BE1029690B1

BE1029690B1 - Procédé de lutte contre les plantes invasives par traitement thermique conductif

Info

Publication number: BE1029690B1
Application number: BE20215655A
Authority: BE
Inventors: Jan Haemers; Aline Jordens
Original assignee: The Soil Res Lab Sprl
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2023-03-20
Also published as: BE1029690A1; WO2023021057A1; EP4387443A1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement d’un sol infesté par des plantes invasives et/ou par son réseau souterrain (rhizomes, racines, graines) tel que les Renouées du Japon. La présente invention propose un procédé de traitement des sols infestés basé sur la technologie de chauffe par conduction in situ ou ex situ. Les sols infestés sont portés aux températures requises pour détruire le réseau aérien et souterrain des plantes invasives. La présente invention porte sur l’adaptation d’une technologie utilisée en dépollution des sols pour le traitement des sols envahi par des plantes invasives : l’invention concerne un système de chauffe constitué d’unités de chauffage disposés suivant un motif régulier dans la zone à traiter.

Description

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PROCÉDÉ DE LUTTE CONTRE LES PLANTES INVASIVES PAR TRAITEMENT

THERMIQUE CONDUCTIF

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un procédé de lutte contre les plantes invasives au moyen d’un traitement thermique conductif. En particulier, l'invention concerne un système de chauffe constitué d'unités de chauffage ciblant les milieux infestés par des plantes invasives et leur réseau souterrain.

Dela même façon, la présente invention peut aussi être employée pour la stérilisation des sols contaminés par des micro-organismes pathogènes (bactéries, virus, champignons. ).

CONTEXTE DE L'INVENTION

Une plante invasive est définie comme toute plante exotique introduite dans un écosystème et pouvant y engendrer des nuisances environnementales, économiques ou pour la santé humaine. Les plantes invasives représentent une menace pour la biodiversité. En effet, elles participent à la disparition d'espèces locales par competition ou hybridation et perturbent ainsi l'écosystème dans lequel elles s'établissent.

L’invasion de milieux par des plantes exotiques a un important impact économique : elle participe à la diminution de rendements en agriculture, à l'érosion de berges où elles s'installent — pouvant entrainer des inondations - et provoque également des dommages infrastructurels. Les terrains à bâtir présentant une espèce invasive subissent une forte dépréciation de valeur. Aujourd’hui de nombreux efforts sont déployés pour la restauration des milieux colonisés.

Un exemple d'espèce invasive sévissant actuellement, notamment en Europe, est la

Renouée du Japon (Fallopia Japonica). La Renouée du Japon, originaire d'Asie de l’est, est une plante herbacée introduite en Europe au début du 19ème siècle comme plante ornementale, fourragère et mellifère. Elle a ensuite été introduite en Amérique du nord, Australie et Nouvelle Zélande. Dans un nouvel environnement sans espèces pathogènes, parasites ou phytophages capables de réguler son expansion, la renouée du Japon fait aujourd’hui partie des 100 espèces les plus problématiques dans le monde, répertoriées dans la Global Invasive species database.

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L'avantage compétitif de la Rénouée du Japon, menant à la disparition d'espèces indigènes et à la diminution de biodiversité, s'explique par différents points :

La Renouée du Japon est une plante qui s’installe dans les milieux humides et se propage principalement de façon végétative, au moyen de rhizomes. Son système racinaire forme un réseau horizontal dense et relativement profond, pouvant aller jusqu’à 7 m en profondeur et s'étendre horizontalement jusqu’à 15-20 m autour du pied.

La Renouée du Japon possède un feuillage abondant avec des feuilles présentant de grandes superficies, de 5 à 12 cm de long et 5 à 8 cm de large. Ces feuilles épaisses laissent difficilement passer la lumière ce qui lui donne une propriété ombrageante vis-à-vis des espèces concurrentes.

Par ailleurs, la Renouée du Japon produit des substances allopathiques à base de dérivés phénoliques provoquant la nécrose des plantes avoisinantes.

