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PERFECTIONNEMENTS A DES AGENTS DE CONDITIONNEMENT DU SOL, AU SOL STABILISE PAR CEUX-CI ET A UN PROCEDE POUR CE CONDITIONNEMENT.,
La présente invention se rapporte à des procédés d'amélioration de la structure physique des sols Elle se rapporte plus particulièrement à des améliorations du sol en vue d'augmenter les rendements des récoltes et d'empêcher l'érosion naturelleo
La présente invention se rapporte à un agent de conditionnement du sol contenant un polyélectrolyte polymérisé soluble dans l'eau dont le poids moléculaire est d'au moins 10.000 et une chaîne carbonée continue sensiblement linéaire obtenue par la polymérisation d'un groupe aliphatique non saturé,
les polyélectrolytes en question ne comprenant pas les polymères des dérivés de' '-1-'acide .,acrylique, les polymères des dérivés de l'acide méthacrylique, et lès copolymères des dérivés de l'acide maléique.
La présente invention se rapporte également à un agent d'amélio- ration des terres de culture contenant des produits nutritifs pour les plan- tes et l'agent de conditionnement nouveau du solo
L'invention se rapporte encore au sol stabilisé obtenu par l'ad- dition du nouvel agent de conditionnement ou du nouvel agent d'amélioration du sol.
L'invention concerne enfin un procédé de conditionnement du sol qui consiste à ajouter à celui-ci, de 09001 à 2 % en poids des nouveaux agents de stabilisationo
L'utilité finale et les propriétés avantageuses des surfaces du sol et des couches inférieures du sol dépendent sensiblement de la structure physique du sol en question. Bien que la plupart des sols possèdent le degré de fine subdivision nécessaire à la croissance des plantes, beaucoup d'entre eux n'ont pas d'autres propriétés physiques qui permettent la croissance et le développement convenables des plantes, ainsi que l'accomplissement conve-
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nable de leurs différentes fonctions. En plus des produits nutritifs pour la plante, le sol doit disposer d'une amenée continuelle d'air et d'humidité.
Des sols pauvres peuvent être détrempés par l'eau pendant les saisons humi- des, ce qui exclut l'accès de l'air nécessaire pour la croissance et le dé- veloppement optima des plantes. Des sols de structure pauvre peuvent perdre leur humidité trop rapidement par évaporation à la surface en raison'd'une action capillaire trop poussée, et les plantes qui y croissent se trouvent privées de l'apport continu et abondant d'humidité qui est nécessaire. Ce dernier effet devient excessif dans des sols fortement tassés où la crois- sance des racines et des tiges se trouve retardée en raison des conditions de croissance défavorables.
Les sols de structure pauvre sont soumis à une rétraction qui provoque un entassement indésirable, spécialement sous la for- me d'une croûte de surface, et produit des fentes ou fissures qui augmentent encore la vitesse de transfert de l'humidité du sol à l' atmosphère. En outre, le sols pauvres présentent fréquemment une germination insuffisante des se- mences que l'on y plante., ce qui est dû à l'absence, soit de l'air, soit de l'humidité nécessaires à la germination normale.
On sait également que des sols de structure pauvre sont sujets à l'érosion parce que, lorsqu'ils-sont soumis à des chutes de pluie, ils de- viennent bourbeaxx et que l'excès d'eau s'écoule à la surface du sol ou dans des rigoles limitées. Cette eau de surface entraîne avec elle les particules fines du sol, ce qui .se traduit par le déplacement de grandes quantités de terres utiles. La plus grande partie des dommages que subissent des sols de mauvaise structure peut être attribuée directement aux chocs de gouttes de pluie qui désintègrent les agrégats existant en fragments plus petits et plus faciles à entraîner.
La quantité d'eau en surface s'accroît à la fois par le fait que le sol ne peut l'absorber en surface et par le fait qu'il est impos- sible au sol de constituer un milieu pouvant transférer l'eau dans les mas- ses sous-jacentes de terre ou aux cours d'eau naturels.
Le problème d'augmenter la valeur des terrres et celui d'empêcher l'érosion peuventêtre tous les deux résolus, au moins en grande partie en pré- voyant un moyen permettant d'améliorer la structure physique du sol. Lorsque le sol est labouré et ratelé, il est possible de réaliser une structure meu- ble qui retient mieux l'humidité et contient suffisamment d'air pour la pros- périté des plantes. L'amélioration de la structure du sol par le labour ne se maintient pas longtemps et l'action de la pluie et du soleil provoquerra- pidement son affaissement sous forme d'une structure compacte et dense pré- sentant une croûte dure imperméable, ce qui lui fait perdre ses propriétés désirables.
