Brevet FR3139698A1 — publié le 20240322

Titre : Système d’oxygénation de réserve d’eau, notamment pour la culture de plantes ou de poissons L’invention concerne un système (11) d’oxygénation d’une réserve d’eau (10) pour poissons (101) et/ou de culture de plantes (102), comprenant : - un dispositif de circulation (2) d’eau ; - une sortie d’eau (3) débouchant dans la réserve d’eau (10) ; - un diffuseur (4) d’air sous forme de bulles ; le système comprenant une canalisation (5) raccordant la sortie d’eau (3) au dispositif de circulation (2), et associée au diffuseur (4) d’air de façon à collecter les bulles d’air dans une partie de collecte (51) de la canalisation (5), la canalisation (5) comprenant, en aval de la partie de collecte (51) par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation (5), au moins une partie de prolongation (52) s’étendant transversalement à un axe vertical et intégrant des moyens de brassage (520) de l’eau circulant dans la partie de prolongation (52). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système d’oxygénation de réserve d’eau, notamment pour la culture de plantes ou de poissons Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication de systèmes d’oxygénation de réserves d’eau, par exemple de réserves d’eau de bassins de culture de plantes et/ou de réserve d’eau de la pisciculture, et/ou d’aquariophilie. L’invention concerne plus particulièrement un système d’oxygénation intégré à un dispositif d’aquaponie. Un système aquaponique est un système qui unit la culture de plantes et l’élevage de poissons. Les plantes sont cultivées dans un bassin de culture appelé biofiltre, contenant par exemple des billes d’argile au moins partiellement immergées pour former un support de croissance de plantes. Ces plantes peuvent être irriguées en circuit fermé par de l’eau provenant de cuve dans lesquelles sont élevés des poissons. Des bactéries aérobies issues d’un substrat transforment l’ammoniaque contenu dans les urines et les déjections des poissons en nutriment (nitrates notamment). Ces nutriments sont directement assimilables par la végétation cultivée ce qui permet de purifier l’eau. L’eau purifiée dans le bassin de culture de plantes retourne ensuite dans les cuves au sein desquelles sont élevés les poissons. Un tel système aquaponique permet de cultiver des plantes ainsi que d’élever des poissons de type salmonidés (truite, saumon, etc…). Dans le domaine de l’invention, et plus spécifiquement de l’aquaponie, il est connu deux techniques pour oxygéner l’eau. Une première technique consiste à positionner au fond du bassin de culture de plantes un diffuseur d’air sous forme de bulles raccordé à une pompe à air. L’air passant dans le diffuseur se retrouve séparé en bulles qui oxygène l’eau à son contact en remontant à la surface du bassin. Cette technique permet une diffusion de l’oxygène dans l’eau mais cette diffusion peut être considérée comme étant peu importante. Une deuxième technique consiste à fabriquer un système dans lequel le diffuseur est positionné au fond du bassin dans un tube s’étendant verticalement. Les bulles produites par le diffuseur sont concentrées au sein du tube, ce qui créé un courant de circulation d’eau montant vers le haut du bassin. Cette technique offre une meilleure diffusion de l’oxygène dans l’eau. Toutefois, cette meilleure diffusion peut être considérée comme insuffisante et l’invention a notamment pour objectif de répondre à ce problème. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un système d’oxygénation d’une réserve d’eau qui permet de produire une meilleure dissolution de l’air dans l’eau destinée à alimenter une réserve d’eau. L’invention a également pour objectif de fournir un tel système d’oxygénation qui soit particulièrement adapté à un dispositif d’aquaponie. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet un système d’oxygénation d’une réserve d’eau pour poissons et/ou de culture de plantes, comprenant : - un dispositif de circulation d’eau ; - une sortie d’eau raccordée au dispositif de circulation, et destinée à déboucher dans la réserve d’eau ; - un diffuseur d’air sous forme de bulles ; caractérisé en ce qu’il comprend une canalisation raccordant la sortie d’eau au dispositif de circulation, et associée au diffuseur d’air de façon à collecter les bulles d’air dans une partie de collecte de la canalisation, la canalisation comprenant, en aval de la partie de collecte par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation, au moins une partie de prolongation s’étendant transversalement à un axe vertical et intégrant des moyens de brassage de l’eau circulant dans la partie de prolongation. Le système d’oxygénation selon l’invention permet de réaliser une meilleure diffusion de l’air dans l’eau destinée à alimenter une réserve d’eau comparée aux techniques selon l’art antérieur. En effet, grâce au système d’oxygénation selon l’invention, les bulles d’air sont collectées dans la partie de collecte de la canalisation et cette eau chargée en bulles d’air circule dans au moins une partie de prolongation de la canalisation, non pas verticalement comme dans la seconde technique selon l’art antérieur, mais transversalement à un axe vertical tout en étant brassée par les moyens de brassage de l’eau. De cette manière, le temps de contact entre les bulles d’air et l’eau est allongé, et il est évité que les bulles ne puissent se regrouper dans une section supérieure de la partie de prolongation grâce au brassage. Le système d’oxygénation permet ainsi de favoriser l’oxygénation de l’eau, c’est-à-dire la dissolution de l’air dans l’eau en allongeant le temps de contact entre les bulles d’air et l’eau. Selon une caractéristique avantageuse, les moyens de brassage de l’eau sont formés par un relief interne de la partie de prolongation de la canalisation. De cette manière, le brassage de l’eau au sein de la ou les parties de prolongation de la canalisation se réalise de manière passive sous l’effet de la circulation de l’eau au sein de la partie de prolongation. En effet, lors du passage de l’eau au sein de la partie de prolongation de la canalisation, le relief interne de la partie de prolongation perturbe le flux laminaire de l’eau et provoque des turbulences au sein de l’écoulement de l’eau dans la partie de prolongation. En conséquence, un brassage de l’eau au sein de la partie de prolongation est obtenu. Le brassage produit par ce relief interne permet d’éviter un regroupement des bulles dans la partie haute de la partie de prolongation de la canalisation. Préférentiellement, le relief interne est un relief hélicoïdal cylindrique. Un tel relief hélicoïdal cylindrique engendre un brassage particulièrement performant, et ce notamment en ce qui entraîne un brassage de l’eau par tourbillonnement de l’eau à l’intérieur de la partie de prolongation. Ceci évite également, ou à tout le moins diminue, le phénomène de regroupement des bulles d’eau dans une section supérieure de la partie de prolongation. Selon un mode de réalisation préférentiel, la canalisation comprend une partie à section d’écoulement rétrécie positionnée directement en aval de la partie de collecte et en amont de la ou les parties de prolongation par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation. Une telle partie à section d’écoulement rétrécie permet la production d’un effet Venturi. L’eau circulant au niveau de cette section subit une dépression et une augmentation de sa vitesse d’écoulement, la production de cet effet Venturi directement après la partie de collecte améliore la dissolution des bulles d’air produites par le diffuseur d’air dans l’eau. Avantageusement, le diffuseur d’air comprend une boule poreuse, et une tubulure d’arrivée d’air s’étendant depuis la boule poreuse et destinée à être raccordée à une source d’air, la boule poreuse étant logée dans la partie de collecte de la canalisation. Une telle boule poreuse forme une solution particulièrement adaptée à la production de fines bulles d’air dans le cadre d’un système d’oxygénation. Avantageusement, la source d’air est formée par une pompe à air. De cette manière, il est possible de mettre en surpression l’air injecté dans la boule poreuse. Selon une solution