FR 2678140 A1 19921231 FR 9107931 A 19910627 MATERIAUX COMPOSITES FIBREUX A BASE DE FIBRES MINERALES POUR LA CULTURE HORS-SOL L'invention est relative à de nouveaux matériaux pour la culture hors- sol Plus précisément, l'invention vise des matériaux comprenant des fibres minérales tels que les feutres de laine de roche ou laine de verre. L'utilisation de feutres minéraux pour la culture hors-sol a fait l'objet de nombreuses publications A l'origine, le choix de ces matériaux a été fonction de leur large aptitude à s'imbiber de solution Autrement dit, la principale qualité recherchée était la capacité à retenir30 un maximum de solution nutritive pour les plantes Des études ultérieures ont fait apparaître que l'obtention des meilleures conditions pour la culture conduisait à des ca- ractéristiques supplémentaires Parmi ces caractéristiques, il est apparu que si la quantité de solution stockable dans35 le matériau de culture était un facteur important pour as- surer une alimentation constante des plantes en eau et éléments nutritifs, un autre facteur de première importance était la capacité du substrat à fournir de l'air aux ra- cines des plantes cultivées. 2 - Pour cela, le matériau constituant le substrat de culture doit permettre d'établir un équilibre air/eau, équilibre qui peut être variable suivant les plantes cul- tivées. Diverses solutions ont été envisagées pour satisfaire cette exigence de l'équilibre air/eau Parmi ces solutions, il a été proposé précédemment de modifier la structure du feutre, en particulier pour contrecarrer la tendance natu- relle de l'accumulation de la solution à la base du produit10 tandis que les parties supérieures se vident de solution. Cette tendance est d'autant plus sensible que le produit offre une épaisseur plus importante. Une des solutions envisagées précédemment par la de- manderesse consistait à moduler les caractéristiques des fibres constituant le substrat en fonction du niveau o elles se situent dans l'épaisseur dudit substrat En sub- stance, il convenait de faire en sorte d'accroître l'apti- tude de la partie supérieure du feutre à retenir la solu- tion par rapport à la partie inférieure Cette modulation peut être obtenue, par exemple, en disposant un réseau de fibres plus fines dans la partie supérieure du feutre A masse volumique égale, on avait en effet constaté une meilleure aptitude à retenir les solutions pour les pro- duits offrant la plus grande surface spécifique. Simultanément, il a été également proposé de contrôler l'équilibre air/eau dans les substrats de culture hors-sol et modifiant la structure capillaire des feutres dans leur épaisseur Dans ce sens, une masse volumique plus élevée, toutes choses, et en particulier la finesse des fibres, étant égales par ailleurs, conduit à un réseau plus dense et à une meilleure rétention de solution. Toutes ces conditions permettent, à des degrés divers, une meilleure répartition de la solution et un meilleur équilibre air/eau Les inventeurs ont cependant constaté qu'il était difficile de prévenir par ces moyens la cons- titution d'une accumulation de solution au contact de la face inférieure du substrat Tant que de la solution imbibe le substrat à l'interface avec le sol ou le support sur lequel repose le substrat pendant la culture, un film 3 - liquide a tendance à se maintenir de façon permanente. Cette tendance est, en plus, favorisée lorsqu'en partie basse du substrat un "tassement", même limité, du feutre s'opère Un tel tassement correspond à un accroissement 5 local de la densité du réseau local de fibres et à une ca- pillarité accrue. La présence d'une zone pratiquement saturée en eau à la base du substrat s'est avérée néfaste à la croissance des plantes, quel que soit le stade de la culture considé-10 ré Dans tous les cas, on constate que la présence d'une zone saturée d'eau conduit à un développement de racines dans cette zone ou à son contact immédiat, au détriment d'une "colonisation" plus complète du volume offert par le substrat Ceci a au moins deux conséquences En premier,15 les racines ne croissent pas sur l'ensemble du volume du substrat et même si elles sont très abondantes dans la zone saturée, globalement le système racinaire ne connaît pas le développement le meilleur et le plus important En second lieu, les racines qui se développent dans les zones sa-20 turées sont très pauvres en ramifications les plus fines. Il s'agit de ce que l'on désigne sous le nom de "racines d'eau" Ces racines sont aussi moins favorables à la croissance car elles limitent les capacités d'échange. L'invention vise des substrats de culture hors-sol comprenant un feutre de fibres minérales et qui, par leur structure, permettent d'éviter le développement de racines dans des zones de ces substrats saturées en eau L'inven- tion vise aussi des