Brevet FR3064195A1 — publié le 20180928

BUSE POUR LA PULVERISATION DE PREPARATIONS LIQUIDES DE POLYMERES L'invention concerne une buse de pulvérisation d'au moins deux liquides et plus particulièrement de préparations liquides de polymères hydrosolubles ou hydro- gonflants. Les polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants, dont notamment les polyacrylamides sont utilisés pour de multiples applications agricoles telles que pour limiter l'érosion hydraulique et éolienne des sols, pour contrôler les phénomènes de battance des sols pour ainsi favoriser la germination et l'émergence des cultures, sans pour autant se limiter à ces seuls intérêts. La mise en oeuvre de ces polymères se fait à ce jour essentiellement à travers l'eau d'irrigation. L'homme du métier peut en effet se référer à titre d'exemple au document intitulé « Conservation Practices Standard, Anionic Polyacrylamide (PAM) Application, (Ac.), Code 450 » émanant du "Natural Resources Conservation Service" une agence de l'USDA. Des polyacrylamides peuvent être additionnés sous forme de poudre ou de blocs (document W096002126) à l'eau d'irrigation de surface ou sous forme de préparation liquide dans un système sous pression (document W09857531). Certes, certaines méthodes d'épandage ou de pulvérisation de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants sous forme solide permettent de s'affranchir de l'utilisation de l'eau d'irrigation comme vecteur d'application mais elles sont contraignantes. En effet, l'épandage de polyacrylamides sous forme de poudre sur des sols agricoles implique des formulations spécifiques (document US7503143) ou des matériels spécifiques (document US2016120130) pour obtenir une répartition homogène du polymère sur le sol. Les méthodes de pulvérisation par voie liquide restent donc préférées mais quelques difficultés techniques ou économiques restent à surmonter. 3064195 2 Pulvérisation de solutions de polyacrylamides diluées La nature colloïdale des polyacrylamides de haut poids moléculaires (> 10 millions Da) en solution aqueuse nécessite une dilution importante pour une pulvérisation au moyen 5 de buses agricoles standards. Par exemple, selon Kincaid & al (1996), leur concentration en solution aqueuse ne doit pas excéder 900 ppm (0.9 % en masse) pour une pulvérisation au moyen d'un pulvérisateur agricole commun. De plus, la pression de pulvérisation doit être significativement augmentée pour éviter la coalescence du jet. Les moyens nécessaires pour pulvériser ces solutions aqueuses de polymère (quantité 10 d'eau très importantes) sont donc limitatifs. A titre d'exemple, l'application de 10 kg de polyacrylamide sur une surface de 10000 mètres carrés (1 ha) à une concentration en solution aqueuse de 1200 ppm engendre l'utilisation de 8333 litres d'eau. Une telle quantité d'eau par unité de surface équivaut à une irrigation (FR3009307) ce qui est contraire à la volonté de s'affranchir de l'eau d'irrigation comme vecteur pour 15 l'application de ces polymères. Dans ce même document (Kincaid & al, 1996), l'application de polyacrylamide à la concentration de 3000 ppm nécessite d'abaisser les buses de pulvérisation à 38 mm du sol et de doubler le nombre de buses à cause de problèmes de coalescence de jets. Ce 20 faisant, deux buses de pulvérisation ne permettent de pulvériser la suspension de polyacrylamide que sur 20 à 30 mm de largeur. Un tel procédé n'est pas industrialisable dès lors qu'il s'agit d'appliquer une quantité suffisante de ces polymères sur une surface agricole dans un temps raisonnable. 25 Pulvérisation de solutions de polyacrylamide concentrées à l'aide d'un atomiseur. Le document FR1357705 propose d'utiliser des matériels spécifiques, en l'occurrence des atomiseurs rotatifs, pour générer de fines gouttes de taille uniforme à partir d'une préparation liquide concentrée de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants. Cette 30 méthode qui a montré son efficacité ne nécessite pas de diluer la solution de polymère à pulvériser dans de grandes quantités d'eau. Toutefois, cette méthode nécessite des matériels spécifiques dont le coût ou l'entretien peuvent être un frein. 3064195 3 Pulvérisation avec des buses à injection d'air L'homme du métier pourrait pulvériser des préparations liquides concentrées de polyacrylamide telles que décrites dans le document FR1357705 à l'aide de buses à 5 injection d'air (exemple de buse : document US4828182). Mais la faible quantité d'eau contenue dans ces préparations liquides limiterait l'efficacité des polyacrylamides. En effet, selon Gabriels et De Boodt (1972), l'humidité influence l'efficacité de conditionneurs de sols appliqués sur des sols agricoles. De plus, la quantité d'air comprimé et la pression nécessaire à la pulvérisation de produits épais à travers ce type 10 de matériel nécessitent une consommation importante d'énergie qu'il est difficile de fournir à l'aide d'un engin de traction agricole ou d'un pulvérisateur automoteur. Enfin, puisqu'une préparation liquide concentrée de polyacrylamide présente une teneur élevée de matières solides non volatiles, le flux d'air comprimé aurait pour effet de sécher le produit pendant la pulvérisation, conduisant ainsi à l'application d'une poudre 15 pulvérulente qui de plus, par son adhérence, collerait sur les parois de la buse pour colmater au final ses orifices étroits. Aucune des méthodes précédemment mentionnées ne permet d'appliquer facilement une préparation aqueuse concentrée de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants et 20 ceci encore moins en mélange avec d'autres substances difficilement miscibles (voir même non miscibles) et/ou incompatibles avec la solution aqueuse concentrée de polymère. Quand bien même le fait que l'addition de polyacrylamides à l'eau d'irrigation permette 25 de limiter le lessivage de certains herbicides (Oliver & al 2006) soit connue, il existe peu d'information sur les bénéfices d'une telle association lors de l'applications concomitante du polyacrylamide et de l'herbicide. En effet, les deux produits sont difficilement miscibles de par la viscosité mais aussi la potentielle instabilité du mélange. 30 L'application de polyacrylamides en mélange avec un agent réticulant permet de réaliser une réaction de réticulation in-situ (documents US 3759857, US3875697, US3759197). 3064195 4 Ce procédé est intéressant, par exemple, pour lutter contre l'érosion éolienne. Toutefois, le mélange de polyacrylamides et d'agents réticulant constitue un milieu réactionnel dont la viscosité augmente avec le processus de réticulation jusqu'à l'obtention d'un produit ultime réticulé donc peu soluble ou insoluble. Un tel mélange est ainsi difficile à 5 pulvériser. Réaliser le mélange au niveau de la buse de pulvérisation est une solution séduisante. Toutefois, le phénomène de réticulation à l'aide d'hypochlorite de sodium par exemple est une réaction rapide et la prise en masse du mélange réactionnel peut avoir lieu dans un mélangeur statique qui serait disposé juste en aval de la buse de pulvérisation provoquant son occlusion. 10 Donc, afin de répondre au besoin de pulvériser des solutions de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants, dont la teneur en masse de polymère est comprise entre 0.01 % et 75 %, la Demanderesse a mis au point une buse, qui donne de plus la possibilité de les mélanger lors de la pulvérisation avec des substances pourtant 15 incompatibles. La simplicité de cette buse la rend peu coûteuse et son utilisation engendre une faible consommation d'énergie. Un premier objet de l'invention est donc une buse pour la pulvérisation simultanée d'au moins deux liquides comportant : 20 - un corps muni d'une première chambre dans laquelle circule un premier liquide et d'une seconde chambre dans laquelle circule un second liquide, chacune des deux chambres présentant un orifice débouchant à l'extérieur du corps, - un déflecteur solidaire du corps agencé en aval d'au moins un des orifices débouchant, dans le sens de l'écoulement des premier et second liquides, ledit 25 déflecteur étant apte à modifier la direction de l'écoulement des premiers et seconds liquides, les orifices étant positionnés l'un par rapport à l'autre de sorte à permettre le mélange des premiers et seconds liquides au plus tard après qu'ils soient entrés en contact avec le déflecteur. 