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BREVET D'INVENTION aux noms de : Steven M. SCHORR et Richard J. STONER, Jr pour :"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PROPAGATION AEROPONIQUE
DE PLANTES
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Priorité : Demande de brevet déposée aux Etats Unis d'Amérique CÇ le no UI-55-87",] 5-5-0 Y, e, le 6 janvier 1983 sous e â'
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Inventeurs : Steven M. SCHORR et Richard J. STONER, Jr
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La présente invention concerne un procédé et un appareil pour effectuer la propagation de plantes dans des conditions aéroponiques et, en particulier, pour pulvériser de manière intermittente, dans une enceinte, une composition aqueuse de croissance végétale, sous forme d'un brouillard hydro-atomisé, afin de provoquer et entretenir la croissance de racines sur des boutures de plantes et parties végétales du même genre, maintenue en suspension dans cette enceinte.
On connaît de longue date un procédé consistant à entretenir la propagation de végétaux, tels que des boutures, afin de favoriser le développement des structures de racines, tiges et feuilles, dans une enceinte fermée, tout en soumettant la plante à l'action d'un brouillard aqueux contenant des additifs, tels que des agents nutritifs, des engrais et autres substances favorisant la croissance. Un tel procédé est décrit, par exemple, dans le brevet U. S.
No. 2,431, 890, délivré le 2 décembre 1947 à M. A. Raines, intitulé"Procédé et récipient pour la propagation de plantes". Plus récemment, un procédé et un appareil pour la propagation aéroponique de plantes ont été décrits dans le brevet U. S. No. 4,332, 105, délivré le 1er juin 1982 au nom de I. Nir, intitulé"Appareil et procédé pour la croissance de plantes dans des conditions aéroponiques". Le brevet Nir décrit un procédé et un appareil dans lesquels les plantes sont supportées par un organe de support placé au-dessus des racines, ces dernières étant soumises à un brouillard nutritif envoyé dans leur direction, en utilisant des moyens de commande et de distribution pour la régulation de la durée et du rythme des périodes d'application du brouillard.
Comme décrit dans ce brevet, on utilise une pompe pour alimenter diverses buses d'injection de brouillard en fluide aqueux contenant une substance nutritive. En alternance, on utilise de l'eau provenant d'un robinet d'eau. Toutefois, l'eau du
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robinet ainsi pulvérisée ne renferme pas de substances nutritives, pas plus que d'hormones ou autres substances actives.
L'invention a principalement pour but de fournir un procédé amélioré, ainsi qu'un appareil pour effectuer la propagation de boutures de plantes dans des conditions aéroponiques, en appliquant sur les parties de racines de ces boutures un brouillard hydro-atomisé intermittent favorisant la croissance des plantes, constitué par une solution aqueuse de substances nutritives et d'hormones.
Accessoirement, l'invention a pour but de fournir un procédé et un appareil pour la propagation aéroponique de plantes, en utilisant un dispositif d'alimentation par l'eau du robinet sous la pression habituelle, avec un système de robinet de distribution simple, sans nécessiter l'emploi de moyens coûteux, tels que des pompes, pour l'introduction d'agents nutritifs, d'hormones, et autres substances favorisant la croissance végétale dans la chambre de propagation, sous forme d'un brouillard hydro-atomisé.
L'invention a également pour objet de fournir un procédé et un appareil ayant les caractéristiques sus-mentionnées, permettant l'introduction d'une composition aqueuse de croissance végétale dans la chambre de propagation, sous forme d'un brouillard, en utilisant de l'eau du robinet sous la pression habituelle, ainsi qu'un simple venturi d'aspiration de liquide pour l'introduction et le mélange, dans un milieu aqueux, des ingrédients favorisant la croissance.
L'invention a également pour objet de fournir une enceinte de propagation dans laquelle sont disposés une pluralité d'orifices permettant de supporter des boutures en position favorable à la croissance des racines et permettant l'enlèvement ultérieur des boutures portant les racines, sans blesser les plantes.
L'invention a également pour objet de fournir un procédé et un appareil s'adaptant aussi bien à l'utilisation dans des serres commerciales qu'à l'utilisation domestique.
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L'invention a également pour but de fournir un dispositif permettant de raccourcir le temps nécessaire à la propagation, d'augmenter le poucentage de survie des plantes et de produire une plante plus saine, tout en utilisant un espace moindre que les techniques antérieures.
