Brevet FR3113553A1 — publié le 20220304

La présente invention concerne un nouvel article absorbant optimisé pour être utilisé en agriculture tout à la fois comme une réserve d’eau et comme un agent de drainage. L’article absorbant de l’invention permet de drainer et d’aérer les substrats afin d'éviter l'excès d'eau et la pourriture des racines. Il permet aussi de leur fournir une réserve d’eau toujours disponible même lors d’épisodes de stress hydrique. L’invention concerne également l’utilisation des articles absorbants réalisés selon l’invention comme support de culture. Cet article absorbant comprend : - au moins deux couches contiguës d’intissé qui sont liées entre elles : o par une pluralité de soudures sur les bords, o et par une pluralité de soudures et/ou de jonctions permettant de former une série de poches entre les deux couches contiguës - et enferme au moins un polymère superabsorbant à l’intérieur des poches, l’empêchant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi. Nouvel article absorbant et drainant utilisé comme support de culture La présente invention concerne un nouvel article absorbant optimisé pour être utilisé en agriculture tout à la fois comme une réserve d’eau et comme un agent de drainage. L’article absorbant de l’invention permet de drainer et d’aérer les substrats afin d'éviter l'excès d'eau et la pourriture des racines. Il permet aussi de leur fournir une réserve d’eau toujours disponible même lors d’épisodes de stress hydrique. L’invention concerne également l’utilisation des articles absorbants réalisés selon l’invention comme support de culture. Cet article absorbant comprend : au moins deux couches contiguës d’intissé qui sont liées entre elles : par une pluralité de soudures sur les bords, et par une pluralité de soudures et/ou de jonctions permettant de former une série de poches entre les deux couches contiguës et enferme au moins un polymère superabsorbant à l’intérieur des poches, l’empêchant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi. Domaine technique de l’invention En agriculture, les propriétés de drainage du milieu de culture lui permettent d’évacuer plus ou moins rapidement un excès d’eau. Un substrat très drainant laisse facilement s'écouler l'eau. Le sable, le gravier et la pouzzolane, par exemple, sont des éléments drainants parce qu'ils retiennent peu ou pas l'eau. A l’inverse, un support de culture peu drainant, comme l’argile, retient longtemps l'eau avant de la laisser s'échapper. Lorsqu’il contient beaucoup d'éléments drainants, un substrat va sécher plus vite. La plante nécessitera alors d’être arrosée plus souvent. Au contraire, si le substrat est mal drainant, la plante risque de souffrir d'une asphyxie des racines, la faisant dépérir. Le défi est donc de trouver le meilleur compromis possible entre drainage et réserve d’eau afin de permettre aux cultures de mieux s’adapter à des variations pluviométriques extrêmes telles que lors de période de sécheresses ou d’épisodes pluvieux particulièrement intenses. Arrière-plan technique Classiquement, pour tout ce qui est espace de jardinage « hors sol », c’est à dire sans terre, tel qu’un balcon, une terrasse, une cour ou en pot, on a coutume de placer une couche de drainage, de 2 à 5 cm de hauteur au fond, avant de placer le terreau, pour aider l'eau à s'évacuer par les trous ou par le feutre de drainage. Il s’agit souvent de graviers, de billes d'argiles, de pouzzolane qui sont utilisées. On connait aussi les demandes de brevets FR2416643, FR2576745, FR2590761, FR2712140, FR2817707 ou US5081791 qui proposent d’utiliser des sacs remplis de polymères superabsorbants comme supports de culture. L’enveloppe utilisée est généralement étanche et, dans tous les cas, les sacs sont soit utilisés directement comme milieu de culture soit trop compactes et denses pour pouvoir présenter des propriétés drainantes lorsque enfuis sous du terreau ou de la terre. Même si les propositions de l’art antérieur apportent certains avantages pour la culture « hors sol », à ce jour, aucune solution technique n’a été proposée pour répondre efficacement à des conditions pluviométriques extrêmes et permettre aux milieux de culture de disposer d’un fort pouvoir drainant tout en assurant une réserve d’eau directement accessible aux racines des plantes cultivées. Présentation de l’invention Dans le cadre de la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante : « intissé » : produit manufacturé, constitué d'un voile, d'une nappe ou d'un matelas de fibres réparties directionnellement ou aléatoirement, ayant une cohésion interne, à l'exclusion du tissage et du tricotage, « soudure » : une zone de l'espace où sont fixés irréversiblement deux feuillets d’intissé, « jonction » : une zone de l'espace où sont fixés de façon réversible (semi permanente) deux feuillets d’intissé, « poche » : volume enfermé dans les trois directions de l'espace entre 2 feuillets d’intissé par des soudures et des jonctions, de telle sorte que ce volume ne communique ni avec l'extérieur, ni avec d'autres compartiments adjacents, à moins qu'une jonction n'ai été rompue, « prédécoupe » : une zone de l'espace entre deux articles absorbants où les deux feuillets sont joints mais présentent une découpe partielle, généralement sous forme de pointillés, permettant séparer de deux articles, « polymère superabsorbant » : matériaux ou poudre pouvant absorber et conserver plusieurs fois sa masse en liquide aqueux. Dans le contexte actuel avéré de changement climatique, les événements météorologiques extrêmes vont voir leur fréquence inexorablement augmenter. Le problème à résoudre est donc d’apporter une solution simple à mettre en œuvre qui permette aux cultures, en particulier « hors sol » et/ou urbaines, d’être moins dépendantes de ces menaces naturelles : inondations, sécheresses… Selon la présente invention, il a été trouvé que des articles absorbants et, de façon inattendue, drainants, particulièrement efficaces pour être utilisés comme support de culture, peuvent être obtenus en incorporant des matériaux absorbants dans des espaces entre des couches de nappes d’intissé compartimentées en poche à l’aide d’une combinaison de liaisons permanentes (soudures) et éventuellement réversibles (jonctions). Les articles absorbants réalisés selon l’invention, se présentent sous la forme d’un tapis, d’un sac ou d’un boudin, compartimentés comprenant deux couches contiguës d’intissé, les couches étant laminées ensemble par une combinaison de soudures permanentes et éventuellement de jonctions semi-permanentes. Les soudures permanentes assurent la stabilité tridimensionnelle de l'article avant et après l'absorption d’eau par le polymère superabsorbant. Un positionnement approprié des soudures et des jonctions permet de former une série de poches entre deux couches contiguës afin que les poches soient remplies de polymère superabsorbant. Ces poches préexistantes avant usage empêchent les particules de polymère superabsorbant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi et confèrent à l’article absorbant, une fois gonflé par l’eau lors de son utilisation, des propriétés de drainage tout en assurant une réserve d’eau directement accessible à la plante par ses racines. Jusque-là, les absorbants disponibles sur le marché ne permettaient pas le drainage ce qui avait pour conséquence d’induire de nombreux incidents causés par un excès d’eau : rupture de poche sur l’enveloppe, pourrissement des racines... La présente invention concerne un nouvel article absorbant optimisé pour être utilisé en agriculture tout à la fois comme réserve d’eau et agent de drainage. L’article absorbant de l’invention permet de drainer et aérer les substrats afin d'éviter l'excès d'eau et la pourriture des racines. L’invention concerne également l’utilisation des articles absorbants réalisés selon l’invention comme support de culture. Cet article absorbant comprend : au moins deux couches contiguës d’intissé qui sont liées entre elles : par une pluralité de soudures sur les bords, et par une pluralité de soudures et/ou de jonctions permettant de former une série de poches entre les deux couches contiguës, les soudures et jonctions étant généralement mais pas nécessairement formées comme une ligne droite, et enferme au moins un polymère superabsorbant à l’intérieur des poches, l’empêchant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi. Les articles absorbants de l’invention, tapis, sacs ou boudins…, pourront être conditionnés sous la forme de rouleau. Dans ce cas, les rouleaux comprendront une pluralité de soudures parallèles formées avec des perforations le long de la ligne pour faciliter la séparation des articles dans les tailles prédéfinies. Il est alors possible d’espacer les périodes d’arrosage, et donc de limiter la consommation d’eau. De même, lors de périodes de pluies, même fortes, les matériaux absorbants selon l’invention se recharge très rapidement en eau tout en améliorant les propriétés de drainage du sol. Description détaillée de l’invention Un but de l'invention est de proposer des nouveaux articles absorbants présentant des propriétés optimisées pour être utilisé en agriculture tout à la fois comme réserve d’eau et comme agent de drainage. Les articles absorbants de l’invention permettent de drainer et aérer les substrats afin d'éviter l'excès d'eau et la pourriture des racines. Ils permettent aussi de leur fournir une réserve d’eau racinaire toujours disponible même lors d’épisodes de stress hydrique. Ils se présentent sous la forme d’un tapis, d’un sac ou d’un boudin, dans un état compact de petit volume, de sorte qu’ils puissent être facilement transportés, stockés et mis en place. Les articles absorbants de l’invention, tapis, sacs ou boudins…, pourront également être conditionnés sous la forme de rouleau. Dans ce cas, les rouleaux comprendront une pluralité de soudures parallèles formées avec des perforations le long de la ligne de soudure pour faciliter la séparation des articles dans les tailles prédéfinies. Les articles absorbants réalisés selon l’invention, comprennent : au moins deux couches contiguës d’intissé qui sont liées entre elles : par une pluralité de soudures sur les bords, et par une pluralité de soudures et/ou de jonctions permettant de former une série de poches entre les deux couches contiguës, les soudures et jonctions étant généralement mais pas nécessairement formées comme une ligne droite, et enferme au moins un polymère superabsorbant à l’intérieur des poches, l’empêchant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi. En pratique, selon l’invention, lors de la fabrication de l’article absorbant, les polymères superabsorbants peuvent être déposés sur la bande inférieure avant l'application de la bande supérieure suivi des soudures et éventuelles jonctions. Les soudures et jonctions peuvent être commodément formées en soudant les couches, e. g., par la chaleur, la pression, les ultrasons, un rayonnement laser ou toute combinaison de ceux-ci. Contrairement aux jonctions où deux feuillets d’intissé sont fixés de façon réversible (semi permanente), le résultat d’une soudure est que les fibres sont complètement fusionnées au niveau de la liaison, l'identité des fibres individuelles n'étant pas perceptible dans la liaison. Des adhésifs peuvent également être utilisés pour former les liaisons permanentes bien qu'ils ne soient pas préférés car des équipements de fabrication plus complexes sont nécessaires. Lors de l'expansion du matériau absorbant après trempage dans un liquide aqueux, la pression exercée par son gonflement sera suffisante pour faire en sorte que l’article absorbant soit proche de sa taille maximale définie au moment de sa conception par les dimensions externes (hauteur, largeur, longueur) des couches contiguës d’intissé. De préférence, l’article absorbant présentera une hauteur comprise entre 1 et 10 centimètres, de préférence entre 1,5 et 5 centimètres. En pratique, les polymères superabsorbants utilisés sont capables d’absorber et de retenir un multiple de leur propre poids en eau. Ils peuvent être d'origine naturelle ou synthétique et présentent une capacité d’absorption d'eau supérieure ou égale à 30 fois leurs poids en eau déminéralisée, de préférence supérieure ou égale à 50 fois, avantageusement supérieure ou égale à 100 fois. Ce type de polymère est généralement connu sous l'abréviation : SAP ("superabsorbent polymer"). Il se présente généralement sous la forme de poudre, agglomérée ou non. Leur structure basée sur un réseau tridimensionnel assimilable à une multitude de petites cavités ayant chacune d'elles la capacité de se déformer et d'absorber de l'eau leur confère la propriété d'absorber de très grandes quantités d'eau et donc de gonfler. Le principal domaine d’utilisation des polymères superabsorbants est, de loin, celui de l’absorption des fluides corporels. Les superabsorbants sont utilisés par exemple dans les couches pour bébés, les produits pour incontinence pour adultes et les produits d'hygiène féminine. Parmi les polymères superabsorbants connus, on citera de façon non limitative : ceux d’origine naturelle, par exemple ceux décrits dans les brevets US358364, US1693890, US3846404, US3935099 ou US3661815 : la gomme guar, les alginates, la carboxyméthyle cellulose, le dextran, la gomme xanthane... ceux d'origine synthétique tels que par exemple décrits dans le brevet FR 2559158 dans lequel il est décrit des polymères réticulés de l'acide acrylique ou méthacrylique, des copolymères greffés réticulés du type polysaccharide / acide acrylique ou méthacrylique, des terpolymères réticulés du type acide acrylique ou méthacrylique / acrylamide / acrylamide sulfoné et leurs sels de métaux alcalino -terreux ou alcalins. Les superabsorbants à base d'acide acrylique, qui sont la forme de superabsorbant la plus répandue sur le marché, sont obtenus par polymérisation radicalaire de l'acide acrylique en présence d'un agent de réticulation interne, l'acide acrylique étant partiellement neutralisé typiquement par addition d'une solution alcaline. Le gel de polymère ainsi obtenu est broyé puis séché. Un tel polymère superabsorbant est souvent appelé polymère superabsorbant « de base" pour le distinguer d'un superabsorbant post-réticulé en surface produit à partir de celui-ci. Le SAP peut être obtenu par toutes les techniques de polymérisation bien connues par l'homme de métier : polymérisation en gel, polymérisation par précipitation, polymérisation en émulsion (aqueuse ou inverse) suivie ou non d'une étape distillation, polymérisation en suspension, polymérisation en solution, ces polymérisations étant suivies ou non d'une étape permettant d'isoler une forme sèche du (co)polymère par tous types de moyens bien connus de l'homme de métier.   Bien que cela réduise la capacité d'absorption du polymère superabsorbant et que ça diminue donc fortement sa capacité de gonflement et de relargage d’eau disponible, les polymères superabsorbants post-réticulés, ayant donc subi un traitement de réticulation de surface, sont préférés dans le cadre de l’invention. Ces derniers : résultent de la polymérisation avec réticulation partielle de monomères éthyléniquement insaturés hydrosolubles comportant au moins une fonction carboxylique, en particulier les acides acryliques et méthacryliques et leurs sels alcalins, qu'ils soient obtenus par un procédé de polymérisation en solution, en masse ou en suspension inverse, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevets EP312952, EP441507 ou EP742231… et présentent une réticulation l'extérieur des grains de polymères. Cette réticulation de surface est dénommée postréticulation car elle se fait sur la poudre de SAP lorsque la polymérisation est terminée et le SAP partiellement déshydraté, pendant le séchage. La postréticulation permet de former une coquille fortement réticulée autour des particules de SAP. Les particules de SAP sont présentes alors une structure "coeur-coquille". Les étapes de post-réticulation de polymères hydrophiles possédant des groupes carboxyliques et/ou carboxylates par un agent polyfonctionnel sont bien connues par l’homme de métier. La poudre sèche est typiquement post-réticulée en la faisant réagir avec d'autres agents de réticulation tels que, par exemple, des agents de réticulation organiques et/ou des cations multivalents, pour produire une couche de surface plus fortement réticulée par rapport à l’intérieur des particules. Les procédés couramment utilisés pour la post-réticulation en surface, comprennent une étape consistant à mettre en contact le polymère de base avec un agent de post-réticulation en surface suivi par une étape de traitement thermique ultérieure destinée à achever la post-réticulation en surface, le traitement thermique étant généralement effectué à chaud, généralement à l’aide de "sécheurs" en continu. On citera à titre d’exemple les documents GB 2126591, EP789048, FR2923830... Il existe beaucoup de molécules décrites dans la littérature aptes à réagir suffisamment vite sur les groupements carboxyliques des SAP, afin de réaliser le pontage des chaînes polymériques. Un moyen bien connu consiste à post-traiter son polymère superabsorbants « de base ». Pour ce faire, la poudre séchée de polymère superabsorbant dit « de base » est soumise à une réticulation supplémentaire sur une couche superficielle de ses particules, par une étape de post-réticulation en surface. La post-réticulation en surface augmente la densité de réticulation à la surface de l'enveloppe des particules de polymère superabsorbant réduisant ainsi la capacité d'absorption du polymère superabsorbant dans la couche de surface. On préférera, pour des raisons de coût, les polymères superabsorbants d'origine synthétique, de préférence de type polyacrylate, avantageusement de type polyacrylate de sodium post réticulés. Les polymères superabsorbants mentionnés ci-dessus peuvent également être combinés entre eux. Dans un mode de réalisation de l'invention, un article absorbant déployé sous la forme d’un sac après avoir absorbé de l'eau, présentera un poids maximal inférieur à 30 kg et de préférence inférieur à 25 kg, ceci afin qu’il soit facilement manipulable une fois gonflé. Les articles absorbants non activés, à savoir non gonflés, peuvent être expédiés et stockés à plat ou en rouleau et facilement transportés et déplacés selon les besoins afin de les placer en position efficace, éliminant ainsi la nécessité d’utiliser des sacs de sable remplis à la main, beaucoup trop lourds et encombrants. L’article absorbant selon l’invention sera de préférence, avant emploi, stocké à l’abri de l’humidité pour éviter qu’il ne se pré-active en présence d’humidité dans l’air. Lors de son utilisation comme support de culture, l’article absorbant sera : au préalable activé, à savoir gonflé par un liquide aqueux comprenant de l’eau et éventuellement des nutriments organiques et/ou mineraux, puis enfoui sous de la terre ou du terreau à une profondeur comprise entre 10 centimètres et 1 mètre. Une fois gonflé de façons homogène et enfoui, l’article absorbant améliorera les propriétés de drainage du sol et apportera à la plante une ressource d’eau directement accessible par ses racines, Par exemple, lors de périodes de pluies, même fortes, les matériaux absorbants selon l’invention se rechargeront très rapidement en eau tout en améliorant les propriétés de drainage du sol éliminant ainsi tous les inconvénients de l’art antérieur. De plus, en période de sécheresse, il est alors possible d’espacer les périodes d’arrosage, et donc de limiter la consommation d’eau. Le placement de articles absorbants réalisés selon l’invention pourra également être réalisé « à sec », avant d’être hydraté in-situ à l’aide d’un simple arrosage préalablement à leur enfouissement. De plus, les articles absorbants réalisés selon l’invention, tout comme les polymères superabsorbants confinés à l’intérieur, peuvent très facilement être retirés du sol comme par exemple lors d’un changement de culture ou pour leur renouvellement. Exemples Pour tester les propriétés des articles absorbants réalisés selon l’invention, des essais ont été effectués pour la culture de pieds de tomates hors sol pendant 4 mois. Nature chimique des polymères superabsorbants utilisés, commercialisés par la société Aprotek : SAP non post réticulé Aprodev 03 : Copolymère acrylamide-acrylate de potassium - 30 % anionique b) SAP post réticulés (exemple) : Apromud G300 : Polyacrylate de sodium - 100% anionique Apromud P150 XL : Polyacrylate de sodium - 100% anionique Tous les essais comparatifs ont été réalisés dans des conditions strictement identiques. Il s’agissait de constater la croissance de plans de tomates dans des pots. Chaque condition a été répliquée 10 fois et les résultats présentés sont une moyenne des mesures effectuées. Les essais ont été conduits selon le protocole ci-après : Nature des pots : rectangulaires (L=20 cm x l=15 cm x h=25cm), troués en leur fond. Articles absorbants : L=20 cm x l=15 cm x h=3 cm et réalisés à partir d’un intissé M1542 commercialisé par la société