avantageuse, la ou les parties de prolongation s’étendent en formant un angle compris entre 80° et 100° avec la verticale, et préférentiellement s’étendent horizontalement. De cette manière, la ou les parties de prolongation peuvent présenter une longueur particulièrement importante tout en étant plus aisément logeable, par exemple sous une réserve d’eau destinée à être oxygénée. En effet, par exemple dans le cadre de l’aquaponie, les réserves d’eau pour la culture de plantes s’étendent souvent longitudinalement pour former une sens de purification de l’eau irriguant le bac de culture. C’est ainsi sous cette longueur de la réserve d’eau que peuvent être logées la ou les parties de prolongation de la canalisation. Préférentiellement, la canalisation comprend au moins deux parties de prolongation reliées entre elles par une partie coudée. De cette manière, il est possible d’avoir une longueur totale des parties de prolongation particulièrement importantes tout en diminuant leur encombrement longitudinal. L’invention a également pour objet un dispositif d’aquaponie comprenant un réservoir de culture de plantes et un réservoir de pisciculture, le réservoir de culture de plantes comprenant un trop-plein d’eau raccordé au réservoir de pisciculture, caractérisé en ce qu’il comprend le système d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système d’oxygénation étant couplé au réservoir de pisciculture pour récupérer de l’eau à oxygéner, et au bassin de culture de plantes pour l’alimenter en eau oxygénée. Grâce au système d’oxygénation, le dispositif d’aquaponie selon l’invention permet d’atteindre un taux d’oxygénation particulièrement important de l’eau alimentant le bassin de culture de plantes. L’invention a encore pour objet un procédé d’oxygénation d’une réserve d’eau pour poissons et/ou de culture de plantes mettant en œuvre un diffuseur d’air sous forme de bulles, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape d’oxygénation de l’eau comprenant une sous-étape d’incorporation d’air dans l’eau par le biais du diffuseur d’air dans une partie de collecte d’une canalisation ; - une étape de circulation et de brassage de l’eau issue de l’étape d’oxygénation dans au moins une partie de prolongation de la canalisation, la ou les parties de prolongation s’étendant transversalement à un axe vertical ; - une étape d’injection de l’eau issue de l’étape de circulation et de brassage dans la réserve d’eau. Le procédé d’oxygénation selon l’invention permet d’obtenir une eau particulièrement bien oxygénée, c’est-à-dire au sein de laquelle des bulles d’air ont été dissoutes, dans une réserve d’eau. Avantageusement, l’étape d’oxygénation comprend une sous-étape de création d’un effet venturi sur l’eau issue de la sous-étape d’incorporation. Cette sous-étape de création d’un effet venturi permet, tel que cela a été décrit précédemment, d’améliorer la dissolution des bulles d’air dans l’eau à oxygéner. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de différents modes de réalisation préférentiels de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et de la figure annexée : la est une représentation schématique d’un dispositif d’aquaponie, comprenant un système d’oxygénation mettant en œuvre un procédé d’oxygénation d’une réserve d’eau, selon l’invention. En référence à la , un dispositif d’aquaponie 1 est représenté. Ce dispositif d’aquaponie 1 comprend : - un réservoir de culture 12 de plantes 102 ; - un réservoir de pisciculture 13 destiné à l’élevage de poissons 101 ; - un système 11 d’oxygénation selon l’invention. Tel que cela est illustré, le système 11 d’oxygénation est couplé au réservoir de pisciculture 13 pour récupérer de l’eau à oxygéner ainsi qu’au bassin de culture 12 de plantes 102 pour l’alimenter en eau oxygénée. Le réservoir de culture 12 de plantes 102 comprend un bac à l’intérieur duquel est contenue une réserve d’eau 10. Ce bac comprend également des billes 121 (partiellement représentées) autour desquelles les systèmes racinaires des plantes se développent. Le réservoir de culture 12 comprend également un trop-plein 121 d’eau qui est