Les moyens de lutte existants contre les plantes invasives - et par exemple contre la

Renouée du Japon - sont divers. La plupart des techniques de lutte ciblent la biomasse aérienne, la lutte la plus courante étant la fauche. D'autres techniques ont été développées : déploiement d’une bâche opaque sur les plants pour restreindre l’accès à la lumière, désherbage thermique, lutte biologique par insertion de prédateurs herbivores, etc. Néanmoins, ces techniques se sont montrées peu efficace de par la capacité de la plante à regénérer de nouveaux plants à partir du système de racines et de rhizomes développé.

Pour pallier ces contraintes, l’excavation, méthode généralement coûteuse, vise à éliminer une population de plantes invasive — ainsi que leur système racinaire - en une intervention. Néanmoins, les techniques d’excavation de zones envahies ont également montré leurs limites. En effet, le réseau de racine et de rhizome étant dense, étendu et profond, la zone à excaver est difficile à délimiter et la totalité des rhizomes peut ne pas être retirée. Une fraction de 1cm de long de rhizome est capable de regénérer un plant viable et de nouvelles pousses. Par ailleurs, l’excavation produit des déchets à évacuer et stocker ou traiter ainsi qu’un risque de dissémination desdites plantes invasives.

D'autre méthodes de lutte, tels que le traitement chimique ou biologique, ciblent les parties sous-terraines de la plante. Parmi des exemples de l’art antérieur à ce sujet,

WO2013/023294A1 propose une technique d'injection de solution saline ciblant les rhizomes et racines pour contrôler la propagation de plantes invasives.

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Par ailleurs, il existe des températures critiques maximales et minimales auxquelles les parties aérienne et souterraines d’une plante ne peuvent subsister. Le brevet

EP2409566A1 présente une technique innovante de destruction plants et graines de plantes invasives par congélation du sol infesté en utilisant un cryogène tel que l'azote. Un autre moyen de lutte serait le traitement par la chaleur. En effet, les parties souterraines de plantes invasives sont sensibles aux températures élevées. II a par exemple été démontré que 60°C était la température létale pour un rhizome de Renouée du Japon.

La présente invention présente un procédé de lutte contre les plantes invasives par la chauffe, ciblant ainsi les parties souterraines des plantes et dans le but d'empêcher leur reproduction végétative et sexuée.

Chauffer via conduction thermique est une des techniques utilisées dans le domaine de la dépollution des sols par désorption thermique (WO2001078914A8). Avec cette technique, l'énergie provenant de tubes de chauffes se propage radialement dans le sol par conduction.

Cette technique comporte l'avantage de chauffer de manière homogène le sol à des températures élevées peu importe l’hétérogénéité du sol. En effet, la conductivité thermique a la particularité de ne pas fluctuer par des grands ordres de grandeur avec les matériaux présents dans le sol. De ce fait, la conduction thermique est beaucoup plus efficace que d’autres méthodes de transfert de chaleur dans le cas de sols hétérogènes.

Cette technique est applicable ex situ et in situ. Pour ce qui est de la chauffe ex-situ, le sol excavé est utilisé pour former des piles ou placé dans des conteneurs qui sont traités thermiquement. Avec la chauffe in-situ, les tubes de chauffe sont directement insérés dans le sol infesté permettant ainsi d'éviter l’excavation et le transport des terres. Ceci permet aussi de traiter des sols dans des endroits restreints et/ou avec un accès limité tel que des sites éloignés, des sites en zones urbaines, le long — d'habitations, etc. De manière générale, cette technique est rapide et a un impact environnemental réduit.

DESCRIPTION BRÈVE DES FIGURES

Figure 1 : Section verticale d’un sol infesté avec des puits de chauffage (In situ)

Figure 2 : Configurations possibles de tubes de chauffe dans un sol à traiter

Figure 3 : Exemple de configuration de traitement ex situ de sol à traiter

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Figure 4 : Exemple de mise en œuvre - tube externe à ailettes

La légende des figures est la suivante : 1. Air chaud /gaz de combustion 2. Tube de chauffe interne 3. Tube de chauffe externe 4. Couche Isolante 5. Sol infesté 6. Tube senseur de température 7. Puits de chauffe 8. Brûleur 9. Conteneur 10. Ailettes

DESCRIPTION DETAILLÉE DE L'INVENTION

Le terme « sol infecté » décrit ici tout type de sol ou matériaux présentant une espèce invasive telle que les renouées asiatiques ou autres, sous forme de plants, de graines, de racines ou de rhizome. II décrit ainsi tout type de sol ou matériau présentant un composé pathogène ou toxique.