L'invention a également pour objet de fournir un procédé et un appareil permettant la production d'un brouillard à base d'eau et de composition de croissance végétale, obtenu par pulvérisation en utilisant un dispositif de venturi à aspiration de fluide sans nécessiter l'injection pneumatique ou sous pression de la solution par les buses d'injection de brouillard.
Un autre objet de l'invention est de fournir un boîtier simple mais résistant pour constituer l'enceinte désirée, ce boîtier pouvant être facilement ouvert afin de permettre l'examen des plantes en cours de propagation.
D'autres buts, résultats et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple, d'un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention.
Conformément à ce mode de mise en oeuvre, on utilise un appareil de propagation constitué par une enceinte ayant des parties supérieures et inférieures, la partie inférieure comprenant une pluralité de buses de formation de brouillard, et la partie supérieure comprenant une pluralité d'ouvertures permettant l'insertion de boutures dans l'enceinte, afin de les soumettre à l'action d'un brouillard hydro-atomisé contenant une composition aqueuse de croissance végétale. Ces ouvertures sont formées sous forme de cylindres annulaires de support de plantes, faisant saillie vers le haut, et formant un rebord doucement arrondi ou incurvé avec la face supérieure du haut de l'enceinte. Lorsqu'on enlève les plantes de ces ouvertures, après formation des racines, les bords doucement arrondis évitent de déchirer et d'endommager les racines nouvellement formées.
En même temps, les parties des cylindres faisant saillie vers le haut supportent
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les boutures pour permettre leur propagation.
L'alimentation en brouillard contenant des substances nutritives, des hormones ou autres substances favorisant la croissance des plantes est effectuée au moyen d'un dispositif d'aspiration à venturi raccordé à une source d'eau du robinet sous la pression habituelle. Le canal d'aspiration du venturi se prolonge dans un récipient de solution de substances nutritives, hormones ou composition favorisant la croissance, qui est entraînée dans la canalisation d'eau sous l'effet de l'aspiration provoquée par l'écoulement de l'eau du robinet à travers le venturi. On envoie ensuite la solution aqueuse ainsi formée dans une tuyauterie distributrice à partir de laquelle elle est pulvérisée au moyen des buses sous la forme d'un fin brouillard.
Du fait qu'un venturi nécessite une certaine pression et un certain débit pour produire l'effet d'aspiration désiré, et également en raison du fait qu'une buse de formation de brouillard engendre une contre-pression appréciable, on doit utiliser des moyens pour permettre l'action d'aspiration du venturi tout en engendrant un brouillard obtenu par pulvérisation. Un tel brouillard aqueux obtenu par pulvérisation peut être qualifié de brouillard hydro-atomisé.
Bien que la formation d'un fin brouillard soit habituellement effectuée au moyen d'une pompe à haute pression, on a découvert que l'on peut utiliser l'eau du robinet, sous la pression habituelle, en procédant à la vidange préalable du dispositif entre le venturi et les buses de pulvérisation du brouillard. L'effet du courant d'eau sous la pression habituelle du robinet, pour effectuer le remplissage du système, suffit pour aspirer une quantité dosée d'agents nutritifs, hormones ou autres produits en solution, à partir d'une réserve d'une telle substance, dans la canalisation d'eau, entre le venturi et les buses de pulvérisation de brouillard.
On pulvérise ensuite, au moyen des buses, sous forme d'un brouillard très fin, la composition aqueuse favorisant la croissance des plantes, telle qu'une solution d'agents nutri-
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tifs et d'hormones. Au bout d'un intervalle de temps mesuré ou prédéterminé, on arrête l'écoulement d'eau du robinet et on effectue la vidange du dispositif. On répète ensuite le cycle d'opérations. De cette façon, on peut alimenter l'intérieur de l'enceinte en un produit de pulvérisation intermittente d'agent nutritif aqueux, sous forme d'un brouillard très fin, en vue de favoriser la propagation des racines sur les boutures suspendues dans cette enceinte.
Pour la commande du fonctionnement de l'appareil, on peut utiliser un mécanisme de distribution à trois étages, comprenant des organes d'actionnement à solénoïde, agissant à la fois sur la vanne principale d'arrêt dans la canalisation d'eau du robinet et sur une vanne de vidange dans le venturi, et la section du dispositif contenant la composition favorisant la croissance. En faisant fonctionner ces vannes de manière cyclique, on peut effectuer en alternance la vidange et le remplissage du dispositif par la solution de propagation de la croissance végétale, grâce à l'action d'aspiration exercée par le venturi.