raccordé au réservoir de pisciculture 13. Le trop-plein 121 permet d’évacuer un excédent d’eau en direction du réservoir de pisciculture 13 selon le trajet T1 illustré. Les plantes 102 cultivées dans le réservoir de culture 12 permettent de purifier l’eau et pour apporter de l’eau purifiée dans le réservoir de pisciculture 13. Au sein du bassin 13 de pisciculture, les poissons 101 peuvent évoluer et grandir. L’eau polluée par l’ammoniaque contenu dans les urines, et par les déjections des poissons sont destinées à être évacuées par l’évacuation 131 en direction du système 11 d’oxygénation selon le trajet T2. Le système 11 d’oxygénation est à présent décrit. Tel qu’évoqué précédemment, ce système 11 d’oxygénation permet d’oxygéner une réserve d’eau 10, en l’occurrence pour la culture de plantes 102, l’eau étant injectée dans le réservoir de culture 12 de plantes 102. Toutefois, il est envisageable que ce système 11 d’oxygénation serve à oxygéner l’eau d’une réserve d’eau 10 d’une culture pour des poissons 101 (tel qu’un aquarium ou directement un réservoir de pisciculture 13). L’oxygénation d’autre types de réserve d’eau 10 est également envisageable. Le système 11 d’oxygénation comprend : - un dispositif de circulation 2 d’eau ; - une sortie d’eau 3 destinée à déboucher dans la réserve d’eau 10 ; - un diffuseur 4 d’air sous forme de bulles ; - une canalisation 5 raccordant la sortie d’eau 3 au dispositif de circulation 2. Le dispositif de circulation 2 d’eau comprend une pompe à eau 21. Le dispositif de circulation 2 d’eau comprend également des moyens de filtration de l’eau 22. Ce dispositif de circulation 2 d’eau envoie de l’eau en direction de la canalisation 5 selon le trajet T3. La canalisation 5 comprend, selon le présent mode de réalisation : - une partie de collecte 51 ; - une partie à section d’écoulement rétrécie 53 ; - une première partie de prolongation 52 ; - une partie coudée 54 ; - une deuxième partie de prolongation 52. Selon un mode de réalisation envisageable, la canalisation 5 pourrait ne pas comprendre de partie à section à écoulement rétrécie 53. Selon un autre mode de réalisation envisageable, la canalisation 5 pourrait ne comprendre qu’une unique partie de prolongation 52, sans partie coudée 54 intercalée entre deux parties de prolongation 52. Selon le présent mode de réalisation, le diffuseur 4 d’air est un diffuseur d’air sous forme de bulles. Plus précisément, ce diffuseur 4 d’air comprend une boule 41 poreuse classiquement utilisée en aquaponie. Ce diffuseur 4 d’air comprend également une tubulure 42 d’arrivée d’air qui s’étend depuis la boule 41 poreuse. Cette tubulure 42 d’arrivée d’air est destinée à être raccordée à une source d’air 43. La source d’air 43 est formée par une pompe à air, injectant de l’air sous pression dans la boule 41 poreuse par l’intermédiaire de la tubulure 42 d’arrivée d’air. Tel que cela est illustré par la , la boule 41 poreuse est logée dans la partie de collecte 51 de la canalisation 5. En effet, la canalisation 5 est associée au diffuseur 4 d’air de façon à collecter les bulles d’air issues du diffuseur 4 d’air dans sa partie de collecte 51. Selon un autre mode de réalisation envisageable, le diffuseur 4 d’air pourrait comprendre une tubulure en spirale micro perforée logée dans la partie de collecte 51 pour y émettre des micro bulles d’air. Au sein de la canalisation 5, l’eau présente un sens d’écoulement dans la canalisation 5 depuis la partie de collecte 51 en direction de la partie terminale de l’unique ou de la dernière partie de prolongation 52. Tel que cela est illustré par ces figures, En d’autres termes, les parties de prolongation 52 sont situées en aval de la partie de collecte 51 par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation 5. Selon un autre aspect de l’invention, la ou les parties de prolongation 52 s’étendent transversalement à un axe vertical. Préférentiellement, ces parties de prolongation s’étendent en formant un angle compris entre 80° et 100° avec la verticale. De manière encore plus préférée et selon le présent mode de réalisation illustré, ces parties de prolongation 52 s’étendent horizontalement. Selon encore un autre aspect de l’invention, la partie de prolongation 52 ou les parties de prolongation 52 intègrent les moyens de brassage 520 de l’eau qui circule dans la partie de prolongation 52. Ces moyens de brassage 520 sont destinés à provoquer des turbulences dans le flux d’eau s’écoulant au travers de la partie de prolongation 52. En d’autres termes, ces moyens de brassage 520 sont destinés à éviter que l’eau ne s’écoule selon un flux laminaire, et à éviter que des micro bulles d’eau ne se regroupent dans la section supérieure de la partie de prolongation 52 de la canalisation. Le brassage de l’eau permet d’améliorer la diffusion d’air par les micro bulles à l’intérieur de l’eau. Selon un mode de réalisation envisageable, les moyens de brassage 520 peuvent être du type « actif » et par exemple consister en des hélices positionnées à l’intérieur des parties de prolongation 52. Les moyens de brassage 520 peuvent également prendre la forme de tubulures annexes captant l’eau à différents endroits de la partie de prolongation pour la réinjecter à d’autres endroits de la partie de prolongation 52 selon des directions transverses au flux d’écoulement de l’eau dans la partie de prolongation 52 pour provoquer des turbulences dans l’eau. Préférentiellement et selon le présent mode de réalisation, ces moyens de brassage 520 de l’eau sont formés par un relief interne 521 de la partie de prolongation 52 de la canalisation 5. En l’occurrence, le relief interne 521 est un relief hélicoïdal cylindrique. En d’autres termes, la ou chaque partie de prolongation 52 présente sur sa longueur des nervures hélicoïdales s’étendant en faisant saillie depuis une face interne des parties de prolongation 52 de la canalisation 5. Ce relief hélicoïdal cylindrique provoque un tourbillonnement de l’eau lors de son écoulement dans la canalisation 5 provoquant un brassage particulièrement efficace de l’eau améliorant de ce fait la diffusion d’air dans l’eau. La partie à section d’écoulement rétrécie 53 est positionnée directement en aval de la partie de collecte 51 et en amont des parties de prolongation 52 par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation 5. Cette partie à section d’écoulement rétrécie 53 est formée par un entonnoir 531 s’étendant en se rétrécissant, suivi d’une portion de tube 532 présentant un diamètre inférieur au diamètre de la canalisation 5 avant l’entonnoir 531. Cette partie à section à partie d’écoulement rétrécie 53 permet la création d’un effet venturi diminuant, au niveau de la partie à section d’écoulement rétrécie 53, la pression de l’eau s’écoulant, et augmentant de la vitesse d’écoulement de l’eau. La ou les parties de prolongation 52 permettent à l’eau de s’écouler sur une longue distance tout en étant brassée. A titre d’exemple, la longueur cumulée de la ou les parties de prolongation 52 peut être de 2 mètres. De manière optimale, pour une longueur cumulée de 2 mètres de la ou les parties de prolongation 52, alors ladite ou lesdites parties présentent un diamètre interne de 100 mm, et le débit du dispositif de circulation 2 est configuré pour être à 5 000 L.h -1 . Selon une alternative, pour une longueur cumulée de 1 mètres de la ou les parties de prolongation 52, alors ladite ou lesdites parties présentent un diamètre interne de 40 mm, et le débit du dispositif de circulation 2 est configuré pour être à 2 500 L.h -1 , ou à 500 L.h -1 , ou une valeur entre 500 et 2 500 L.h -1 . Le système 11 d’oxygénation décrit précédemment met en œuvre le procédé d’oxygénation d’une réserve d’eau 10 pour poissons 101 et/ou de culture de plantes 102. Ce procédé d’oxygénation met en œuvre le diffuseur d’air 4 sous forme de bulles ainsi que la canalisation 5 comprenant une partie de collecte 51 et au moins une partie de prolongation 52 qui s’étend transversalement à un axe vertical. Ce procédé d’oxygénation comprend ainsi successivement : - une étape d’oxygénation de l’eau comprenant une sous-étape d’incorporation d’air dans l’eau par le biais du diffuseur d’air 4 dans la partie de collecte 51 de la canalisation 