'oxygène: la respiration racinaire fournit l'énergie nécessaire pour leur 20 métabolisme propre mais aussi pour l'absorption de l'eau et des éléments nutritifs. L'asphyxie du système racinaire ne provoque pas, comme dans le règne animal, la mort immédiate de la plante, mais les végétaux sont caractérisés par un mécanisme d'adaptation, se traduisant par un 25 ralentissement puis par un arrêt de la croissance de la partie aérienne de la plante. Il n'est pas rare de voir, dans les bacs de forçage, une solution nutritive complètement asphyxiée. On peut même observer couramment dans ces conditions la présence de nitrites (NO2) issus du prélèvement 30 d'un ion oxygène à des ions nitrates (NO3) par des bactéries en l'absence d'oxygène dissout dans la solution nutritive. Le schéma de la salle de culture et de forçage décrit précédemment présente un certain nombre d'inconvénients. La solution nutritive alimente les bacs par le haut et celle-ci 35 descend dans l'empilement au fur et à mesure qu'elle traverse les bacs. Les radicelles de la plante absorbent l'oxygène dissout dans la solution nutritive. Il est alors aisé de comprendre que le taux d'oxygène décroît au fur à et mesure que l'on descend dans l'empilement. (Figure 10). Comme indiqué précédemment au dernier bac, la solution nutritive est canalisée vers le cuvier o elle sera ré-oxygénée par un simple brassage au moyen de la pompe et réintroduite dans le circuit. Il n'est pas rare de trouver des locaux techniques qui ne facilitent pas la ré-oxygénation de la solution nutritive. De par leur disposition, ces locaux sont souvent peu accessibles, exigus et surtout mal aérés. Par la 10 conception même des salles, les cuviers sont généralement enterrés dans le sol et le niveau de la solution est donc encaissé par rapport au sol. Il s'ensuit que la solution nutritive ne repart pas dans le circuit avec le taux maximum d'oxygène qui pourrait être dissout. Cette baisse du taux d'oxygène en fin d'empilement n'est pas 15 rédhibitoire en début de forçage, alors que les débits en solution nutritive sont importants et la consommation faible, ou encore lorsque les empilements comportent un faible nombre de bacs, 5 à 6 bacs. Par contre, le faible taux d'oxygène de la solution nutritive en fin de forçage ou lorsque l'empilement comporte un grand nombre de bacs 2 0 est particulièrement néfaste. Dans les grandes salles de forçage o les bacs sont empilés sur 12, il n'est pas rare de constater des développements de maladie dues, en partie, à un manque d'oxygène. Le taux d'oxygène peut parfois baisser jusqu'à 1 mg/l dans les 25 derniers bacs, alors que la concentration en oxygène de la solution nutritive arrivant dans l'empilement de bacs peut être au maximum de 9 mg/l. (Figure 10). L'atrophie en oxygène de la solution favorise le développement de bactéries, qui elles-mêmes vont consommer l'oxygène et raréfient encore 3 0 plus la solution en oxygène. Il faudrait alors augmenter les débits, mais les producteurs sont contraints de les baisser afin d'éviter un débordement des bacs. Comme indiqué ci-dessus, les durits d'écoulement des bacs saillent généralement d'environ 2 cm à l'intérieur des bacs. Lors de l'apparition de maladie dans les bacs, les producteurs devraient mettre leurs bacs à niveau 0, c'est-à-dire ramener l'entrée de liquide de la durit d'écoulement au niveau du fond du bac, supprimant ainsi la saillie d'environ 2 cm de la durit dans le bac. Cette opération permet: - d'augmenter la hauteur manométrique et par conséquent d'augmenter les débits; - d'éliminer un maximum de terre et de déchets en fond de bac; - de faire circuler la solution en alternance, ce qui permet à la lo plante de se ré-oxygéner plus facilement (en effet, les radicelles dans cette configuration ne sont plus dans la solution, ce qui facilite le transfert d'oxygène dans la plante); et - la vidange totale des bacs lorsqu'on arrête la circulation. Malheureusement, cette opération est rarement effectuée. En effet, 15 il est très difficile de la réaliser dans une salle de forçage, sans lumière et o les quantités de bacs sont parfois au nombre de 4000, serrés et gerbés, sur une hauteur pouvant atteindre 6 mètres. La présente invention a donc pour objet de fournir un bac pour la culture et le forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, 20 permettant de réaliser l'opération de mise à niveau 0, sans intervention humaine. L'invention a également pour objet un bac de culture et de forçage hydroponique assurant une ré-oxygénation de la solution nutritive lors de son écoulement de bac en bac dans un empilement. L'invention a aussi pour objet une chambre pour le forçage de plantes, en particulier des endives, comportant au moins un empilement de bacs de forçage disposés en quinconce dans lequel les bacs sont tels que définis précédemment. L'invention a encore pour objet un procédé de culture et de forçage 30 hydroponique de plantes, en particulier d'endives, assurant une meilleure ré-oxygénation de la solution nutritive lors de son écoulement de bac en bac d'un empilement et également une opération de mise à niveau O ne nécessitant pas d'intervention humaine. L'invention a enfin pour objet une durit à écoulement à effet vortex favorisant la ré-oxygénation d'un liquide, en particulier une solution nutritive pour le forçage de plantes telles que des endives. Selon l'invention, le bac de forçage pour la culture hydroponique de plantes, en particulier d'endives, comprend un fond, une paroi latérale et une durit d'écoulement fixée au fond et ayant une entrée et une sortie de liquide, ce bac de forçage étant caractérisé par le fait que l'entrée de liquide de la durit est située au niveau du fond du bac (niveau 0) et en ce que le bac de forçage comprend en outre un élément rapporté tubulaire l1 raccordé à l'entrée de liquide de la durit et saillant à l'intérieur du bac de forçage, cet élément rapporté étant constitué d'un matériau biodégradable ou soluble dans ledit liquide. De préférence, l'élément rapporté tubulaire est bio-dégradé ou dissout dans le milieu de culture dans un délai de 2 à 5 jours, après le 15 début de l'introduction de la solution nutritive. De préférence également, l'élément rapporté biodégradable ou soluble dans la solution nutritive, saille d'une hauteur d'environ 2 cm à l'intérieur du bac. L'élément rapporté biodégradable ou soluble dans la solution nutritive peut être constitué de tous matériaux biodégradables ou solubles 20 dans le milieu de culture, en particulier lors de l'introduction de la solution nutritive. Bien évidemment, l'élément rapport biodégrable ou soluble dans la solution nutritive doit être initialement étanche afin d'éviter un échappement de la solution fongicide introduite dans les bacs, préalablement à l'introduction de la solution nutritive. On utilisera de préférence des matériaux biodégradables ou soluble dans la solution nutritive de qualité alimentaire. A titre d'exemple de matériaux biodégradables ou soluble dans la solution nutritive utilisables pour fabriquer l'élément rapporté, on peut citer l'acétate de cellulose, les 30 alcools polyvinyliques, les polysaccharides et l'amidon, en particulier l'amidon de mas. De préférence, le bac de forçage selon l'invention comprend en outre un moyen pour réaliser un écoulement de liquide à effet vortex dans la durit d'écoulement. Un premier moyen pour impartir un effet de vortex dans l'écoulement de liquide dans la durit est constitué par une barrière, généralement en forme d'arc, saillant du fond à l'intérieur du bac et située en avant de l'entrée de liquide de la durit. Toutefois, de préférence, le moyen pour impartir un effet vortex à l'écoulement dans la durit est constitué d'au moins une nervure hélicodale, à pas à gauche, ménagée à la surface interne du canal d'écoulement de la durit. De préférence, le moyen pour impartir l'effet de vortex est constitué par un ensemble de nervures hélicodales, parallèles, à pas à gauche, ménagé à la surface 1o interne du canal d'écoulement de la durit. De préférence, le nombre de nervures hélicodales de la durit est de 6 à 12, et de manière tout à fait préférée de 4 à 8. L'invention concerne aussi une salle de forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, comprenant au moins un empilement en quinconce des bacs selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de culture et de forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, dans lequel les plantes se trouvent dans un empilement de bacs de forçage en communication fluidique les uns avec les autres depuis un premier bac au sommet de 20 l'empilement jusqu'à un dernier bac en communication fluidique avec l'extérieur, le procédé comprenant: - l'introduction dans les bacs d'une solution fongicide; et, ultérieurement, - l'introduction dans les bacs d'une solution nutritive; ledit 25 procédé se caractérisant par le fait que les bacs sont tels que définis cidessus de telle sorte que l'élément rapporté en matériau biodégradable ou soluble dans la solution nutritive soit dégradé dans un délai de deux à cinq jours, de préférence deux à trois jours, suivant l'introduction de la solution nutritive mettant ainsi les bacs au niveau O sans aucune 3 o intervention humaine. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1, un schéma d'une salle de culture et de forçage hydroponique classique; Figure 2, une vue en coupe schématique d'une première réalisation d'un élément rapporté biodégradable selon l'invention; Figure 3, une vue de face d'une seconde réalisation d'un élément rapporté biodégradable ou soluble dans la solution nutritive selon l'invention, particulièrement adapté pour être utilisé avec une durit à effet vortex; Figure 4, un schéma d'une partie d'un bac de forçage comportant un barrage impartissant un effet de vortex à l'écoulement dans la durit; Figures 5 à 7, des vues de face, en coupe et de dessus io respectivement d'une durit à effet vortex selon l'invention; Figures 8 et 9, des photographies de l'écoulement du liquide en sortie d'une durit classique (GODE) et d'une durit à effet vortex selon l'invention; Figures 10 et 11, des graphes du taux d'oxygène de la solution 15 nutritive à l'entrée et à la sortie de bacs munis d'une durit selon l'art antérieur et d'une durit à vortex selon l'invention. On a représenté à la figure 2, une première réalisation d'un élément rapporté tubulaire biodégradable ou soluble dans la solution nutritive 10 selon l'invention. Comme le montre la figure, cet élément rapporté en 20 matériau biodégradable 10 a la forme d'un tronc de cône d'une hauteur totale généralement de 5 à 6 cm. Cet élément rapporté 10 est aisément adaptable dans l'entrée de liquide d'une durit par simple emboîtement de cet élément tronconique dans l'entrée de liquide de la durit par son extrémité de plus faible diamètre. L'emboîtement réalisé permet ainsi une 25 saillie de l'élément rapporté dans le bac de l'ordre de 2 à 3 cm, de préférence 2 cm. On a représenté sur la figure 3, une seconde réalisation d'un élément rapporté 10 selon l'invention, particulièrement adaptée pour être utilisée avec les durits à effet vortex selon l'invention, comme cela sera expliqué ci-après. Comme représenté sur la figure 3, cet élément rapporté 10 est un élément de tube d'une hauteur de l'ordre de 5 à 6 cm dont la partie intérieure de la surface latérale externe est pourvue de filets (rainures) hélicodales à pas à gauche 11. Comme on le voit sur la figure 3, ces 35 rainures 1 1 s'étendent à partir du milieu environ de la surface latérale externe de l'élément 10 pour se terminer à son extrémité inférieure. Les filets 11 sont réalisés de manière à coopérer avec des nervures hélicodales à pas à gauche ménagées sur la surface interne de la durit lorsque la partie inférieure de l'élément rapporté 10 est emboîtée dans l'entrée de liquide de la durit à effet vortex. La figure 4 est une vue schématique de dessus d'un bac 2a selon l'invention comportant une durit classique 3a disposée au niveau 0 (c'est à dire avec son entrée de liquide à fleur du fond du bac 2a). Comme cela est classique, la durit 3 est disposée à proximité d'un coin du bac 2a. 1o Selon l'invention on a ménagé sur le fond du bac en avant de la durit 3a un barrage 4a destiné à impartir un effet de vortex à l'écoulement de liquide dans la durit 3a. Comme le montre la figure 4, ce barrage 4a peut être constitué d'une barrière en forme d'arc en avant de la durit 3a dont les extrémités définissent des passages d'écoulement avec les côtés de la paroi latérale du bac. La hauteur de ce barrage est généralement de l'ordre de 2 cm. Ce barrage à pour effet d'accélérer le liquide autour de la durit 3a accentuant ainsi l'effet de tourbillon (vortex) au passage à travers de la durit 3a. Le jet de liquide à la sortie de la durit 3a est alors transformé par l'effet de vortex en une colonne d'eau creuse (voir la figure 9) ce qui n'est pas le cas lorsqu'on utilise uniquement une durit classique (voir figure 8). L'obtention d'une colonne creuse de liquide accroît les surfaces d'échange, ce qui permet un transfert plus aisé de l'oxygène dans le 2.5 liquide, en particulier, dans une solution nutritive. On a représenté aux figures 5 à 7 une durit 30 selon l'invention, qui comporte des moyens impartissant un effet de vortex à l'écoulement du liquide dans la durit. Comme le montrent les figures, la durit 30 comprend un corps 30 constitué d'une partie supérieure cylindrique 31 et d'une partie inférieure tronconique 32. Cette durit 30 est, dans sa constitution générale, semblable aux durits classiques et en particulier à la durit décrite dans le brevet FR-2.761.174. Selon l'invention, un ensemble de nervures hélicodales 36, 35 parallèles, à pas à gauche, sont formées sur la surface interne du canal d'écoulement 35 de la durit 30. Comme on le voit sur la figure 6, les nervures 36 se prolongent à partir de l'entrée de liquide 33 de la durit 30 et se terminent dans un plan horizontal à l'extrémité de la partie cylindrique 31 du corps de la durit. De préférence, l'épaisseur des nervures 36 s'accroît progressivement depuis l'entrée de liquide 33 de la durit jusqu'à leur extrémité terminale pour faciliter l'écoulement de liquide et, dans le cas o la durit 30 est obtenue par moulage de matière plastique faciliter le démoulage de celle-ci. o0 Bien évidemment, la hauteur, le nombre et le pas des nervures 36 doivent être suffisants pour diviser le flux de liquide et contenir le volume des multiples filets de solution ainsi créés. De même le pas des nervures est déterminé de manière à induire un mouvement de rotation optimum du liquide tout en évitant sa chute. De préférence, le pas des nervures est à gauche de manière à utiliser l'effet Coriolis, provoqué par l'entraînement de la rotation de la terre. Pour une utilisation dans l'hémisphère sud, on peut utiliser des nervures avec un pas à droite. De préférence, les nervures hélicodales 36 se prolongent au-dessus 20 de l'entrée de liquide 33 par des nervures radiales 38 qui assurent une division du liquide avant même son entrée dans la durit 30. Ces nervures radiales 38 permettent également, lorsque la durit 30 est réalisée en matière plastique par moulage, d'éviter à la durit 30 de tourner lors du démoulage et en particulier lors de l'opération de dénoyautage. Bien que la durit à effet vortex 30 ait été décrite en liaison avec la culture et le forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, son utilisation n'est pas limitée à cette seule application. Cette durit à effet vortex peut trouver de nombreuses applications dans laquelle on doit réoxygéner un liquide, par exemple dans l'industrie agroalimentaire, les stations d'épuration, l'industrie chimique, la pisciculture, etc... Comme indiqué précédemment, la durit 30 à effet vortex qui vient d'être décrite est préférablement utilisée avec l'élément rapporté biodégradable, ou soluble dans la solution nutritive 10 dont les filets hélicodaux 1 1 (figure 3) sont réalisés pour recevoir une partie supérieure des nervures hélicodales 36 de la durit 30 à effet vortex. Exemple On a réalisé deux empilements A et B de bacs de forçage d'endives comprenant chacun onze bacs disposés en quinconce. Dans le premier empilement A, les durits étaient des durits standards (GODE) misent au niveau 0, cependant que dans l'empilement B les durits étaient des durits à effet vortex selon l'invention décrite cidessus. L'essai a été effectué pour le forçage d'endives de la variété EUREKA(. Le forçage a été effectué de manière classique et dans les mêmes conditions pour les deux empilements A et B, en particulier les débits de solution nutritive étaient les mêmes pour les deux empilements. (8 1/min.) . On a mesuré le taux d'oxygène dans la solution nutritive entrant et is sortant des bacs des deux empilements après dix sept jours de forçage, c'est à dire dix sept jours après le début de la mise en circulation de la solution nutritive. Les résultats sont représentés aux figures 1 0 et 1 1. La mesure du taux d'oxygène a été réalisée avec un oxymètre de type HI 9142 commercialisé par la Société HANNA Instruments, selon les recommandations du fabricant. Comme on le voit sur ces figures, le taux d'oxygène dissout dans la solution nutritive entrant dans les bacs décroît dans l'empilement A dont les bacs comportent une durit traditionnelle par rapport à l'empilement B dans lequel les bacs comportent la durit à effet vortex selon l'invention o 25 le taux d'oxygène est maintenu constant aux alentours de 6 - 6,5 mg/l. De même, le taux d'oxygène dissout dans la solution nutritive diminue fortement dans l'empilement A de bacs munis d'une durit traditionnelle, les six derniers bacs étant pratiquement asphyxiés (taux d'oxygène en dessous de 1 mg/l) alors que dans l'empilement B de bacs munis de la 30 durit à effet vortex selon l'invention le taux d'oxygène dissout dans la solution nutritive est pratiquement constant à 5 mg/l. il REVENDICATIONS 1. Bac de forçage pour la culture hydroponique de plantes comprenant un fond, une paroi latérale et une durit d'écoulement fixée au fond ayant une entrée de liquide et une sortie de liquide, caractérisé en ce que l'entrée de liquide de la durit est située au niveau du fond du bac et en ce que le bac de forçage comprend en outre un élément rapporté tubulaire (10) raccordé à l'entrée de liquide de la durit et saillant à l'intérieur du bac de forçage, l'élément rapporté étant constitué d'un matériau biodégradable ou soluble dans ledit liquide. 2. Bac de forçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément rapporté tubulaire est biodégradé ou dissout dans un délai de 2 à 5 jours après le début de l'introduction d'une solution nutritive. 3. Bac de forçage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau de l'élément rapporté est choisi parmi l'acétate de cellulose, les alcools polyvinylique, les polysaccharides et l'amidon. 4. Bac de forçage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément rapporté (10) saille de 2 cm environ à l'intérieur du bac. 5. Bac de forçage selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que l'élément rapporté (10) est de forme tronconique. 6. Bac de forçage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément rapporté (10) est un tube cylindrique ayant une surface extérieure pourvue à sa partie inférieure 25 d'au moins un filet hélicodal (11) à pas à gauche, de préférence un ensemble de filets hélicodaux, parallèles, à pas à gauche. 7. Bac de forçage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bac comprend un moyen (4a figure 4, 36 figure 6) de réaliser un écoulement à effet vortex dans la durit. 8. Bac de forçage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen provoquant l'écoulement à effet vortex est constitué par une barrière (4a) en forme d'arc saillant du fond à l'intérieur du bac et située en avant de l'entrée de liquide de la durit. 9. Bac de forçage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le 35 moyen provoquant l'écoulement à effet vortex est constitué par au moins une nervure hélicodale (36), à pas à gauche, ménagée à l'intérieur de la durit, de préférence en ensemble de nervures hélicodales, parallèles, à pas à gauche. 10. Bac de forçage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le (ou les) nervure(s) est (sont) plus large(s) à sa (leur) base(s) qu'à son (leurs) sommet(s). 1 1. Salle de forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, comprenant au moins un empilement en quinconce de bacs selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 1o 12. Procédé de culture et de forçage hydroponique de plantes dans lequel les plantes se trouvent dans un empilement de bacs de forçage en communication fluidique les uns avec les autres depuis un premier bac au sommet de l'empilement jusqu'à un dernier bac en communication fluidique avec l'extérieur, le procédé comprenant: - l'introduction d'une solution fongicide; et, ultérieurement - l'introduction d'une solution nutritive; caractérisé en ce que les bacs sont tels que définis à l'une quelconque des revendications 1 à 10 de telle sorte l'élément rapporté en matériau biodégradable ou soluble est dégradé ou dissout dans un délai de 20 2 à 5 jours, de préférence 2 à 3 jours, suivant l'introduction de la solution nutritive, mettant ainsi les bacs au niveau O sans aucune intervention humaine. 13. Procédé selon la revendication 12, pour la culture et le forçage hydroponique des endives.