Brevet FR2859595A1 — publié le 20050318

La présente invention concerne d'une manière générale un élément tubulaire pour l'écoulement d'une solution nutritive d'un bac de culture et de forçage de plantes dans un autre bac de culture et de forçage de plantes, et plus particulièrement un élément tubulaire ou durit pour l'écoulement d'une solution nutritive qui assure une ré-oxygénation optimale de la solution nutritive et limite les projections de la solution nutritive par les éclaboussures produites par l'impact du jet de solution nutritive sortant de l'élément tubulaire sur la surface de la solution nutritive du bac inférieur. L'invention concerne également un bac de forçage comportant une telle durit et une chambre de forçage comportant un empilement de bacs pourvus d'une telle durit. Classiquement, dans la culture et le forçage hydroponique de plantes, en particulier d'endives, les bacs contenant les plantes sont empilés en quinconce, c'est-à-dire avec les écoulements des bacs successifs dans l'empilement disposés en opposition les uns par rapport aux autres. Une pompe alimente depuis un cuvier le bac supérieur en solution nutritive. La solution nutritive passe ensuite de bac en bac, par l'intermédiaire des éléments tubulaires d'écoulement, jusqu'au dernier bac de l'empilement où la solution nutritive est alors évacuée et renvoyée au cuvier. La solution nutritive est ré-oxygénée dans le cuvier par brassage, ajustée éventuellement en dosage de fertilisants ou d'oligo-éléments avant d'être renvoyée dans le circuit. La solution nutritive apporte à la plante les éléments nécessaires à sa croissance, 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 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 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 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 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 d'un ion oxygène à des ions nitrates (NO3) par des bactéries en l'absence d'oxygène dissout dans la solution nutritive. La solution nutritive alimente les bacs par le haut et celle-ci 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. H est alors aisé de comprendre que le taux d'oxygène décroît au fur à et mesure que l'on descend dans l'empilement. Le taux d'oxygène peut parfois baisser jusqu'à 1 mg/1 dans les derniers bacs, alors que la concentration en oxygène de la solution nutritive arrivant dans l'empilement de bacs peut être au maximum de 9 mgll. L'atrophie en oxygène de la solution favorise le développement de bactéries, qui elles-mêmes vont consommer l'oxygène et raréfient encore plus la solution en oxygène. Cette baisse du taux d'oxygène en fin d'empilement n'est pas 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 30 forçage ou lorsque l'empilement comporte un grand nombre de bacs est particulièrement néfaste. Une première durit, développée par la société GODE comme une première solution pour remédier aux inconvénients indiqués ci-dessus, comprend au moins une nervure hélicoïdale, à pas à gauche, ménagée à la surface interne du canal d'écoulement de la durit. De préférence, le nombre de nervures hélicoïdales de la durit est de 6 à 12, et de manière tout à fait préférée de 4 à 8. Cette durit fait l'objet d'une demande de brevet déposée en France sous le numéro 0208995. Cette durit impartit un effet vortex dans l'écoulement de la solution nutritive pour améliorer la ré-oxygénation de cette dernière. Toutefois, le jet de solution nutritive sortant d'un bac donné vers le bac inférieur d'un empilement de bacs de culture et de forçage de plantes est concentré à un point tel qu'il y a des projections de solution par les éclaboussures produites par l'impact de ce jet sur la surface de solution nutritive du bac inférieur. La présente invention a donc pour objet de fournir un élément tubulaire d'écoulement d'un liquide, notamment d'une solution nutritive, d'un bac à un autre bac, en particulier des bacs de culture et de forçage hydroponique de plantes telles que des endives, qui favorise la réoxygénation de la solution nutritive. L'invention a encore pour objet un élément tubulaire tel que défini cidessus qui limite les projections de liquide dues aux éclaboussures produites par l'impact du jet de liquide sur la surface du bac inférieur. L'invention a également pour objet un bac de culture et de forçage hydroponique de plantes comportant un élément tubulaire d'écoulement tel que défini ci-dessus, et une chambre de forçage comportant au moins un empilement de bacs de culture et de forçage pourvus d'un élément tubulaire d'écoulement tel que défini ci-dessus. Le but de l'invention est atteint par un élément tubulaire d'écoulement qui confère au liquide s'écoulant de cet élément un effet Coanda. Comme cela est bien connu, l'effet Coanda est la déviation d'un fluide obtenue par l'accélération d'un écoulement de fluide le long d'une paroi inclinée qui crée un vide entre cette paroi et le fluide, collant ce fluide à la paroi et le faisant ainsi dévier. Le but de l'invention est également atteint par un bac de culture et de forçage hydroponique de plantes, comportant un élément tubulaire d'écoulement qui confère au liquide s'écoulant de cet élément un effet Coanda. L'élément tubulaire d'écoulement, ou durit, selon la présente invention comprend un corps tubulaire avec une entrée et une sortie reliées l'une à l'autre par une surface interne définissant un canal d'écoulement de liquide, et 2859595 4 un axe longitudinal. Le corps comporte une première partie tubulaire s'étendant à partir de l'entrée en direction de la sortie et une seconde partie tubulaire reliant la première partie tubulaire à la sortie. La première partie tubulaire du canal d'écoulement est conformée de façon à impartir à l'écoulement un effet tourbillonnaire suivant l'axe. La seconde partie tubulaire du canal d'écoulement est conformée de façon à impartir un effet Coanda à l'écoulement sortant de la durit. Cette disposition permet, par la conjugaison du tourbillon formé et de l'effet Coanda, d'obtenir une ouverture du jet formant ainsi un film circulaire. Zo Ceci a pour effet d'une part, de favoriser la re-oxygénation de la solution nutritive, et d'autre part de limiter les projections de solution par les éclaboussures produites par l'impact de ce jet sur la surface fluide du bac inférieur. Selon le mode de réalisation choisi de l'invention, l'élément tubulaire d'écoulement présente l'une ou l'autre des caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible: la première partie du canal d'écoulement a une section qui diminue à partir de l'entrée jusqu'à la seconde partie du canal d'écoulement et la seconde partie du canal a une section qui augmente jusqu'à la sortie; - le canal d'écoulement comporte une section minimum de passage constituant la limite entre la première et la seconde parties du canal; - la première partie du canal d'écoulement présente une forme tronconique dont le plus grand diamètre est situé à l'entrée du corps tubulaire; - la première partie du canal d'écoulement est pourvue, sur la surface intérieure du corps de l'élément tubulaire, d'au moins une rainure hélicoïdale, comme décrit dans la demande de brevet français N 0208995; - le rayon de la seconde partie du canal d'écoulement augmente de façon continue, à partir de la section minimum jusqu'à la sortie du canal d'écoulement, la sortie présentant de préférence un angle d'ouverture de l'ordre de 20 par rapport à l'axe du corps de la durit; - la surface du canal d'écoulement est plane, considérée sur une coupe axiale de la durit; - la surface du canal d'écoulement est incurvée, considérée sur une coupe axiale de la durit; - l'élément tubulaire est réalisé en une matière synthétique, notamment en matière thermoplastique, qui permet d'obtenir une bonne étanchéité entre la durit et le bac et qui peut être fabriqué par moulage. Bien que la description ci-après de l'invention sera faite en liaison avec la culture hydroponique des endives, l'invention peut s'appliquer à toute culture pour laquelle les mêmes problèmes sont rencontrés. La description est faite en référence aux dessins dans lesquels: La Figure 1 représente un schéma d'une chambre de culture et de forçage hydroponique de plantes; Zo Les Figures 2 à 4 représentent une vue en coupe, un détail et une vue en perspective par en dessous, d'une durit à effet Coanda selon l'invention; La Figure 5 représente des graphes du taux de ré-oxygénation de la solution nutritive à l'entrée et à la sortie de bacs munis respectivement d'une durit selon l'un ou l'autre de deux types de durit antérieurs à l'invention, ou d'une durit à effet Coanda selon l'invention. 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 chambre de forçage 1, c'est-à- 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 l'intermédiaire des durits 3a à 3g, jusqu'au dernier bac 2h de l'empilement où la solution nutritive est alors évacuée par la durit 3h et renvoyée au cuvier 6 par la canalisation 7 raccordée à la durit 3h pour y être ré- oxygénée par brassage et 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 chambres de forçage, alimenter de 15 à 30 piles de 10 à 14 bacs chacune. Le bac de forçage 2 pour la culture hydroponique de plantes, en particulier d'endives, comprend un fond, une paroi latérale et une durit d'écoulement 3 fixée au fond et ayant une entrée et une sortie de liquide, l'entrée de liquide de la durit étant située au niveau du fond du bac. La durit d'écoulement 3 représentée sur les figures 2 à 4 comprend un corps tubulaire 31, 32 avec une entrée 33 et une sortie 34 reliées l'une à l'autre par une surface interne 35, 36 définissant un canal d'écoulement de liquide 37, 38, et un axe longitudinal A. Le corps comporte une première partie tubulaire 31 s'étendant à partir de l'entrée 33 en direction de la sortie 34 et une seconde partie tubulaire 32, plus courte que la première, reliant la première partie 31 à la sortie 34. La première partie 37 du canal d'écoulement se rétrécie vers la seconde partie 38 du canal d'écoulement. Elle a une forme essentiellement tronconique dont le plus grand diamètre est situé à l'entrée 33 du corps tubulaire. La seconde partie 38 du canal s'élargie vers la sortie 34. La sortie 34 présente un angle d'ouverture a de l'ordre de 20 par rapport à l'axe A. Une section minimum de passage 39 du canal d'écoulement 37, 38 constitue la limite entre les première et seconde parties du canal. Grâce à cette forme de l'élément tubulaire 3 et l'effet tourbillonnaire en résultant, le liquide passant par le canal d'écoulement 37, 38 est d'abord accéléré le long de la surface intérieure 35 de la première partie 31 du corps de la durit. Lorsque le liquide ainsi accéléré et tourbillonnant arrive à la section minimum 39 puis s'écoule dans la seconde partie 38 du canal d'écoulement, en raison de la conformation de la surface intérieure 36 de cette seconde partie, il se crée un vide entre cette surface et le liquide. Ce vide colle le liquide à cette surface et le maintient collé à la surface intérieure 36 lors du passage du liquide dans la seconde partie 32 de la durit 3. En raison de l'évasement de la sortie 34 de l'élément tubulaire, le liquide est dévié vers l'extérieur, c'est-à-dire éloigné de l'axe A. Ainsi, la surface d'échange du liquide, nécessaire au contact avec l'oxygène pour sa ré- oxygénation, est fortement agrandie par rapport à ce que l'on obtient avec une durit classique ou même avec la durit décrit dans la demande de brevet 0208995, ce qui permet un transfert plus aisé de l'oxygène dans le liquide, en particulier, dans une solution nutritive. De plus, le jet de solution nutritive sortant d'un bac muni de la durit de l'invention, produit un impact moindre sur la surface du liquide du bac inférieur, comparé à celui des jets sortant des durits antérieures, et donc moins d'éclaboussures de la solution nutritive. Plus le taux d'oxygène dans la solution nutritive diminue après consommation, plus la durit selon l'invention est efficace pour la réoxygénation de la solution nutritive. Bien que la durit 3 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 Caonda peut trouver de nombreuses autres applications dans lesquelles on doit ré-oxygéner un liquide, par exemple dans l'industrie agroalimentaire, les stations d'épuration, l'industrie chimique, la pisciculture, etc... Exemple comparatif Le forçage a été effectué de manière classique et dans les mêmes conditions pour trois empilements, en particulier les débits de solution nutritive étaient les mêmes pour les trois empilements. (8 Ilmin.). On a mesuré le taux d'oxygène dans la solution nutritive entrant et sortant des bacs des trois 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 à la figure 5. Comme on le voit sur cette figure, le taux de ré-oxygénation de la solution nutritive entrant dans les bacs dans un empilement dont les bacs comportent une durit traditionnelle (courbe a) ou une durit à effet vortex (courbe b) est moins élevé que dans un empilement dans lequel les bacs comportent la durit à effet Coanda selon l'invention (courbe c). REVENDICATIONS 1. Durit d'écoulement à effet Coanda (3) comprenant un corps tubulaire (31, 32) avec une entrée (33) et une sortie (34) reliées l'une à l'autre par une surface interne (35, 36) définissant un canal d'écoulement de liquide (37, 38), et un axe longitudinal (A), caractérisée en ce que le corps (31, 32) comporte une première partie tubulaire (31) s'étendant à partir de l'entrée (33) en direction de la sortie (34) et une seconde partie tubulaire (32) reliant la première partie (31) à la sortie (34), la première partie du canal d'écoulement (37) étant conformée de façon à impartir à l'écoulement un effet tourbillonnaire suivant l'axe longitudinal (A) et la seconde partie (38) du canal d'écoulement étant conformée de façon à impartir un effet Coanda à l'écoulement sortant de la durit (3). 2. Durit selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première partie (37) du canal d'écoulement a une section de passage qui diminue depuis l'entrée (33) jusqu'à la seconde partie (38) du canal d'écoulement et en ce que la seconde partie (38) du canal a une section de passage qui augmente vers la sortie (34). 3. Durit selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le canal d'écoulement (37, 38) a une section minimum de passage (39) constituant la limite entre la première et la seconde parties du canal. 4. Durit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première partie (37) du canal d'écoulement présente une forme tronconique. 5. Durit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la seconde partie (38) du canal d'écoulement s'évase jusqu'à la sortie (34) du canal d'écoulement, la sortie présentant un angle d'ouverture (a) d'environ 20 par rapport à l'axe (A) du corps de la durit (3). 6. Durit selon la revendication 5, caractérisée en ce que la surface de la seconde partie (38) du canal d'écoulement est plane. 7. Durit selon la revendication 5, caractérisée en ce que la surface de la seconde partie (38) du canal d'écoulement est incurvée. 8. Bac de culture et de forçage pour la culture hydroponique de plantes, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'une durit d'écoulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Chambre pour le forçage de plantes, en particulier d'endives, comportant au moins un empilement de bacs de culture et de forçage disposés en quinconce dans lequel les bacs sont pourvus d'une durit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.