Lorsqu'on cultive le sol pendant un certain nombre d'années et spécialement lorsqu'on lui ajoute des produits fertilisants organiques, ce sol peut atteindre graduellement une structure satisfaisante de caractère plus permanento On suppose que le perfectionnement de la structure est dû aux produits variés d'un humus contenant des polysaccharides qui est produit par les bactéries du sol qui décomposent les produits d'addition organiques.
La structure améliorée du sol permet la présence de quantités plus importan- tes d'air et le maintien d'une alimentation plus uniforme en humidité dans le sol,ce qui constitue un milieu plus approprié pour la culture ultérieure des bactéries du solo Grâce à ce procédé, la structure du sol s'améliore donc par un procédé cumulatif. Etant donné que des sols constitués par de l'argile et de la terre glaise lourde peuvent demander de nombreuses années pour acquérir une structure satisfaisante, il est désirable de mettre en oeu- vre un moyen accélérant la formation de terres fertiles. Le développement d'une bonne structure par la culture mécanique intense n'est pas seulement de courte durée, mais est encore fréquemment nocif aux plantes en cours de croissance, par suite de l'absence de racines profondes d'alimentation.
Si l'on réussit à obtenir l'amélioration permanente de la structure sans briser mécaniquement les couches en surface, la vitesse de croissance et les ren- dements des récoltes sont encore améliorés.
Le but principal de la présente invention est de prévoir un mo- yen pour développer rapidement la structure du sol grâce à des produits d'ad- dition synthétiques. Un autre but de l'invention est de prévoir un moyen
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pour améliorer le rendement de culture des sols et en particulier des sols présentant normalement une structure pauvre. L'invention a encore pout but de prévoir un moyen permettant d'empêcher l'érosion aux surfaces exposées du sol. L'invention a encore pour but d'obtenir des substances synthétiques qui permettent simultanément d'améliorer les caractéristiques du sol vis-à-vis de l'érosion et le développement de récoltes appropriées.
Les particules fines des terres présentant une bonne structure permanente sont agglomérées en masses ou mottes plus grosses, qui permet- tent l'accès facile de l'air dans leurs interstices et, en même temps, re- tiennent l'humidité sous une forme utile dans le cors même des mottes. Un sal de cette structure ne perd pas excessivement son humidité par évapora- tion en raison de l'effet d'insulation des espaces ou des pores non capil- laires contenant de l'air très humide qui empêche une action capillaire ex- cessive. Un tel sol ne se rétracte pas, ne forme pas de fissures ni de cra- quelures par séchage et retient une couverture d'humus naturelle qui réduit l'évaporation. Ainsi, la teneur optimum d'humidité et d'air peut être con- servée pendant des périodes de temps prolongées.
La mise en oeuvre de la présente invention pour-le développement d'une bonne structurel du sol, grâce à des produits d'addition synthétiques peut se faire dans une grande variété d'applications. Elle est utile pour l'amélioration rapide des terres de jardin, spécialement sur des-surfaces où un sous-sol non fertile a été mis à jour. Elle est également utile pour améliorer des terres moyennes,,spécialement sur des emplacements où l'on ne dispose pas de fertilisants organiques. Elle est encore utile pour permet- tre la croissance des récoltes de racines sur des surfaces où le sol glai- seux-fortement compact empêche le développement normal des plantations. Elle est encore utile dans des régions semi-arides où la rétention de l'humidité du sol et la réduction de l'évaporation solaire sont désirables.
Elle est également utile pour la croissance des cultures de couverture; sur les bas- côtés des routes, les zones de remblais et les terres étagées où il faut surveiller l'érosion jusqu'à ce que ces cultures soient bien établies' En outre, l'invention est utile pour empêcher l'érosion des zones où la végéta- tion de surface a été détruite par des phénomènes naturels ou par une mau- vaise utilisation du solo D'autres avantages de la présente invention qui découlent de l'amélioration de la structure normale du sol sont également à prendre en considération.
Conformément à la présente invention, on a trouvé que des sols, et en particulier la terre glaise et la glaise sablonneuse de structure pau- vre, peuvent être grandement améliorés par l'addition de traces de polyélec- trolytes polymères solubles dans l'eau dont le poids moléculaire est d'au moins 10.000 et qui contiennent une chaîne carbonée continue sensiblement linéaire,obtenue grâce à la polymérisation d'un groupe non saturé alipha- tique, polyélectrolytes qui ne sont pas des polymères des dérivés des aci- des acrylique ou méthacrylique, ni des copolymères des dérivés de l'acide maléique.
Les polyélectrolytes appropriés de ce type sont les dérivés sul- fonés des hydrocarbures., comme par exemple le sel sodique du polystyrène sul- foné ; les polymères d'amines non saturées, comme par exemple la polyvinylpy- ridine et les sels aminés de la polyvinylamine ; enfin, les polymères d'ami- des non saturées, comme par exemple la poly-N-vinylacétamide et la polyvi- nyl-pyrrolidone.
Ainsi, les différents polyélectrolytes du type décrit ci-des- sus sont des polymères éthyléniques comportant de nombreuses chaînes laté- rales réparties au long d'une molécule sensiblement linéaire et continue d'atomes de carbone. Les chaînes latérales peuvent être constituées par des groupes hydrocarbures, des groupes d'acide carboxylique ou par leurs dérivés, des groupes d'acide sulfonique ou leurs dérivés,. par de l'acide phosphoni- que ou ses dérivés, par des groupes hétérocycliques. d'azote, des groupes aminoalkyl, des radicaux alkoxy et d'autres groupements organiques, le nom- bre de ces groupes ainsique les proportions relatives, des groupements hydro- phile et hydrôphobe étant tel qu'ils forment-un composé polymérisé soluble dans l'eau possédant un nombre de radicaux ionisables réellement important.
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La longueur de la chaîne carbonée continue doit être telle que les composés aient un poids moléculaire moyen d'au moins 10.0000
L'expression "polymères solubles dans l'eau", utilisée au cours de la présente description, se rapporte à ceux qui forment des mélanges ho-' mogènes avec l'eau, aux polymères difficilement solubles qui se dilatent en présence d'eau et se dissolvent au moins à un certain degré, et même à ceux qui sont apparemment insolubles dans l'eau distillée, mais qui ont tendance à se dissoudre dans l'eau du sol. Cette solubilité permet le mouvement des molécules au sein de la masse de terre par l'intermédiaire de l'humidité du sol.
Bien que la plupart des polyélectrolytes décrits ci-dessus soient de nature hydrophile et ne confèrent pas au sol des propriétés repoussant l'eau, il existe un certain nombre de polymères qui, même solubles dans l'eau, rendent le sol réfractaire à l'eau lorsqu'on en utilise des quantités excessives. Ces polymères sont ceux qui possèdent des chaînes ramifiées de poids moléculaire relativement élevé ou qui ont un nombre minimum de groupes ionisables. Bien que des compositions de ce genre ne présentent qu'un inté- rêt secondaire, elles sont cependant entièrement efficaces pour produire une structure améliorée et, lorsqu'on les ajoute en proportions soigneusement contrôlées, on peut éviter la propriété indésirable du sol traité de repous- ser l'eau.
On peut ajouter au sol les polymères décrits ci-dessus à concurren- ce de 0,001 à 2 % en poids de la surface cultivable, mais on obtient les meil- leures résultats en utilisant de 0,01 à 0,2 %.
Pour obtenir l'effet favorable maximum, le poids moléculaire du polymère présente une certaine importance. On constate que des poids molécu- laires dépassant 100000 sont désirables et que la meilleure pratique deman- de des poids moléculaires supérieurs à environ 150000. Avec certains polymè- res, on atteint l'effet maximum avec un poids moléculaire compris entre 30.000 et 100.000, et un nouvel accroissement des poids moléculaires ne donne pas d'amélioration nouvelle, bien qu'on ne constate pas de réduction sensible.
Des polymères à liaison transversale sont efficaces, bien que l'on préfère utiliser les polymères linéaires.
On peutajouter les polymères directement aux terres, si on le désire, mais il est généralement plus pratique d'ajouter les polymères avec un diluant ou un support, qui peut être un solvant comme par exemple l'eau, ou un support solide tel que la sphaigne, la pierre à chaux, le sable, l'ar- gile ou d'autres fertilisants minéraux,ensilages ou autres substances fer- tilisantes ou améliorant le sol. Lorsqu'on les mélange à un produit nutritif pour les plantes, on observe des effets avantageux supplémentaires dans la vitesse de croissance des plantes sur le sol traité. Les sols améliorés à l'aide d'un fertilisant contenant les polymères permettent une croissance plus rapide et plus abondante des récoltes que celles que l'on obtient lors- qu'on utilise le fertilisant seul.
L'utilisation dans les plantations de n'importe lequel des produits fertilisants connus contenant des produits nu- tritifs basiques, tels que l'azote, le phosphore et le potassium, et des traces de certains éléments,tels que le bore, le manganèse, le magnésium, le molybdène, le cobalt et le fer, peut être améliorée grâce à l'addition des polymères d'amélioration de structure décrits ci-dessus.
Le copolymère peut posséder des groupements chimiques actifs, comme par exemple celui d'un anhydride d'acide, d'un carboxyl, d'un hydro- xyl ou d'autres groupes qui peuvent se combiner avec les différents compo- sants acides ou basiques que l'on peut y ajouter. Ainsi., par exemple, les sels métalliques ou la chaux de la composition fertilisante peuvent réagir avec les groupes polymères acides; de même, les radicaux hydroxyl ou amino des polymères peuvent se combiner avec les radicaux acides du fertilisant.
Les polymères modifiés par ces réactions parallèles sont considérés comme entrant dans le' cadre de la présente invention.
Conformément à la mise en oeuvre de la présente invention,- on peut
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conditionner les sols, et en particulier les sols de structure pauvre, en dis- persant intimement le polymère dans le sol, ce que l'on peut faire en ajou- tant le polymère et en le mélangeant par bêchage, travail au cultivateur, au brise-mottes ou au pulvérisateur, ou grâce'à d'autres procédés de mélange habituellement utilisés dans l'agriculture. Les polymères semblent réagir par l'intermédiaire de l'eau du sol et, à moins que le sol ne soit desséché, il s'y trouve suffisamment d'humidité pour obtenir l'incorporation efficace.
Souvent, il est avantageux d'utiliser l'humidité supplémentaire qui provient d'une chute de pluie ou obtenue artificiellement par un procédé d'arrosage ou d'irrigation. Lorsqu'on a recours à l'humidification supplémentaire, il est désirable que les polymères soient entièrement mélangés avant l'humidifi- cation. Après la dispersion du polymère dans le sol, il est parfois avanta- geux de travailler celui-ci, ce qui donne lieu à la formation d'agrégats sta- bles de la dimension désiréeo Les polymères que l'on ajoute à la surface du sol se dispersent finalement dans celui-ci et sa structure s'en trouve amé- liorée, mais cette manière de faire demande un temps assez long avant que l'amélioration effective se manifeste.
Dans ce dernier cas, la substance po- lymère se répand dans le sol, grâce à l'humidité de celui-ci aidée par les cycles naturels de mouillage et de séchage, et de gel et de dégel.
Dans une variante du procédé d'utilisation des polymères, on en prépare des solutions aqueuses et on les'applique au sol sous cette forme.
Ce procédé d'application est particulièrement utile dans le traitement des champs de culture dans lesquels se trouvent en particulier des plants nou- vellement transplantés ou à des terres fraîchement ensemencées. En traitant les surfaces immédiatement voisines des plantes en croissance ou des semen-' ces plantées, on peut réaliser l'agrégation efficace dans les surfaces dé- terminantes sans répandre de polymères sur les surfaces non productives. On a constaté que les solutions de polymère stabilisent efficacement des agré- gats normalement instables, simplement par addition de solutions aqueuses de polymères aux sols cultivés et qu'il n'est pas nécessaire d'avoir recours à une nouvelle opération de mélange ou à une phase d'agrégation séparée.
On va décrire maintenant plus en détail la mise en oeuvre de la- présente invention, grâce aux exemples particuliers donnés ci-après à titre non limitatif.
Exemple 1-
On prépare des polymères solubles dans l'eau et leur dissolution en utilisant les modes opératoires suivants: 1. Hydrophtalate de polyvinyle - On dissout de l'hydrophtalate de polyvinyle dans l'ammoniaque aqueux dilué pour former une solution du sel ammoniacal de ce polymère et on utilise cette dissolution pour effectuer des essais sur le sol.
2. Polyvinyl-Pyrrolidone - On prépare la polyvinyl-pyrrolidone en polymérisant la N-vinyl-pyrrolidone en solution aqueuseo On fractionne le polymère obtenu par précipitation partielle d'une solution de méthanol avec de l'éther. On utilise la fraction de poids moléculaire supérieur pour des essais sur le sol.
3. Copolymère styrène-anhydride itaconique - On prépare un copolymère du sty- rène et de l'anhydride itaconique dans le dichlorure d'éthylène en utilisant comme catalyseur le peroxyde de 2,4-dichlorobenzoyle. On transforme ce produit en sel d'ammonium en le dissolvant dans une solution diluée d'ammoniaque aqueux. On utilise cette solution pour les essais d'agrégation sur le sol.
4. Polystyrène sulfoné - On sulfone un polystyrène de poids moléculaire d'en- viron 65.000 dans une solution de dichlorure d'éthylène en utilisant comme agent de sulfonation une combinaison à raison de 2:1: parties de bis- ss - chloroéthyl-éther et de trioxyde de soufre. Après son isolement, le polysty- rène sulfoné présente un indice de neutralisation de 220, ce qui correspond à la présence d'environ 0,75 groupe sulfonique par groupe phényle. On transfor- me ce polymère en sel sodique pourl'essayer sur le sol.
5. Polyvinyl-Pipérdone - On vinyle la pipéridone avec de l'acétylène, ce qui
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donne la N-vinyl-pipéridone. On polymérise ce produit pour obtenir un polymère soluble dans l'eau-.
6. Copolymère acétate de vinyle-anhydride itaconique -- On copolymérise l'acé- tate de vinyle et l'anhydride itaconique dans une opération de polymérisation du type solvant - non solvant en utilisant comme solvant le dichlorure d'éthy- lène. On charge l'acétate de vinyle et l'anhydride itaconique en proportions de 0,77 :len poids. Le polymère obtenu présente à l'analyse une teneur d'en- viron 37 % en poids d'unités d'acétate de vinyle. On utilise le polymère dans la terre sous forme de son sel d'ammonium.
Tous les polymères ci-dessus sont utiles pour la mise en oeuvre de la présente invention et constituent tous des polyélectrolytes qui sont ionisés sous forme de dispersions aqueuses. Lorsqu'ils entrent en contact avec l'eau, certains d'entr'eux se dissolvent facilement pour former des solutions trans- parentes et visqueuses. D'autres ne sont pas complètement solubles, mais sont gonflés par l'eau, certains fragments étant dispersés colloidalement ou molécu- lairement dans l'eau à un degré suffisant pour donner lieu à l'agrégation. Cer- tains des polymères solubles dans l'eau peuvent être enapparence non affectée par l'eau distillée, mais l'eau du sol contenant des substances acides ou basi- ques en dissolution peut constituer un dissolvant approprié dans la mesure qu'exige la réalisation pratique de la-présente invention.
Pour la solubilité minimum., un temps plus prolongé peut être nécessaire pour donner une agréga- tion complète.
Exemple 2.
On peut déterminer l'effet des polymères sur le pourcentage d'agré- gats stables à l'eau grâce au procédé ci-après. On ajoute 30 cm3 d'eau distil- lée contenant la quantité appropriée de polymère à 100 g de terre connue aux Etats Unis sous le nom "Miami silt loam" pulvérisée pour traverser un tamis de 0,25 mm. On mélange bien le sol et on le fait passer par pression à travers un tamis de 4 mm . Après l'avoir séché pendant deux jours dans une chambre chaude à faible humidité, on souffle de l'air à 50 C sur le sol pendant 10 minutes pour compléter le séchage. On place des échantillons de 40 g sur le tamis su- périeur du jeu de 3 tamis de 0,84 mm, 0,42 mm et 0, 25 mm disposés dans l'or- dre décroissant des diamètres .
On soulève et on abaisse les tamis dans de l'eau sur une distance de 3,75 cm à une cadence de 30 cycles par minute pen- dant 30 minutes. A la fin de ce temps, on retire les tamis, on les laisse sé- cher, on sèche la terre à 80 C et on la pèse. Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-dessous en ce qui concerne le pourcentage d'agrégats sta- bles à l'eau supérieurs à 0,25 mm. Sans addition de polymère, le "Miami silt loam" ne donne généralement pas d'agrégats stables à l'eau.
TABLEAU Pourcent d'agrégats stables à l'eau > 0,25 mm du "Miami Silt Loam" traité par des polymères.
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