L'invention présente une technique utilisée dans la dépollution des sols (WO2016062757A1 et US7618215B2 sont reconnus comme art antérieur de l'invention), et adaptée au traitement de terres infestées par des plantes invasives, basée sur l'augmentation de la température de la terre par insertion de tubes de … chauffe permettant la circulation de gaz chauds (gaz de combustion), provenant d'un bruleur, dans deux tubes concentriques (BE1024596B1). Avec cette technique, l'énergie provenant de tubes de chauffe se propage radialement dans le sol par conduction. La conduction thermique permet de chauffer le sol à des températures dépassant les 350°C.

Dans le cadre du traitement des sols infestés par des plantes invasives, le sol est chauffé jusqu'à une température comprise entre 50°C et 100°C, préférentiellement à une température comprise entre 60°C et 80°C.

La conductivité thermique a la particularité de ne pas fluctuer par des grands ordres de grandeur avec les matériaux présents dans le sol. De ce fait, la conduction thermique est beaucoup plus efficace que d'autres méthodes de transfert de chaleur dans le cas de sols hétérogènes.

La présente invention concerne un système avec un certain nombre de tubes thermo- conducteurs (2) (3) placés dans un sol infesté (5). Les tuyaux sont en communication avec une source de chaleur (8) engendrant la circulation d’un fluide chauffé (1) au travers des tubes : du tube de chauffe interne (2) au tube de chauffe externe (3), 5 entrainant l'élévation de la température du sol environnant (5). Des tubes, dits tubes senseurs de température (6) sont placés à intervalle régulier dans la masse de sol infectés et monitorent la montée en température. Avec un système de collecte et d'analyse de données adéquat, ces tubes permettent un suivi du traitement.

Les tubes sont disposés selon un motif dans le sol infesté de manière à obtenir le chauffage le plus uniforme tout au long du motif. Un modèle régulier de tuyaux (7) peut être utilisé, tel que triangulaire (Figure 2a), carré (Figure 2b), rectangulaire, hexagonal (Figure 2c), etc. choisi pour couvrir sensiblement la zone infestée. Les motifs triangulaires sont préférés car ils offrent la meilleure efficacité thermique. La température dans le sol est augmentée en faisant circuler un fluide chauffé (1) à travers les tuyaux (2) (3). La superposition du flux de chaleur de tous les tuyaux se traduit par une augmentation plus uniforme de la température dans le motif. II sera clair que le nombre de tubes (7) appliqués dans le sol, l'espacement, la position relative des tubes, peuvent varier en fonction des contraintes du projet et / ou du temps souhaité pour atteindre la température cible et / ou du type de sol et / ou des considérations économiques. Dans un mode de réalisation préféré, la distance entre deux tuyaux adjacents est comprise entre 1,5m et 3m.

Les tubes (2) (3) comprennent de préférence des tubes en un matériau résistant à la chaleur tels que, mais sans s'y limiter, l'acier, le métal ou la céramique. Les tubes peuvent avoir toute forme de coupe transversale souhaitée, y compris, mais sans s'y limiter, triangulaire, rectangulaire, carré, hexagonal, ellipsoïdal, rond ou ovale. De préférence, les tubes ont une forme transversale sensiblement ellipsoïdale, ronde ou ovale. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, les tuyaux ont une forme transversale sensiblement ronde et ont un diamètre qui est compris entre 50 et 200 mm et de préférence entre 80 et 180 mm. Les tubes ont une longueur comprise entre 3 et 30 m mètre, et de préférence entre 6 et 18 m.