Dans le dessin annexé :
La Figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de propagation de plantes conforme à la présente invention ; la Figure 2 est une vue en perspective d'un appareil de propagation de plantes du type représenté à la Figure 1, mais ayant les parties du boîtier séparées, afin de permettre d'en voir l'intérieur ; la Figure 3 est une vue de dessus en plan de l'appareil représenté à la Figure 1 ; la Figure 4 est une vue en coupe, selon le plan indiqué par la ligne 4-4 à la Figure 3 ; la Figure 5 est une vue en élévation de l'appareil de la Figure 1 ;
la Figure 6 est une vue en coupe, selon le plan de la ligne 6-6 de la Figure 5, montrant une vue en plan de la partie inférieure de l'appareil illustré à la Figure 1 ;
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la Figure 7 est un diagramme schématique, partiellement en coupe, illustrant le dispositif d'alimentation en eau et substances nutritives, ainsi que le dispositif de pulvérisation de brouillard, de l'appareil selon l'invention ; et la Figure 8 est un schéma électrique du dispositif de commande électrique du dispositif de tuyauterie illustré à la Figure 7.
En se référant aux dessins, on voit que l'appareil selon l'invention comprend une enceinte 20, de propagation de plantes ou formation de racines, cette enceinte étant composée d'une partie supérieure ou couvercle 21 et d'une partie inférieure ou cuvette 22. On alimente l'appareil en eau du robinet, sous la pression ordinaire de distribution de l'eau du robinet, au moyen d'un tuyau ou conduit 24 raccordé à un dispositif de commande et de venturi 25, monté à l'extérieur de la partie inférieure 22 de l'enceinte.
On alimente l'enceinte 20 en substances nutritives, hormones et autres compositions favorisant la croissance végétale, à travers l'ensemble de commande 25, à partir de récipients 26,28, renfermant ces substances. Un système de tuyauterie provenant de l'ensemble de commande 25 est supporté à l'intérieur de la partie inférieure 22 de l'enceinte, cette tuyauterie étant constituée par une tuyauterie distributrice 29 portant un ou plusieurs embranchements de tuyaux 30 se prolongeant essentiellement dans la direction latérale de l'enceinte et portant des buses de production de brouillard 31. La tuyauterie distributrice 29 traverse la partie inférieure et sort par le côté opposé de l'enceinte, où elle est munie d'un capuchon approprié (non représenté), ce qui permet d'assurer son support dans la partie inférieure 22 de l'enceinte.
Les parois latérales et d'extrémité 32 et 34 des parties de l'enceinte 21,22 sont inclinées, afin de permettre, d'une part, l'écoulement de l'excès d'humidité, et d'autre part, d'emboîter l'une dans l'autre les parties
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de l'enceinte, pour leur entreposage ou leur transport.
Eventuellement, des nervures de renforcement 35 permettent de renforcer ou de rigidifier les parois latérales 34. L'enceinte 20 peut être constituée en tout matériau approprié, par exemple en matière plastique ayant une grande résistance aux chocs.
Afin de permettre de supporter les boutures de plantes pour leur propagation, par exemple la formation des racines, la paroi supérieure 36 de la partie supérieure 21 de l'enceinte présente une pluralité d'ouvertures 38 définies par des cylindres annulaires 39, faisant saillie vers le haut, raccordés à la paroi supérieure 36 par un collet 40 doucement arrondi, avec un rayon de courbure relativement grand. Lorsqu'on retire des ouvertures 38 les boutures portant des racines nouvellement formées, le rayon de courbure des collets 40 permet d'éviter que les bords de ces ouvertures ne déchirent ou blessent ces fragiles racines.
Les appendices cylindriques 39, faisant saillie vers le haut, qui définissent les ouvertures 38, contribuent en outre à éviter l'introduction de matières contaminatrices ou indésirées à l'intérieur de l'enceinte, tout en supportant les boutures avec leurs parties de croissance s'étendant à l'intérieur de l'enceinte.
Les parties supérieure et inférieure 21,22 de l' enceinte sont raccordées entre elles et jointes comme reprété à la Figure 1 au moyen d'un rebord périphérique formant gouttière disposé sur les parois de la partie inférieure, et formé par une lèvre horizontale 42 sur le rebord supérieur de la partie inférieure 22, avec une couronne périphérique 44 s'étendant vers le haut et formant un canal ouvert agencé de manière à pouvoir recevoir le bord inférieur 45 de la partie supérieure. