Brevet FR3028139A1 — publié le 20160513

Adjuvant pour substrat de culture améliorant la rétention d'eau, et substrat mettant en oeuvre de cet adjuvant L'invention concerne un adjuvant destiné à être mélangé à un substrat de culture pour améliorer significativement son aptitude à la rétention d'eau, et optimiser la préservation des plantes qu'il supporte et alimente en cas d'épuisement total de la ressource hydrique. Il est applicable à tous types de culture, mais vise plus particulièrement les cas où il existe un risque de stress hydrique, comme par exemple les cultures avec une faible profondeur de terre, les cultures en climat très sec, les toits végétalisés et les murs végétalisés dépourvus de moyens d'irrigation. Dans ces cas, il est d'usage soit d'utiliser un substrat de base, comportant par exemple de l'argile, du compost, du sable, souvent de l'engrais, et de l'enrichir en tourbe ou sphaignes qui ont une capacité reconnue pour la rétention d'eau. Lorsque la menace de stress hydrique est plus forte, on mélange à ce substrat de base ou au substrat enrichi des adjuvants granuleux doués de porosité comme la perlite (de faible capacité de rétention mais qui en outre allège le substrat), de la pouzzolane, des billes d'argile ou de la brique en morceaux par exemple telle qu'utilisée en guise de paillage ou en décoration de jardin. Ces adjuvants granuleux ont tous une certaine efficacité, mais elle s'avère souvent insuffisante quand les conditions évoquées ci-dessus sont extrêmes, ou que 20 l'intervalle entre deux apports d'eau devient très long pour l'ensoleillement considéré. Outre une capacité insuffisante, certains comme la pouzzolane retiennent l'eau par des pores assez irréguliers mais dans l'ensemble beaucoup trop gros (de l'ordre du mm au dixième de mm). Bien que leur capacité de rétention soit importante, ils retiennent trop faiblement l'eau qu'ils stockent, de sorte que celle-ci se 25 libère trop facilement et rapidement à la moindre raréfaction de l'eau dans le substrat, sans qu'il y ait besoin pour l'extraire d'une forte aspiration de la part des racines des plantes que ce substrat est appelé à recevoir. La quantité d'eau extraite diminue donc rapidement dans le temps, comme schématisée Fig. 1, courbe P. Les plantes n'ayant pas eu besoin d'augmenter significativement leur tension de succion, 302 813 9 2 elle n'ont reçu aucun signal les incitant à réduire leur métabolisme hydrique et consomment donc très rapidement cette eau, de sorte que l'appoint est éphémère. D'autres éléments évitent cet inconvénient, principalement les éléments à base d'argile séchée ou cuite, dont les pores sont beaucoup plus petits, de l'ordre de 5 quelques microns en général. Une première caractéristique est la quantité relativement faible de l'eau ainsi stockée, vis à vis du volume et du poids de ces éléments en terre cuite, qui est un inconvénient. Une seconde caractéristique est que cette eau est beaucoup plus fortement liée à ce support qu'à de la pouzzolane, de sorte que les plantes doivent exercer une forte tension de succion pour l'extraire. On 10 rappelle en effet que l'eau est d'autant plus liée à un matériau que celui-ci comporte des pores de petit diamètre. A titre d'exemple, des pores de 13 um de diamètre retiennent si fort l'eau que l'influence de la gravité devient négligeable. Par comparaison, on considère qu'en pleine terre, un sol saturé en eau demande aux plantes une tension de succion de 0 Pa, un sol bien arrosé 330 hPa et un sol aride 15 15 000 hPa, ce que l'on considère comme l'indice du stress hydrique et qui entraîne le flétrissement puis la mort. Le tableau 1 ci-dessous montre le montrant la relation entre la taille des pores et la tension de succion nécessaire pour les vider de leur eau (d'après ROWELL, 1994). Ce tableau est reproduit dans « L'eau et le sol » Thèse de Pédologie de J. Beauchamp à l'Université de Picardie Jules Vernes (référence 6A). Taille des pores Tension de succion Commentaire (iim) (hPa) 000 0,15 grosse crevasse du sol 4 000 0,75 galerie de vers 300 10 diamètre d'une racine de blé 60 à 30 50 à 100 tension de succion à la capacité au champ 2 1 500 limite de pore contenant de l'eau facilement utilisable 0,2 15 000 point de flétrissement Tableau 1 D'après ce tableau, il appert qu'à toute valeur de la tension de succion exercée dans un substrat, par exemple par des racines de plantes, correspond un 20 302 8 13 9 3 diamètre de pores au dessus duquel l'eau stockée dans les pores de ce substrat est extraite. Or cette quantité d'eau extraire est détermine l'humidité du substrat. Celle-ci décroit dans le temps compte tenu de la consommation d'eau due à l'évaporation et aux plantes que ce substrat supporte. Pour comparer l'aptitude de divers substrats à 5 la rétention d'eau, il suffit donc de comparer, pour une même valeur quelconque de la consommation d'un substrat planté, les courbes donnant l'humidité relative de chacun de ces substrats en fonction du temps. Pour la pleine terre, la courbe donnant l'humidité relative de chacun de ces substrats en fonction du temps est monotone décroissante, sans points anguleux, et 10 décroit de manière exponentielle, comme schématisée Fig. 1, courbe G (pour l'anglais Ground). La manière de gérer la ressource en eau à laquelle les plantes sont adaptées consiste à disposer d'un substrat qui, comme la pleine terre, possède des pores de diamètres de plus en plus petits, de la taille macroscopique jusqu'à l'échelle du micron et en dessous. Ainsi à toute augmentation de la tension de 15 succion des plantes, elles trouvent une certaine quantité d'eau. Lorsque la consommation d'eau fait chuter l'humidité relative du substrat, la consommation d'eau des plantes exerce via leurs racines une tension de succion croissante au sein de ce substrat. Or à chaque valeur de cette tension, la pleine terre relargue de l'eau compte tenu de la continuité de la distribution du diamètre de ses pores. Même si 20 cette quantité diminue à mesure que le diamètre des pores diminue, mais les plantes peuvent s'en accommoder dès lors que la nécessité de faire monter leur tension de succion les informe progressivement de la raréfaction de l'eau. Et plus encore, la vitesse à laquelle elles doivent modifier leur tension de succion pour extraire de l'eau les alerte sur la raréfaction de la ressource et la nécessité de réduire leur métabolisme hydrique. De cela il résulte que la qualité première d'un adjuvant pour la rétention d'eau dans un substrat de culture pour plantes doit s'efforcer de présenter une distribution continue du diamètre de ses pores entre 300 pm et 0,2 pm, ce qui correspond à une tension de succion, de la part des plantes que supporte comporte ce substrat, comprise entre 40 h Pa et 150 000 h Pa. Une telle condition permet à ces plantes de modifier progressivement leur métabolisme en mise en économie d'eau. Lorsque le stockage de l'eau s'effectue par des matériaux ayant un manque de pores dans une certaine plage de diamètres, la courbe de la quantité d'eau extraite dans le temps peut présenter une chute brutale. En effet, la ressource s'épuise dans le temps et incite les plantes à augmenter leur tension de succion jusqu'à ce que cette augmentation permette de vider le contenu de pores encore pleins, c'est-à-dire de pores de plus petit diamètre. L'idéal est donc une répartition continue du diamètre des pores, pour qu'à chaque instant la plante trouve une petite quantité d'eau. Et si cette quantité est trop petite pour son métabolisme hydrique, elle le réduit si on lui laisse le temps de cette adaptation. L'absence de pores dans une assez large plage de diamètres représente le stress extrême de ne pas trouver du tout d'eau, même en augmentant la tension de succion. Cette brutalité menace la plante de déshydratation avant qu'elle n'ait eu le temps d'adapter son métabolisme. Ceci accroît vraisemblablement la vitesse à laquelle la plante augmente sa tension de succion, au prix d'une très grande dépense énergétique. Ceci se poursuit jusqu'au moment ou la valeur de cette tension de succion permet la vidange de pores d'un diamètre plus petit, encore pleins. Un tel stress est très préjudiciable aux plantes, et modifie irréversiblement leur comportement hydrique futur. L'une des pires configurations est celle des terres cuites ou des céramiques dont les pores ont pratiquement tous le même diamètre. En effet, il est connu que le diamètre de ces pores dépend de la granulométrie de l'argile initiale, ainsi que de la pression et la température de cuisson. Ces paramètres étant les mêmes pour tout les grains constituant un même objet (et même pour tous les objets d'une même chaîne de fabrication), cet objet aura le même diamètre pour tous ses pores. C'est du reste pour cela que la terre cuite ou la céramique constituent de très bons filtres pour une taille donnée de particules ou de micro organismes. En outre, ces pores sont à priori très petits (échelle du micron), ce qui correspond à une tension de succion élevée, de l'ordre de 1 000 hPa, associée à la limite de ce qu'on appelle de l'eau facilement utilisable. Entre la fin d'un épisode de pluie ou d'irrigation ou encore de consommation d'une réserve d'eau sous-jacente, qui correspond à une irrigation à satiété, et un tension de succion qui commence à mettre la plante en souffrance, il n'y a donc aucune ressource d'eau disponible. Puis brusquement, aux alentours de 1 000 hPa (selon le type de terre cuite ou de céramique), pour une très faible augmentation de la tension de succion la quasi totalité de l'eau est relarguée. On l'a schématisée Fig. 1, courbe C (pour Ceramics). Seuls les sedums peuvent trouver un léger avantage à un tel adjuvant. La courbe qui décroissait va croître très brusquement, et n'est plus du tout monotone. Puis après, plus rien jusqu'au stress hydrique puis la mort. La figure 1 schématise ces profils. Ainsi donc, la courbe qui représente la quantité d'eau obtenue à mesure que croît la tension de succion va présenter trois phases raccordées par des points anguleux ou tout au moins a des changements de pente extrêmement brusques. Dans la première partie, la tension de succion monte et la quantité d'eau obtenue est négligeable. Dans une seconde partie, autour de la tension de succion correspondant à la vidange des pores de la terre cuite, la totalité de l'eau stockée va être relarguée pour une très faible augmentation de la tension de succion. Enfin dans une troisième partie, la tension de succion va monter de plus en plus vite sans guère obtenir d'eau supplémentaire puisque tout aura déjà été relargué. On est donc bien loin d'avoir la courbe monotone G de la figure 1, que l'on trouve en pleine terre, et à laquelle les plantes sont adaptées. Dans ce cas, rien n'annonce à la plante l'épuisement définitif de la réserve, et donc rien ne lui permet de s'y préparer. Un troisième inconvénient découle de la brutalité de ce relarguage, quasiment en tout-ou-rien. Les plantes n'ont pas le temps de faire croître des racines vers les endroits précis où l'eau va être relarguée. De sorte que cette eau va se répartir dans le substrat pour une ré-humidification générale, dont une partie sera perdue en évaporation par ce substrat. A l'inverse, dans un milieu comme la pleine terre où le spectre de la porosité est pratiquement continu depuis l'échelle macroscopique jusqu'à l'échelle micronique (de l'ordre du micron) et même au delà, l'assèchement progressif du substrat donne le temps aux racines d'émettre des radicelles en direction des régions les plus humides, par exemple une plus grande profondeur, où elles vont aspirer l'eau avant qu'elle ne diffuse trop dans les parties plus sèches du substrat. 302 813 9 6 Ainsi, soit pour leur relarguage trop aisé de l'eau stockée (pouzzolane), soit pour leur courbe de relarguage non monotone en fonction de la tension de succion, les adjuvants de l'art antérieur destinés à améliorer la rétention d'eau des substrats de culture ne sont pas satisfaisants. 