substrats qui, en plus, permettent une alimentation permanente en solution des zones de ces sub-30 strats dans lesquelles l'équilibre air/eau est maintenu à des valeurs satisfaisantes pour le meilleur développement des racines. Selon l'invention, le substrat de culture hors-sol comprend une première partie formée d'un feutre de fibres minérales dans laquelle les racines se développent, une seconde partie au contact de la première dont l'aptitude à retenir les solutions est au moins égale à celle de la première partie et qui peut, au cours de l'utilisation, être partiellement saturée en solution et, interposé entre 4 - les deux parties et s'étendant au moins sur toute la zone de contact, un voile fibreux présentant un "maillage" suf- fisamment serré pour prévenir le passage des racines. La partie du substrat dans laquelle la plante plonge ses racines est constituée d'un feutre tel que proposé an- térieurement pour la culture Il s'agit, soit de laine de roche, soit de laine de verre La masse volumique du feutre est généralement comprise entre 15 et 90 kg/m 3, les laines de verre étant généralement de densité moins forte que les laines de roche Le diamètre moyen des fibres est, ordi- nairement, inférieur à 20 micromètres et se situe, le plus souvent, entre 1 et 6 micromètres La structure du feutre la plus fréquente est celle des produits les plus ancien- nement utilisés à cet effet, à savoir une structure stra- l 5 -#fiée dont les couches sont horizontales Il est cependant avantageux d'utiliser des feutres dont les fibres n'ont pas de direction préférentielle de telle sorte que le feutre considéré présente une meilleure résistance à la compres- sion, comme décrit dans des demandes antérieures de la de- manderesse. Etant destinée à favoriser la croissance des racines, cette première partie du substrat offre un volume en rap- port avec les dimensions de la plante cultivée. La seconde partie du substrat se distingue de la pre- mière par le rôle qui doit être le sien, à savoir de main- tenir le taux d'humidité dans la première partie à un ni- veau prédéterminé Ce rôle est assuré de façon dynamique. Le fait que les deux parties du substrat ne sont séparées l'une de l'autre que par le voile hydrophile, assure un équilibre permanent des taux de rétention de solution Cet équilibre est fonction des caractéristiques propres des matériaux constituant ces deux parties du substrat et aussi de leur positions respectives La teneur en solution dans chaque partie est, en effet, fonction de la capacité de rétention (mesurée par le p F) de chaque matériau, capacité qui traduit l'aptitude du matériau à vaincre une certaine pression hydrostatique correspondant au "pompage" de la solution Par ailleurs, la disposition des deux parties l'une par rapport à l'autre ajoute à la différence de pression hydrostatique En jouant de ces différents fac- teurs, il est donc possible de régler l'équilibre et, par là, fixer le rapport air/solution de la première partie du substrat. Dans la pratique, il est préférable que le matériau constituant la seconde partie présente une capacité de ré- tention des solutions nutritives au moins égale à celle du matériau constituant la première partie Avantageusement, la seconde partie présente une capacité de rétention (me- surée par l'indice p F) supérieure à celle du matériau de la première partie. La seconde partie du substrat est, de préférence, constituée d'un feutre de fibres minérales mais peut éga- lement être d'un autre matériau Il peut s'agir notamment de mousses synthétiques également connues pour la culture hors-sol ou de tout autre matériau présentant des proprié- tés hydriques analogues A remarquer que le choix ne se limite pas aux produits connus pour la culture dans la me- sure o cette seconde partie n'est pas destinée à recevoir les racines des plantes Lorsque la seconde partie est constituée d'un feutre de fibres minérales, un accroisse- ment de la capacité de rétention des solutions nutritives est avantageusement obtenu, les autres caractéristiques du feutre restant identiques, par une masse volumique plus forte que celle du feutre constituant la première partie du substrat, par des fibres plus fines ou par une combinaison de ces deux facteurs. La séparation des deux parties du substrat est faite avec un voile fibreux Quelle que soit la nature des fibres 3 J Oou la structure du voile, il est choisi à la fois pour son caractère hydrophile pour permettre les échanges de solu- tions entre les deux parties du substrat, et pour son ap- titude à faire obstacle au passage des racines En outre, le voile doit être parfaitement non toxique pour les plantes. De façon générale, les voiles utilisés ont une épais- seur limitée, ordinairement de l'ordre de 1 à 3 mm et qui ne dépasse pas 5 mm. Il est clair, dans ces conditions, que le "voile" 6 - utilisé selon l'invention pour séparer les deux parties du substrat n'a pratiquement aucun rôle en ce qui concerne le "stockage" de solution Offrant un volume très limité, même si de la solution est retenue dans la structure du voile, la quantité concernée reste très faible au regard des quantités absorbées dans les deux autres parties consti- tuant le substrat selon l'invention. Les fibres sont avantageusement des fibres de verre, mais peuvent aussi être synthétiques (polyamide, polyes- l O ter) Elles sont tissées ou non, l'important étant qu'elles forment un réseau ou maillage suffisamment serré pour s'opposer au passage des racines Pour cela, le réseau laisse des ouvertures qui ne sont pas supérieures à 0,1 mm et, de préférence, pas supérieures à 0,05 mm. De préférence, selon l'invention, on utilise des vroiles fibreux non tissés qui sont, ordinairement, moins coûteux. Des voiles préférés sont des non-tissés de fibres de verre Dans ces voiles, les fibres sont liées entre elles par un liant généralement organique Ces voiles sont habi- tuellement utilisés comme renfort de certains matériaux. Ils sont constitués ordinairement de longues fibres de verre et la nappe est de faible épaisseur. Par leur constitution, fibres longues notamment, et taux de liant relativement important, les voiles présentent une bonne résistance mécanique en dépit de leur faible épaisseur. Les modes de production des voiles utilisés selon l'invention conduisent ordinairement à des structures ré- pondant à cette nécessité Ces voiles sont obtenus en effet en collectant sur un convoyeur de réception les fibres qui viennent d'être formées La nappe de faible épaisseur est "enduite" d'un liant liquide Après séchage, le réseau serré de fibres, joint au liant qui forme des fines mem- branes entre les fibres, réduisent sensiblement la porosité du voile. La porosité limitée du voile n'est pas contraire à son hydrophilie Cette dernière est fonction principalement de la composition de liant Pour ce dernier, on évite l'utilisation de produits qui se décomposent à l'humidité. En particulier, on évite d'utiliser les liants constitués essentiellement à base d'amidon Lorsque le liant choisi n'est pas hydrophile, il est possible de lui adjoindre un agent qui lui confère cette qualité Ainsi un liant satis- faisant, pour les voiles utilisés selon l'invention, est constitué par des latex renfermant des agents tensio- actifs L'incorporation d'agents tensio-actifs se fait na- turellement à partir des émulsions de latex qui sont uti- lisées comme produits d'imprégnation des fibres Ils se trouvent en effet présents comme "stabilisateurs" de ces émulsions Lors de l'application, les agents tensio-actifs se fixent sur les fibres en même temps que le liant lui-même, et les produits résultant restent hydrophiles. La teneur en agent tensio-actif est suffisamment fai- ble pour que tout risque de phytotoxicité soit écarté Le taux d'agent mouillant dans le liant "sec" ne dépasse pas, ordinairement, 5 % en poids Rapporté à la masse du voile, ceci correspond à moins de 0,7 % d'agent tensio- actif.20 De préférence, les agents tensio-actifs utilisés sont du type non-ionique, beaucoup de ceux-ci étant connus pour leur non-toxicité. Le taux de liant dans le voile est compris, ordinai- rement, entre 5 et 15 % en poids Des latex utilisés avan- tageusement sont du type butadiène-styrène. En dehors des latex, d'autres liants non hydrophobes et non toxiques existent et sont utilisables, notamment des liants à base de résines acryliques, des liants mixtes latex-résines formo-phénoliques, latex-résines urée- phénoliques Le maillage du voile, comme indiqué précédemment, est aussi un facteur important pour prévenir le passage des racines tout en laissant subsister une certaine porosité. La quantité de fibres par unité de surface est une mesure de cette densité de fibres Pour l'application visée, le grammage du voile se situe, de préférence, entre 50 et 300 g/m 2. L'invention est décrite, de façon plus détaillée, dans ce qui suit en faisant référence aux planches de dessins -8 - dans lesquelles * la figure 1 est une représentation schématique de la constitution des substrats selon l'invention, * la figure 2 est une vue, en coupe transversale, d'une mode d'utilisation d'un substrat selon l'invention, * la figure 3 est une vue, en coupe, d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention, * la figure 4 est une vue, en coupe, d'un troisième mode de réalisation selon l'invention. 1 D La figure 1 montre la façon dont sont disposés les différents constituants du substrat La présentation faite montre un assemblage horizontal, mais ceci n'est qu'indi- catif, les différents constituants pouvant être dans d'au- tres positions respectives.15 Le matériau fibreux 1, relativement volumineux, dans lequel la plante se développe est à la partie supérieure. Il est séparé du matériau 2 par le voile 3. Dans cet assemblage, l'alimentation en solution peut être réalisé par la face supérieure sur le matériau 1, par exemple au moyen de goutte à goutte traditionnel Dans ce cas, sous l'effet combiné de la gravité et de la capilla- rité, la solution passe du matériau 1 au matériau 2 en franchissant le voile perméable. Le contact du matériau 2 avec le sol 4, ou un support imperméable, entraîne habituellement, même en présence d'un drainage, la formation d'un film liquide permanent. Dans le mode de réalisation de l'invention, le voile n'est pas au contact direct avec le film liquide Les ra- cines de la plante, qui ne peuvent atteindre le film li-30 quide en raison de la barrière du voile, doivent se déve- lopper dans un volume plus conséquent pour "chercher" la solution nutritive et sont maintenues dans des conditions d'équilibre air/eau propices à la meilleure croissance. La figure 2 montre un mode d'utilisation du substrat selon l'invention L'ensemble du substrat est disposé dans un "bac" imperméable 5. L'alimentation en solution nutritive des plantes est réalisée à partir d'une canalisation 6 sous pression par un conduit capillaire 7 laissant couler la solution goutte à 9 - goutte sur la partie du substrat 1, dans laquelle les ra- cines se développent Après avoir imbibé le feutre des parties 1 et 2, la solution se rassemble en partie basse o elle forme une nappe continue Dans la forme présentée, un 5 drain 8 permet l'évacuation de l'excès de solution qui est évacué par une gouttière 9 pratiquée sur le support 4. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, les éléments constituant le substrat selon l'invention ne sont plus superposés suivant des directions horizontales. Comme précédemment, le matériau de culture est pré- senté placé dans un bac imperméable 5 La partie 1, des- tinée à recevoir les racines, occupe la quasi totalité du bac à l'exception de l'espace occupé par un élément 2 pré- senté en position verticale et qui peut avoir une forme variable, comme un cylindre, une plaque, etc, élément 2 qui est enveloppé par le voile 3 qui l'isole du contact avec la partie 1. Un capillaire 10 plonge à une extrémité dans une gouttière (ou réservoir) 11 contenant la solution nutri- tive L'autre extrémité du capillaire pénètre dans le ma- tériau 2. L'alimentation en solution est comme précédemment réalisée au moyen d'un goutte à goutte. L'ensemble présenté permet, par un choix approprié des matériaux et du niveau dans la gouttière 11, de contrôler le ratio air/eau dans le matériau 2 et par équilibre dans le matériau 1 L'équilibre hydrique est dynamique La so- lution est introduite en léger excès par le goutte à goutte Elle imprègne les parties 1 et 2 en fonction de leur capacité respective à retenir la solution L'excès de solution est évacué par le capillaire 10 L'équilibre hydrique du matériau 2 est contrôlé par le potentiel hydrique du matériau et par le niveau dans la gouttière 11. Plus la dénivellation h entre la surface libre dans la gouttière et l'extrémité du capillaire 10 est grande, plus faible est la teneur en solution dans le matériau 2 et, par suite, dans le matériau 1. Pour avoir une bonne distribution du liquide dans le matériau 1, il est souhaitable de disposer un élément 2 - offrant une certaine surface de contact Eventuellement, des éléments de dimensions réduites peuvent aussi être utilisés Il est préférable cependant, dans ce cas, de disposer plusieurs de ces éléments à distance les uns des 5 autres dans le matériau 1. Une régulation par capillaire analogue à celle qui vient d'être présentée peut aussi être mise en oeuvre dans un substrat constitué d'éléments horizontaux ou toute autre disposition analogue maintenant le contact qui assure les10 échanges entre les deux parties du substrat. Un mode de réalisation, non représenté, consiste, comme à la figure 2, à disposer le matériau 1 dans lequel s'effectue la culture au-dessus du matériau 2 avec, entre les deux, le voile 3 qui les sépare sur toutes leurs faces15 en contact Dans ce cas, le capillaire 10 est disposé entre la paroi du bac 5 et le feutre 1 et son extrémité s'ouvre dans le matériau 2 Les mêmes mécanismes d'équilibre hydrique que pour le mode de la figure 3 s'établissent à partir du matériau 2 disposé au fond du bac 5. Les matériaux des parties 1 et 2 constituant le sub- strat, ainsi que le voile 3, peuvent être liés les uns aux autres de manière à ne former qu'un seul bloc Ces maté- riaux peuvent aussi être simplement juxtaposés. De préférence, le voile est solidaire d'au moins un des matériaux. Un mode de fixation du voile à au moins une des deux parties du substrat consiste à utiliser un liant analogue à celui liant les fibres du voile ou pour la constitution du feutre minéral.30 Dans les exemples précédents, l'usage des substrats selon l'invention a été présenté ces substrats étant dis- posés dans des bacs Il va de soi que ceci ne constitue qu'un mode d'utilisation Un autre mode d'utilisation par- ticulièrement important est celui dans lequel les substrats35 sont enveloppés d'un film perméable Dans ce cas, l'enve- loppe peut être utilisée pour maintenir en place les dif- férentes parties du substrat les unes par rapport aux au- tres, sans plus de moyen de fixation. La figure 4 représente un mode d'utilisation d'un il - substrat revêtu d'une enveloppe imperméable. Sur cette figure, on a représenté l'ensemble du "pain" de culture associé au "cube" 12 et au "bouchon" 13 Ces différents éléments sont, traditionnellement, utilisés au fur et à mesure de la croissance des plantes pour des rai- sons d'économie d'espace Le bouchon 13, de petites dimen- sions, est utilisé au tout début pour la germination Il est transféré ensuite sur un cube 12 dont les dimensions sont de l'ordre d'une dizaine de centimètres de côté Le cube qui est ordinairement lui-même enveloppé d'un film imperméable 14 est le siège d'un premier développement des racines Lorsque le volume offert par le cube devient insuffisant, celui-ci est placé sur le pain 15 formé selon l'invention. à) Le pain 15 qui constitue le substrat le plus volumi- neux permet d'achever le développement des plantes. Lorsqu'il est enveloppé d'un film 16 imperméable, des ou- vertures sont ménagées à l'emplacement des cubes pour per- mettre le passage des racines Le film, après une première base pour ménager des drains 17. Dans le mode de la figure 4, l'alimentation repré- sentée est analogue à celle de la figure 2 Son f onction- nement est aussi du même type Le goutte à goutte est réa- lisé sur le cube La solution imbibe le cube et passe dans le pain L'excédent de solution, compte tenu des capacités de rétention des différents matériaux, est évacué par l'entaille 17. 12 - REVNDICATIONS 1 Substrat pour la culture hors-sol comprenant une première partie à base de feutres de fibres minérales dans laquelle les racines des plantes cultivées se développent, 5 une seconde partie au contact de la première, dont l'apti- tude à retenir les solutions est au moins égale à celle de la première partie et un voile de fibres hydrophile sé- parant les deux parties et couvrant au moins les surfaces de contact en faisant obstacle au passage des racines entre les deux parties du substrat 2 Substrat selon la revendication 1 dans lequel la première et la seconde parties sont constituées de feutres de fibres minérales. 3 Substrat selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2 dans lequel la première et la seconde partie sont au contact sur toute la section horizontale du substrat. 4 Substrat selon la revendication 3 dans lequel le voile et les deux parties du substrat forment un ensemble monobloc.20 5 Substrat selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2 dans lequel la deuxième partie constitue un élément inséré dans la première partie, séparée de cette dernière par le voile qui l'enveloppe. 6 Substrat selon la revendication 5 dans lequel la deuxième partie est constituée d'un feutre de masse volu- mique supérieure à celle de la première partie. 7 Substrat selon l'une des revendications précédentes dans lequel le voile de fibres de verre a une masse surf a- cique comprise entre 50 et 300 g/m 2.30 8 Substrat selon la revendication 7 dans lequel le voile de fibres de verre est lié avec un latex butadiène- styrène à raison de 5 à 15 % en poids de latex. 9 Procédé de culture hors-sol dans lequel la culture étant conduite sur un substrat selon l'une des revendica- tions précédentes, l'alimentation en solution nutritive est effectuée goutte à goutte sur le substrat, la teneur en solution de la partie du substrat dans laquelle la plante se développe étant réglée par le choix de matériaux des parties 1 et 2 et de leur capacité de rétention (p F) 13 respective. Procédé selon la revendication 9 dans lequel le substrat est placé dans un bac ou une enveloppe imperméable à la solution, un ou plusieurs drains étant ménagés à la base pour l'écoulement de la solution excédentaire. 11 Procédé de culture hors- sol selon la revendication 9 dans laquelle la teneur en solution nutritive est réglée au moyen d'un capillaire dont une extrémité est au contact du matériau constituant la deuxième partie du substrat et l'autre extrémité plonge dans une réserve de solution nu- tritive, le réglage de la dénivellation entre la première extrémité du capillaire et la surface libre de la réserve permettant d'ajuster les conditions de rétention de solu- tion dans la deuxième partie du substrat et, par voie de l conséquence, l'équilibre air/eau dans la première partie. _De