Brevet FR3091970A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Procédé de fertilisation carbonique pour serre [0001] La présente invention concerne la culture de certains fruits et légumes ou autres végétaux en serres. [0002] Les plantes utilisent le CO2 dans l'air pour effectuer la photosynthèse et croître, en fixant le carbone dont les feuilles, tiges, racines, fleurs et fruits sont composés. Le niveau de CO, dans une zone rurale est voisine de 400 ppm. En revanche, dans une serre ensoleillée, suite à la consommation du CO, par les plantes, le niveau de CO, dans l'atmosphère de la serre peut s'abaisser jusqu'à 150 ppm ou moins, avec pour conséquence une réduction de la croissance des végétaux. [0003] Dans ce contexte, les effets positifs de l'enrichissement en CO, pour la croissance des végétaux (« fertilisation carbonique ») sont connus depuis plus de 200 ans et ils font l'objet d'une littérature abondante. [0004] Les principaux effets positifs de la fertilisation carbonique sont visibles avec notamment une augmentation de la matière sèche et de la biomasse de la plante. [0005] Ainsi, les plantes développent souvent, un nombre plus important de feuilles et de branchements latéraux. [0006] La qualité des produits maraîchers est aussi souvent affectée, avec un portement de la plante souvent plus important, des floraisons plus précoces pour certaines espèces, et même des effets positifs sur le développement des racines, au moins dans le cas des talées. [0007] Les effets de l'enrichissement en CO, sont variables d'une espèce à l'autre. A titre d'exemple, il a été montré pour différentes variétés de laitue qu'un enrichissement en CO, peut même augmenter la concentration de certains Ilavonoïdes qui ont d'intéressantes propriétés nutraceutiques. [0008] Néanmoins, au delà de 1300 ppm de CO, il est généralement considéré qu'il n'y a pas de réel avantage pour la croissance végétale. Au contraire, des taux trop élevés de CO, peuvent produire des nécroses et endommager les cultures, avec des risques potentiels pour la santé humaine et animale (typiquement au delà de 3000 ppm de CO,). [0009] Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention s'intéresse au cas des serres qui sont équipées de systèmes de ventilation/extraction, notamment à des modules de serre dont le volume est compris entre 30 m3 et 70 m3. [0010] Un des objectifs dc la présente invention est alors de permettre l'amélioration des conditions d'utilisation du C07 dans de telles serres, en pleine sécurité. [0011] On s'intéresse ici à tous les types dc serres, indépendamment du système de culture mis en oeuvre (permaculture, hydroponie, aquaponic, bioponie, ), dc la localisation géographique dc la serre (milieu urbain, péri-urbain, rural) et dc l'exploitant (un par- 2 ticulicr, une association, un petit exploitant etc....). [0012] Pour rappel, les serres, peuvent coupler une production végétale à une production animale, notamment dans le cas des systèmes de type « aquaponiquc », c'est à dire, avec un élevage de poissons couplé à une production végétale. [0013] La serre est équipée d'un ventilateur, notamment, mais pas exclusivement, un ven- tilateur de type extracteur. [0014] L'invention peut concerner le cas d'un module de serre « unique » mais également le cas d'un module donné, séparé au niveau de l'atmosphère (suite à des échanges gazeux réduits ou contrôlés, par exemple, via un système de ventilation/extraction) situé à l'intérieur d'une serre plus vaste, espace réduit qui, par exemple, peut être dédié à des production de niche à haute valeur ajoutée, tels que les micropousscs (« microgreens » en anglais), ou le cannabis, voire utilisé comme espace de nursery pour la germination et/ou reproduction des variétés cultivées). [0015] La présente invention concerne alors un procédé de fertilisation carbonique pour serre, permettant le contrôle et l'optimisation de la mise en oeuvre du dioxyde de carbone (CO2). [0016] On s'attache à proposer ici un procédé simple et sûr, à la fois pour l'utilisateur final (notamment s'agissant de la réduction des risques liées à l'anoxie) et simple à mettre en oeuvre pour le technicien installateur. On verra notamment ci-dessous que le procédé et l'installation proposés ici permettent une fourniture en kit. [0017] L'invention concerne alors notamment un équipement d'injection de CO2 (et de contrôlé de l'injection) et un procédé de contrôle de l'injection. [0018] Afin de mieux comprendre l'invention, examinons dans ce qui suit les figures annexées où : [0019] [fig.1] annexée fournit une vue schématique partielle d'une portion d'un système d'injection du CO2 conforme à l'invention. [0020] [fig.2] annexée fournit une vue schématique partielle d'un boîtier d'alimentation du système (3) de contrôle de l'injection de CO2, et de la ventilation et de la collecte des données (ce dernier aspect de collecte étant optionnel). [0021] [fig.3] annexée fournit une vue schématique globale d'une serre et de ses connexions avec différents éléments d'une installation conforme à l'invention. [0022] [fig.4] annexée fournit un exemple d'algorithme du procédé de fertilisation carbonique conforme à l'invention. [0023] Examinons maintenant plus en détails les éléments constitutifs de chaque figure. 3 [0024] [f ig. 1 ] comporte les éléments de dispositif suivants : 6 : une bouteille de CO, gazeux. 1.1 : une vanne manuelle d'ouverture/fermeture de la bouteille 6. 1.2 : un écrou tournant pour raccordement à la bouteille 6. 1.3 : une molette de réglage de la pression gaz. 1.4 : un manomètre (pression gaz en entrée et en sortie). 1.5 : réglage CO, par vis micrométrique. 1.6 : une vis micrométrique que l'on peut figer sur un débit donné (voir exemples dans Tableau 1 ci-après). 1.7 : une électrovanne CO2 1.8 : l'alimentation de l'électrovanne ouverture/fermeture CO, à 24 V. 4 : le tuyau de sortie du CO, vers la serre. [0025] [fig.2] comporte les éléments de dispositif suivants : 2.1 : l'entrée de l'alimentation 220 V ac 2.2 : le socle de connexion 2.3 : une prise (avec terre) et transformateur 24 V pour l'alimentation du ven- tilateur/extracteur (composant 5 sur la figure 3) 2.4 : une sortie d'alimentation 24 V pour le ventilateur/extracteur 2.5 : une prise relais (avec terre) pour alimentation du boîtier de contrôle CO2 (composant 3 sur la figure 3) et l'électrovanne CO, (composant 1.7) 2.6 : l'alimentation du boitier de contrôle CO2 (composant 3) 2.7 : une prise (avec terre) et transformateur 24 V pour l'alimentation de l'électrovanne CO2 (composant 1.7) 2.8 : une sortie d'alimentation 24 V pour l'électrovanne CO2 (composant 1.7) 2.9 : une sortie données du boitier de contrôle CO2 (par exemple une teneur en CO2 en ppm) 2.10: un module de collecte de données et transmission en réseaux sans fil (optionnel) 2.11 : une antenne (optionnelle) [0026] On décrit ci-dessous un exemple de mise en oeuvre ayant donné de très bons résultats, notamment vis-à-vis de la sécurité pour l'utilisateur. [0027] Le procédé est mis en fonction via la connexion au réseau électrique 220 V ac (0, 2.1 sur les figures) du boîtier d'alimentation (2) qui, lui, est relié au système d'injection en CO, (1) via l'électrovanne CO, (1.7), au boitier de contrôle (3) et au ventilateur/extracteur (5). Le ventilateur/extracteur est automatiquement et obligatoirement activé et le système de ventilation/extraction fonctionne en permanence ou quasi en permanence (en tout état de cause dès qu'il y a injection de gaz). [0028] Le boitier de contrôle 3 comporte un capteur de lumière, capteur qui mesure l'intensité lumineuse en au moins un point de la serre (en un endroit exposé à la lumière (naturelle et/ou artificielle)) et compare la valeur obtenue à une consigne, considérée comme une valeur seuil critique minimale pour l'activation de la photosynthèse végétale (généralement considérée comme devant être supérieure à 100 Limol /m2 /s). [0029] La teneur en CO, dans l'atmosphère de la serre est également mesurée, via un capteur CO, lui aussi intégré dans le boîtier de contrôle 3, et comparée à une valeur de consigne, consigne préférentiellement inférieure à 650 ppm. Dans la mesure où le CO2 est plus lourd que l'air, on positionnera de préférence le hoitier à la même hauteur que les principales feuilles des cultures. [0030] Selon le résultat de cette comparaison de CO,, l'électrovanne 1.7 de contrôle de l'injection du CO2 active l'injection de CO2, l'ouverture de l'électrovanne amène à partir du stockage (6), du CO2 sous forme gazeuse (pression de sortie ici voisine de 3 bars) via le tuyau d'injection (4), vers les points d'injections dans la serre qui ont été