5 Exposé de l'invention L'invention vise à résoudre ces problèmes de l'art antérieur par un adjuvant granuleux destiné à absorber, stocker et relarguer de l'eau dans un substrat de culture pour plantes, constitué de morceaux d'une granulométrie supérieure à 5 mm d'un matériau caractérisé en ce que : 10 - il est apte à relarguer de l'eau stockée pour toute valeur comprise entre 40 hPa et 150 000 hPa d'une tension de succion exercée à sa surface, grâce à une porosité ouverte continûment répartie entre 300 um et 0,2 um - il freine ce relarguage de plus en plus à mesure qu'il est asséché, grâce à une surface spécifique au moins égale à 12 m2 par gramme d'adjuvant, et à la tortuosité 15 des ses pores et caractérisé en outre en ce que ce matériau est mélangé dans le substrat en proportion au moins égale à 25% en volume. On rappelle que la surface spécifique d'un matériau poreux est la surface intérieure de parois effectivement en contact entre ce matériau et le fluide qu'il est 20 capable de recevoir et relarguer. On rappelle aussi que la tortuosité est la succession non rectiligne de pores de différentes dimensions et communicant par des orifices de sections variées, et qui de ce fait gêne la circulation des fluides, comme mentionné dans L'Etude du Ministère Français de la Culture relative à la conservation des pierres http://www.culture.gouv.fr/culture/conservation/fr/preventi/tuffeau/, au Ch. 3 25 Selon la variante du cas précédent où il y a plus de deux couches, il existe entre la couche supérieure et la couche inférieure au moins une couche intermédiaire comportant un volume de adjuvant granuleux selon l'invention compris entre 50% et 10%; La mise en oeuvre sélective est très avantageuse car elle favorise la fixation directe des radicelles des plantes que le substrat doit recevoir sur les éléments de l'adjuvant granuleux selon l'invention. En effet, elle consiste à placer un maximum de ces granules d'adjuvant selon l'invention là où sont habituellement concentrées les racines destinées à absorber l'eau, et à en placer un minimum dans les couches superficielles exposée à l'évaporation. Une seconde caractéristique essentielle de l'invention réside dans son aptitude à freiner le relarguage de l'eau, de plus en plus à mesure que le matériau de l'adjuvant est asséché, ceci grâce à une surface spécifique de ce matériau au moins égale à 12 m2 par gramme d'adjuvant, et à la tortuosité des ses pores. Avantageusement cette surface spécifique est même au moins égale à 16 m2. Ce freinage de la restitution de l'eau stockée dans l'adjuvant selon l'invention représente une caractéristique fondamentale de l'invention, car il incite la plante à faire monter plus rapidement sa tension de succion, ce qui hâte son basculement en mode d'économie d'eau. Il est bien sûr maximal lorsque les radicelles se fixent sur les adjuvants, ce qui est quasiment toujours le cas. Toutefois, même quand une radicelle se dirige vers un granulé du matériau selon l'invention sans l'avoir tout à fait atteint, il est connu qu'il existe un gradient d'assèchement au voisinage de cette radicelle, et ce gradient d'assèchement exerce une certaine force d'aspiration pour l'humidité, assimilable à une tension de succion. Ces propriétés cumulées conduisent à un comportement hydrique dans le temps, pour un substrat de culture avec l'adjuvant selon l'invention, que l'on peut schématiser par la Fig. 2. Dans le cas général, la granulométrie des éléments granuleux constituant l'invention sera choisie entre 5 et 20 mm ; toutefois, pour les situations de sécheresse plus intense la granulométrie sera choisie préférentiellement choisie entre 7 et 25 mm. Dans les cas de stress hydrique plus intense encore, la granulométrie sera avantageusement choisie entre 10 et 30 mm, ou même entre 15 et 40 mm. La proportion de ces adjuvants au sein du substrat de culture est choisie par l'homme du métier selon la nature des plantes que doit recevoir le substrat, ainsi que d'autres composants comme la présence de composant drainants et de matière 10 organique, et bien évidement les conditions climatiques (soleil, vent, température). Parmi les matériaux satisfaisant à