Freudenberg. Les soudures et jonctions ont été effectuées par soudure ultrason. Tout d’abord nous avons fait gonfler les différents articles absorbants contenant chacun 3,6 g de polymère superabsorbant à l’aide de 900 ml d’eau de ville à 16°C Les articles absorbants ont alors été disposés afin de recouvrir l’intégralité, du pot Les articles absorbants ont ensuite été recouverts de 4,5 litre de terreau (soit 15 cm). Puis 1 graine plant de tomates cerises rouges a été plantée dans chacun des pots Tous les pots ont été conservés 2 mois sous serre puis 2 mois exposés plein soleil avec un arrosage régulier de 1 litre tous les 2 jours Après ces 4 mois de croissance, les plants ont été coupés à leur base (à la surface du terreau) puis la matière végétale brute a immédiatement été pesée. La variation de la masse de la matière brute est exprimée en % par rapport à l’échantillon témoin. Ce pourcentage est calculé selon la formule (M – M témoin )/M témoin x 100 Nombre de poches présentes dans l’article absorbant et taille des poches prése Polymère Superabsorbant Echantillon témoin Variation de matière brute Témoin 1 Article non compartimenté Apromud G300 NA NA Témoin 2 Article non compartimenté Apromud P150 XL NA NA Témoin 3 Article non compartimenté Aprodev 03 NA NA Ex1 12 poches permanentes de 5x5 cm Apromud G300 Témoin 1 + 29% EX2 12 poches permanentes de 5x5 cm Apromud P150 XL Témoin 2 + 25% EX3 12 poches permanentes de 5x5 cm Aprodev 03 Témoin 3 + 14% EX4 4 poches permanentes de 15x5 cm Apromud G300 Témoin 1 27% EX5 12 poches semi permanente de 5x5 cm Apromud G300 Témoin 1 14% Les exemples décrits dans le tableau 1 (annotés Ex) montrent que les articles absorbants réalisés selon les caractéristiques de l’invention permettent, une fois hydratés par un liquide aqueux et positionné sous une couche de terre/terreau, d’apporter à la plante une ressource d’eau directement accessible par ses racines, favorisant de façon importante son développement. De plus, lors des deux mois sous serre, nous avons pu constater que seuls les exemples de l’invention présentaient un effet drainant en laissant passer à leur travers les surplus d’arrosage éliminant ainsi tous les inconvénients de l’art antérieur. De manière inattendue, il a été trouvé que les articles absorbants selon l’invention sont particulièrement efficaces, de faible encombrement et très rapides à mettre en œuvre, comme support de culture en agriculture. Ils permettent tout à la fois de drainer et aérer les substrats afin d'éviter l'excès d'eau et la pourriture des racines et aussi de fournir une réserve d’eau racinaire toujours disponible même lors d’épisodes de stress hydrique. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture, notamment dans le domaine de la culture hors-sol, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins deux couches contiguës d’intissé qui sont liées entre elles : par une pluralité de soudures sur les bords, et par une pluralité de soudures et/ou de jonctions permettant de former une série de poches entre les deux couches contiguës - et enferme au moins un polymère superabsorbant à l’intérieur des poches, l’empêchant de se déplacer librement à l’intérieur de l’article avant emploi. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est hydraté par un liquide aqueux et positionné sous une couche de terre/terreau. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit article absorbant présente une hauteur comprise entre 1 et 10 centimètres, de préférence entre 1,5 et 5 centimètres. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que ledit article absorbant est enfoui sous de la terre ou du terreau à une profondeur comprise entre 10 centimètres et 1 mètre. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4 caractérisé en ce que le polymère superabsorbant présent à l’intérieur des poches est post-réticulé à l’aide d’un traitement de réticulation de surface. Utilisation d’un article absorbant comme support de culture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4 caractérisé en ce que le polymère superabsorbant présent à l’intérieur des poches est d’origine synthétique, de préférence de type polyacrylate, avantageusement de type polyacrylate de sodium post réticulés.