Deux modes de fonctionnement sont présentés : dans un mode de réalisation préféré, les tubes sont placés verticalement, directement dans la zone infectée d’un site = (Fonctionnement in-Situ, Figure 1) ; dans un second mode de réalisation préféré, les éléments chauffants horizontaux sont disposés sur des matériaux infestés excavés

6 BE2021/5655 et montés sous forme d’une pile et/ou contenus dans un conteneur (Fonctionnement ex-situ — Figure 3).

Fonctionnement in-situ (ISTD) — Figure 1

En mode de fonctionnement ISTD, aucune excavation des terres n’est requise et la technologie de dépollution est directement intégrée dans le volume de terre pollué.

Un forage de la profondeur requise est performé pour pouvoir insérer les tubes de chauffe (2) (3) dans le sol. La répartition des puits de chauffe (7) ainsi que

Vinterdistance entre ceux-ci est variable et choisie pour optimiser la chauffe du sol.

Une fois en terre, les tubes de chauffe sont surmontés d’une tête de combustion ou d’un brûleur (8) et connectés au réseau de fuel et au réseau électrique. Un circuit central, composé d’un extracteur (ventillateur), collecte les gaz de combustion et les achemines vers une cheminée.

Une couche isolante (4) peut-être déployée sur la surface de la zone à traiter afin de diminuer les pertes thermiques et d'augmenter l'efficacité de la chauffe.

Fonctionnement ex-situ (ESTD) — Figure 3

En mode de fonctionnement ESTD, les terres infestées (5) sont excavées puis traitées sur place ou bien déplacées jusqu’à un site désigné comme site de dépollution. Les terres sont alors utilisées pour former des monts, des piles ou placées dans des conteneurs (9) permettant un traitement par « batch ». Les tubes de chauffes (2) (3) sont insérés en position horizontal par rangés au travers de la pile avec, de nouveau, une répartition permettant de chauffer au mieux l’entièreté du volume de terre infestées. Dans un mode de réalisation préféré, les piles de terres seront recouvertes d’une couche de béton et d’une couche d'isolant (4) pour consolider la pile et limiter les pertes de chaleur. Dans un mode de réalisation préféré, des tubes échangeurs sont placés dans la pile entre deux rangés de bruleur. Ces tubes permettent d'utiliser la chaleur des gaz de combustion pour renforcer l’échange de chaleur par conduction thermique avec le sol.

Pareillement au fonctionnement en in-situ, les tubes de chauffe sont surmontés d’une tête de combustion ou d’un brûleur (8) et connectés au réseau de fuel et au réseau électrique. Un circuit central, composé d’un extracteur (ventillateur), collecte les gaz de combustion et les achemines vers une cheminée.

Par rapport aux techniques de l’art antérieur utilisées dans la dépollution des sols (WO2016062757A1, US7618215B2, BE1024596B1), la présente invention se distingue de part l’absence de système de récupération des vapeurs générées par la

7 BE2021/5655 chauffe des sols. En effet, dans le cas de l’utilisation de la chaleur pour traiter un sol pollué, des tubes dits tubes vapeurs mis sous dépression, ont pour rôle de récupérer les vapeurs générées et contenant les polluants désorbés thermiquement présents sous forme vapeur. Ces tubes sont entourés de gravier, afin de permettre une aspiration homogène des vapeurs du sols et sont connectés à une unité de traitement des vapeurs. Dans le cas de l’utilisation de la chaleur pour traiter un sol infesté, ce dispositif n’est pas nécessaire.

Dans un mode de réalisation préféré, les tubes lisses sont directement insérés dans le sol, avec ou sans étape préalable de forage. Dans un autre mode de réalisation préféré, le tube externe possède des ailettes (10) facilitant l'insertion directe dans le sol et augmentant la surface de contacte présente permettant la conduction de la chaleur au sol (figure 4).

Claims

8 BE2021/5655 REVENDICATIONS

1. Méthode, in situ ou ex situ, de destruction de plantes invasives, en particulier de la Renouée du Japon, par traitement thermique conductif des sols infestés.

2. Méthode telle que décrite dans la revendication 1, caractérisée par un réseau de tubes chauffants disposés suivant un motif régulier dans la zone à traiter.