30 Selon une première caractéristique, les axes des orifices débouchant des deux chambres constitutives du corps sont sécants de sorte que les premiers et seconds liquides se mélangent avant leur entrée en contact avec le déflecteur. 35 Plus préférentiellement l'axe d'un des orifices est positionné dans le sens longitudinal du corps. 3064195 5 Dans ce mode de réalisation spécifique, le déflecteur de la buse est positionné en aval de l'orifice dont l'axe est positionné dans le sens longitudinal du corps. 5 Selon une autre mode de réalisation, les orifices débouchant des deux chambres constitutives du corps sont positionnés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre de sorte que les premiers et seconds liquides se mélangent au plus tard après leur entrée en contact avec le déflecteur. 10 Dans ce mode de réalisation, le déflecteur de la buse se présente avantageusement sous la forme d'un cône de révolution, dont le sommet est orienté vers les orifices débouchant et dont l'axe se confond avec l'axe desdits orifices. Pour ce mode de réalisation, la distance entre le sommet du cône et le centre des orifices 15 débouchant est avantageusement inférieure à 20 mm, plus avantageusement inférieur à 10 mm et encore plus avantageusement inférieur à 4 mm. Un autre aspect de l'invention concerne une méthode de pulvérisation d'un mélange, comprenant au moins un premier liquide sous la forme d'une préparation liquide de 20 polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants dont la teneur en masse de polymère est comprise entre 0.01 % et 75 % et au moins un second liquide, mettant en oeuvre la buse précédemment décrite. Plus préférentiellement, la teneur en masse de polymère pour le premier liquide est comprise entre 5 et 60 % et encore plus préférentiellement entre 10 et 50 °A. 25 Enfin, l'invention concerne aussi l'utilisation de la buse décrite précédemment pour pulvériser au moins une préparation de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflables dans les domaines de l'agriculture, plus particulièrement pour limiter l'érosion des sols, du traitement des eaux pluviales et usées, des procédés papetiers et de l'extraction 30 minière. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront des exemples ci-après, à l'appui des figures annexées. 35 3064195 6 La Figure 1 décrit un mode de réalisation préféré de la buse de l'invention pour lequel le corps de la buse 1 comprend deux chambres 2 et 3 débouchant sur des orifices 4 et 5 dont les axes sont sécants avant le déflecteur 6. L'axe de l'orifice 4 est positionné dans le sens longitudinal du corps 1 et les liquides qui sortent des orifices 4 et 5 se mélangent 5 avant qu'ils entrent en contact avec le déflecteur 6, lequel est situé en aval des orifices dans le sens du flux. La Figure 2 décrit la buse de l'invention selon un second mode de réalisation préféré pour lequel le corps de la buse 1 comprend deux chambres 2 et 3 dont les orifices 10 débouchant 4 et 5 sont positionnés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre. Le déflecteur 6 a la forme d'un cône de révolution dont le sommet est orienté vers les orifices débouchant 4 et 5 et dont l'axe se confond avec l'axe desdits orifices, de sorte que les premiers et seconds liquides se mélangent au plus tard après leur entrée en contact avec le déflecteur. 15 L'invention concerne aussi une méthode de pulvérisation d'un mélange comprenant au moins un premier liquide sous la forme d'une préparation liquide de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants dont la teneur en masse de polymère est comprise entre 0.01 % et 75 % et au moins un second liquide mettant en oeuvre la buse décrite 20 précédemment. Plus préférentiellement, la teneur en masse de polymère pour le premier liquide est comprise entre 5 et 60 % et encore plus préférentiellement entre 10 et 50 %. Par définition, un polymère hydrosoluble est un polymère qui donne une solution aqueuse sans particules insolubles lorsqu'il est dissous sous agitation à 25°C et avec une 25 concentration de 50 g.L-1 dans l'eau. Un polymère hydro-gonflant est un polymère qui gonfle et épaissit la solution aqueuse quand il est mis dans de l'eau à 25°C. 30 Pour la méthode de l'invention, le second liquide est aqueux ou organique ou un mélange des deux. Encore plus préférentiellement, le second liquide se présente sous la forme d'une émulsion eau dans huile ou sous la forme d'une dispersion aqueuse de particules. 35 3064195 7 Selon un mode de réalisation préféré, pour la méthode de pulvérisation de l'invention le second liquide contient au moins une substance d'intérêt agronomique ou au moins une substance permettant d'améliorer le développement ou la croissance du matériel végétal, de préférence une substance choisie parmi les fertilisants, les hormones, les micro- 5 organismes, les mycorhizes, les stimulateurs de croissance, les régulateurs de croissance, les produits phytosanitaires, par exemples les fongicides, les insecticides, les phyto-protecteurs. Selon un autre mode de réalisation préféré, pour la méthode de pulvérisation de 10 l'invention, au moins un second liquide contient au moins un agent réticulant. Encore plus préférentiellement, l'agent réticulant est choisi dans le groupe comprenant les hypochlorites ou hypobromites de métal alcalin ou d'alcalino-terreux, les dialdéhydes de formule 0=CH-(R).-CH=0 pour lequel R est une chaine alkylène saturée de 1 à 8 carbones et n=0 ou 1. 15 Préférentiellement, pour la méthode de pulvérisation de l'invention, le premier liquide contenant un polymère hydrosoluble ou hydro-gonflant, se présente sous la forme d'une solution aqueuse homogène ou d'une émulsion eau dans huile ou d'une dispersion de particules de polymère en phase aqueuse. 20 Pour l'émulsion eau dans huile, le polymère hydrosoluble ou hydro-gonflant est dans des gouttelettes d'eau en suspension dans la phase mobile qu'est l'huile. La dispersion de particules de polymère en solution aqueuse contient des particules d'au 25 moins un polymère hydro-gonflable ou hydrosoluble en suspension dans une solution aqueuse contenant au moins un composé choisi parmi un sel minéral, un sel organique, un polymère organique dispersant et leurs mélanges. Préférentiellement, pour la méthode de pulvérisation de l'invention au moins un 30 polymère hydrosoluble ou hydro-gonflable contenu dans au moins un premier liquide à pulvériser selon le procédé de l'invention, est un copolymère d' acrylamide. Avantageusement, les co-monomères de l'acrylamide sont des monomères non ioniques et/ou anioniques. 35 3064195 8 Le ou les monomères non ioniques peuvent être choisis, notamment, dans le groupe comprenant les monomères vinyliques solubles dans l'eau. Des monomères préférés appartenant à cette classe sont, par exemple le méthacrylamide, le Ni sopropylacrylamide, le N,N-diméthylacrylamide et le N-méthylolacrylamide. 5 Egalement, peuvent être utilisés la N-vinylformamide, le N-vinyl acetamide, la N- vinylpyridine et la N-vinylpyrrolidone, l'acryloyl morpholine (ACMO) et la diacétone acrylamide. Le ou les monomères anioniques peuvent être choisis choisi parmi l'acide acrylique, 10 l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide maléique, l'acide 2-acrylamido-2- méthylpropane sulfonique (ATBS), l'acide vinyl sulfonique, l'acide vinyl phosphonique, ledit monomère anionique étant non salifié, partiellement ou totalement salifié. 15 Le dernier aspect de l'invention concerne l'utilisation de la buse de l'invention pour pulvériser au moins une préparation de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflables dans les domaines de l'agriculture, plus particulièrement pour limiter l'érosion des sols, du traitement des eaux pluviales et usées, des procédés papetiers et de l'extraction minière. 20 Dans le domaine de l'agriculture et plus particulièrement pour l'érosion des sols, le polymère hydrosoluble ou hydro-gonflable est avantageusement pulvérisé de façon concomitante avec au moins un second liquide contenant au moins une substance d'intérêt agronomique ou au moins une substance permettant d'améliorer le 25 développement ou la croissance d'un matériel végétal. Les avantages de la buse de l'invention, du procédé de pulvérisation au moyen de cette buse et son utilisation ont illustrés à la lumière des exemples qui vont suivre, mais ne sont pas limités à ceux-ci. 30 Exemple 1 : Pulvérisation d'un mélange concentré de polyacrylamide de haut poids moléculaire. Selon la méthode de l'invention des mélanges concentrés de polyacrylamide de haut 35 poids moléculaire ont été pulvérisés à l'aide d'une buse miroir bi-liquides équipée de deux orifices de sortie distincts. 3064195 9 Cette buse (correspondant à la Figure 1) a été modélisée en trois dimensions puis imprimée par un procédé additif en PET à l'aide d'une imprimante « Ultimaker 2+ ». La longueur totale de la buse est de 67 mm, le diamètre de la section comportant le déflecteur de 12 mm, le diamètre des orifices des chambres de 2 mm et enfin la surface 5 du déflecteur est de 112 mm2. La buse a ensuite été équipée des joints nécessaires avant d'être introduite dans un support de buse modèle « Airjet Bi-Fluid » de la marque Teejet. Ce support de buse est normalement utilisé pour de la pulvérisation à injection d'air. Son usage a été détourné 10 pour permettre l'adduction de deux liquides vers la buse préalablement dessinée et imprimée. De l'eau a été mise en circulation dans la chambre 3 de la buse et différentes préparations liquides concentrées de polyacrylamides dans la chambre 2. 15 Les polyacrylamides sont des copolymères d' acrylamide et d' acrylate de sodium (70/30, % mol) de poids moléculaire entre 10 et 20 millions de Daltons. Les préparations liquides concentrées (25 % en masse) utilisées sont décrites dans le 20 tableau suivant : Préparation Formulation A Dispersion aqueuse B Emulsion eau dans huile Le débit de chaque liquide et les concentrations en polymère des mélanges ainsi pulvérisés sont indiqués dans le tableau suivant : 25 Essai Préparation Débit (L/min) Débit Eau Concentration en polymère du mélange pulvérisé (% en masse) (L/min). 1 A 0,3 2,2 3 2 B 0,4 2,2 3,85 Nous obtenons une pulvérisation en nappe homogène sur une largeur de plus de 40 cm. 3064195 10 Selon Kincaid & al (1996) les polymères employés ne peuvent pas être pulvérisés correctement à une concentration supérieure à 900 ppm en masse (0,9 % en masse). Avec le procédé de l'invention, les mêmes polymères ont pu être pulvérisés à une concentration plus de 30 fois supérieure. 5 Exemple 2 : Réticulation in situ de polyacrylamide. Une méthode de réticulation in-situ de polyacrylamide a été mise en oeuvre afin de stabiliser un sol comme décrit dans le document « Crosslinking of acrylamide 10 polymers » US3759857 mais en mettant en oeuvre la buse et la méthode de pulvérisation de l'invention. Une préparation liquide de polyacrylamide (poids moléculaire environ 100 000 Da) et une solution d'hypochlorite de sodium (agent réticulant) ont été mise en circulation 15 dans chacune des chambre 2 et 3 de la buse de pulvérisation (identique à celle de l'exemple 1). L'objectif était que les deux liquides se mélangent au contact de la surface du déflecteur (aussi appelé miroir) de la buse. 20 La table ci-dessous récapitule les paramètres de pulvérisation utilisés : Chambre de la buse Liquide Débit (mL/min) Concentration en (% en masse dans l'eau) matière active dans le mélange pulvérisé g/L) 2 Polyacrylamide 11,5% 400 24,9 3 Hypochlorite de sodium 0,1% 1450 0,8 Plusieurs buses ont été disposées sur une rampe de pulvérisation afin d'appliquer 25 aisément le mélange de polymère et de réticulant à la surface de bacs remplis d'un sol sableux. Une fois le mélange appliqué, la réticulation induit la formation d'une couche stabilisatrice en surface du sol. A noter que les buses de pulvérisation sont facilement nettoyées après pulvérisation. 30 Aucune réticulation et donc aucun colmatage n'est intervenu à l'intérieur du matériel de pulvérisation. REVENDICATIONS1/ Buse pour la pulvérisation simultanée d'au moins deux liquides comportant : - un corps muni d'une première chambre dans laquelle circule un premier liquide et d'une seconde chambre dans laquelle circule un second liquide, chacune des deux chambres présentant un orifice débouchant à l'extérieur du corps, - un déflecteur solidaire du corps agencé en aval d'au moins un des orifices débouchant, dans le sens de l'écoulement des premier et second liquides, ledit déflecteur étant apte à modifier la direction de l'écoulement des premier et second liquides, les orifices étant positionnés l'un par rapport à l'autre de sorte à permettre le mélange des premier et second liquides au plus tard après qu'ils soient entrés en contact avec le déflecteur. 2/ Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes des orifices sont sécants de sorte que les premiers et seconds liquides se mélangent avant leur entrée en contact avec le déflecteur. 3/ Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe d'un des orifices est positionné dans le sens longitudinal du corps. 4/ Buse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le déflecteur est positionné en aval de l'orifice dont l'axe est positionné dans le sens longitudinal du corps. 5/ Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices débouchant sont positionnés de manière concentrique l'un par rapport à l'autre de sorte que les premiers et seconds liquides se mélangent au plus tard après leur entrée en contact avec le déflecteur. 6/ Buse selon la revendication 5, caractérisée en ce que le déflecteur se présente sous la forme d'un cône de révolution dont le sommet est orienté vers les orifices débouchant et dont l'axe se confond avec l'axe desdits orifices. 3064195 12 7/ Méthode de pulvérisation d'un mélange comprenant au moins un premier liquide sous la forme d'une préparation liquide de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflants dont la teneur en masse de polymère est comprise entre 0.01 % et 75 % et au moins un second liquide mettant en oeuvre la buse objet de l'une des revendications 1 à 6. 5 8/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 7 caractérisée en ce que au moins un second liquide est aqueux ou organique ou un mélange des deux. 9/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 8 caractérisée en ce que au moins un 10 second liquide se présente sous la forme d'une émulsion eau dans huile ou sous la forme d'une dispersion aqueuse de particules. 10/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 7 caractérisée en ce que au moins un second liquide contient au moins une substance d'intérêt agronomique ou au moins 15 une substance permettant d'améliorer le développement ou la croissance du matériel végétal. 11/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 7 caractérisée en ce que au moins un second liquide contient au moins un agent réticulant. 12/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 11 caractérisée en ce que l'agent réticulant est choisi dans le groupe comprenant hypochlorite ou hypobromite de métal alcalin ou alcalino-terreux, dialdéhyde de formule 0=CH-(R).-CH=0 pour lequel R est une chaine alkylène saturée de 1 à 8 carbones et n=0 ou 1. 13/ Méthode de pulvérisation selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisée en ce que au moins un premier liquide se présente sous la forme d'une solution aqueuse homogène ou d'une émulsion eau dans huile ou d'une dispersion de particules de polymère en phase aqueuse. 14/ Méthode de pulvérisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que au moins un premier liquide est un copolymère d' acrylamide. 15/ Utilisation de la buse des revendications 1 à 6 pour pulvériser au moins une préparation de polymères hydrosolubles ou hydro-gonflables dans les domaines de l'agriculture, plus particulièrement pour limiter l'érosion des sols, du traitement des eaux pluviales et usées, des procédés papetiers et de l'extraction minière. 20 25 30