ces conditions se trouvent certaines variétés de craies, dont l'accumulation des coccolites conduit à cette distribution dimensionnelle de la porosité. Toutefois, on souligne avec insistance que la très grande majorité des craies ne satisfont pas les conditions de l'invention. Qu'il y ait 15 des matériaux satisfaisants ces conditions appartenant à la famille des craies ne signifie pas que toutes les craies y satisfont. Chaque carrière doit être testée. Lorsque le matériau satisfaisant aux conditions de l'invention est une craie, celle-ci comporte des coccolites très fortement imbriquées, dont l'imbrication peut avantageusement conduire à une tortuosité. En effet, une micro gouttelette peut 20 devoir passer par une longue succession de coccolites imbriquées les uns dans les autres avant de déboucher à l'extérieur. Il en résulte alors une grande difficulté à relâcher l'eau stockée. Cela se trouve notamment dans certains tuffeaux, qu'il faut tester un à un pour trouver le plus adéquat. En général, le tuffeau du Turonien, le tuffeau de Bourré et le Tuffeau de Vendôme conviennent bien. Mais il faut s'assurer 25 pour chaque carrière que son tuffeau satisfait bien aux critères de l'invention. Ces tuffeaux peuvent en outre comporter des microcristaux d'opale qui contribuent, par leur forme placée perpendiculaires aux micros canaux de circulation de l'eau, à freiner la dite circulation. REVENDICATIONS1- Adjuvant granuleux destiné à stocker et relarguer de l'eau dans un substrat de culture pour plantes, constitué de morceaux d'une granulométrie supérieure à 5 mm d'un matériau caractérisé en ce que : - il est apte à relarguer de l'eau stockée pour toute valeur comprise entre 40 hPa et 150 000 hPa d'une tension de succion exercée à sa surface, grâce à une porosité ouverte continûment répartie entre 300 pm et 0,2 pm - il freine ce relarguage de plus en plus à mesure qu'il est asséché, grâce à une surface spécifique au moins égale à 12 m2 par gramme d'adjuvant, et à la tortuosité des ses pores et caractérisé en outre en ce que ce matériau est mélangé dans le substrat en proportion au moins égale à 25% en volume. 2- Adjuvant granuleux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 matériau a une surface spécifique au moins égale à 16m2 par gramme. 3- Adjuvant granuleux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'adjuvant a au moins 30% de ses pores ouverts d'un diamètre compris entre 1 et 10pm. 20 4- Adjuvant granuleux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'adjuvant est une roche calcaire de la famille des craies. 5- Adjuvant granuleux selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 25 matériau de l'adjuvant est du tuffeau du Turonien. 6- Substrat de culture pour plantes comportant des morceaux d'une granulométrie supérieure à 5 mm d'un matériau caractérisé en ce que : - il est apte à relarguer de l'eau stockée pour toute valeur comprise entre 40 hPa et 30 150 000 hPa d'une tension de succion exercée à sa surface, grâce à une porosité ouverte continûment répartie entre 300 pm et 0,2 pm- il freine ce relarguage de plus en plus à mesure qu'il est asséché, grâce à une surface spécifique au moins égale à 12 m2 par gramme d'adjuvant, et à la tortuosité des ses pores et caractérisé en outre en ce que ce matériau est mélangé dans le substrat en 5 proportion au moins égale à 25% en volume. 7- Substrat de culture pour plantes selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux couches horizontales : - une couche inférieure comportant plus de 50% en volume d'adjuvant granuleux 10 selon l'invention, cette couche ayant une épaisseur comprise entre 15 et 60% de l'épaisseur totale du substrat - une couche inférieure comportant moins de 10% en volume d'adjuvant granuleux selon l'invention. 8- Substrat de culture pour plantes selon la revendication 7, caractérisé en ce 15 qu'il comporte entre la couche supérieure et la couche inférieure au moins une couche intermédiaire comportant un volume d'adjuvant granuleux selon l'invention compris entre 50% et 10%.