5, puis une sous-étape de création d’un effet venturi sur l’eau issue de la sous étape d’incorporation ; - une étape de circulation et de brassage de l’eau issu de l’étape de l’oxygénation dans les parties de prolongation 52 de la canalisation 5 ; - une étape d’injection de l’eau issu de l’étape de circulation et de brassage dans la réserve d’eau 10. Système (11) d’oxygénation d’une réserve d’eau (10) pour poissons (101) et/ou de culture de plantes (102), comprenant : - un dispositif de circulation (2) d’eau ; - une sortie d’eau (3) raccordée au dispositif de circulation (2), et destinée à déboucher dans la réserve d’eau (10) ; - un diffuseur (4) d’air sous forme de bulles ; caractérisé en ce qu’il comprend une canalisation (5) raccordant la sortie d’eau (3) au dispositif de circulation (2), et associée au diffuseur (4) d’air de façon à collecter les bulles d’air dans une partie de collecte (51) de la canalisation (5), la canalisation (5) comprenant, en aval de la partie de collecte (51) par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation (5), au moins une partie de prolongation (52) s’étendant transversalement à un axe vertical et intégrant des moyens de brassage (520) de l’eau circulant dans la partie de prolongation (52). Système (11) d’oxygénation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de brassage (520) de l’eau sont formés par un relief interne (521) de la partie de prolongation (52) de la canalisation (5). Système (11) d’oxygénation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le relief interne (521) est un relief hélicoïdal cylindrique. Système (11) d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation (5) comprend une partie à section d’écoulement rétrécie (53) positionnée directement en aval de la partie de collecte (51) et en amont de la ou les parties de prolongation (52) par rapport au sens d’écoulement d’eau dans la canalisation (5). Système (11) d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diffuseur (4) d’air comprend une boule (41) poreuse, et une tubulure (42) d’arrivée d’air s’étendant depuis la boule (41) poreuse et destinée à être raccordée à une source d’air (43), la boule (41) poreuse étant logée dans la partie de collecte (51) de la canalisation (5). Système (11) d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les parties de prolongation (52) s’étendent en formant un angle compris entre 80° et 100° avec la verticale, et préférentiellement s’étendent horizontalement. Système (11) d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation (5) comprend au moins deux parties de prolongation (52) reliées entre elles par une partie coudée (54). Dispositif d’aquaponie (1) comprenant un réservoir de culture (12) de plantes (102) et un réservoir de pisciculture (13), le réservoir de culture (12) de plantes (102) comprenant un trop-plein (121) d’eau raccordé au réservoir de pisciculture (13) , caractérisé en ce qu’il comprend le système (11) d’oxygénation selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système (11) d’oxygénation étant couplé au réservoir de pisciculture (13) pour récupérer de l’eau à oxygéner, et au bassin de culture (12) de plantes pour l’alimenter en eau oxygénée. Procédé d’oxygénation d’une réserve d’eau (10) pour poissons (101) et/ou de culture de plantes (102) mettant en œuvre un diffuseur d’air (4) sous forme de bulles, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape d’oxygénation de l’eau comprenant une sous-étape d’incorporation d’air dans l’eau par le biais du diffuseur d’air (4) dans une partie de collecte (51) d’une canalisation (5) ; - une étape de circulation et de brassage de l’eau issue de l’étape d’oxygénation dans au moins une partie de prolongation (52) de la canalisation (5), la ou les parties de prolongation (52) s’étendant transversalement à un axe vertical ; - une étape d’injection de l’eau issue de l’étape de circulation et de brassage dans la réserve d’eau (10). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape d’oxygénation comprend une sous-étape de création d’un effet venturi sur l’eau issue de la sous-étape d’incorporation.