prédéfinis (système de répartition 10 sur la figure 3). De façon préférée, l'injection est réalisée en au moins trois points de la serre. [0031] Le boîtier de contrôle (3) continue de mesurer la teneur en CO2 de l'atmosphère de la serre, si cette teneur est supérieur à une consigne haute, par exemple 800 ppm, on ordonne la fermeture de l'électrovanne. [0032] La fermeture ou non de l'électrovanne peut également être activée par la valeur de l'intensité lumineuse mesurée dans la serre (par rapport à la consigne de luminosité). Si la journée est particulièrement sombre, l'injection de CO, n'aura pas lieu (voir organigramme figure 4). [0033] On conçoit de ce fait que le procédé proposé ici n'est pas mis en oeuvre de nuit ou durant des journées fortement nuageuses, c'est à dire avec un niveau de luminosité typiquement inférieur au seuil typique de photosynthèse, c'est à dire 100 Ilmol/m2/s. [0034] Selon un des mode de mise en oeuvre de l'invention, qui peut bien entendu être considéré comme une option avantageuse, les données acquises par le procédé, notamment les teneurs en CO2 dans l'atmosphère de la serre, et les valeurs de luminosité, peuvent être stockées dans un système de stockage de type "cloud" via un réseau sans fil (par exemple par un réseau tel que le réseau SigFox Tnr ) grâce aux composant 2.10 et 2.11. [0035] [Tableau 1] fournit des exemples de valeurs recommandées pour les paramètres suivis selon la présente invention. [Tableaux 1 ] Composant Valeurs ou fourchettes de valeurs Ventilateur (5) Fortement conseillé : un taux de renouvellement d'environ 1 pour 1 par heure Boitier de contrôle (2) Valeur min CO2 : 650 ppmValcur max CO2 : 800 ppmValeur min d'activation électrovanne via capteur de lumière : 100 junol /m2 /s. Paramètres du système d'injection (1) et réglage de la vis (1.6) Débit fluide : 5 m,/hGaz injecté = CO2Pression gaz en sortie : 3 harsRéglage de la vis : adapté aux dimensions de la serre voir [Tableau 2] [0036] [Tableau 2] fournit un exemple de grille de concordance entre la taille de la serre, et des propositions de valeurs du débit de CO2, et une graduation de référence à appliquer sur une vis micrométrique standard. [Tableaux2] Taille de la serre Débit CO, Graduation de référence sur une vis micrométrique standard De 30 m' à 37,5 m' 320 g/h 5 De 37.6 nal à 50,5 m' 480 g/h 6 De 50,6 m3 à 61,5 m3 600 g/h 7 De 61,6 m3 à 67 m3 720 g/h 8 [0037] La présente invention concerne alors un procédé de culture de végétaux en serre, où la serre est alimentée en un ou plusieurs points de la serre en CO, ou en un mélange gazeux comportant du CO, , se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : on procède à une mesure de l'intensité lumineuse en au moins un point de la serre, et l'on compare la valeur obtenue à une consigne de luminosité, on procède à une mesure de la teneur en CO, en au moins une localisation de la serre, et l'on compare la teneur en CO, mesurée à une consigne basse de CO,, et on autorise l'alimentation de la serre en gaz tant que la teneur en CO2 mesurée est inférieure à la consigne basse et que la mesure de luminosité est. supérieure à la consigne de luminosité. [0038] Selon l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention : on procède à une mesure de l'intensité lumineuse en au moins un point de la serre, et l'on compare la valeur obtenue à une consigne, si la mesure d'intensité est inférieure à la consigne on stoppe l'alimentation de la serre en gaz, si la mesure d'intensité est supérieure à la consigne on procède à une mesure de la teneur en CO, en au moins une localisation de la serre, et l'on compare la teneur en CO, mesurée à une consigne basse de CO,, si la teneur en CO2 mesurée est supérieure ou égale à la consigne basse de CO 2 on stoppe l'alimentation de la serre en gaz, tandis que si la teneur en CO, mesurée est inférieure à la consigne basse de CO2 on autorise l'alimentation de la serre en gaz tant que la teneur en CO2 mesurée est inférieure ou égale à une consigne haute de CO,, si la teneur en CO2 mesurée est supérieure à la consigne haute de CO2 on stoppe l'alimentation de la serre en gaz et l'on redémarre un cycle où l'on procède à ladite mesure d'intensité lumineuse et aux étapes ultérieures selon le résultat de cette mesure d'intensité. 7 [Revendication I] [Revendication 2]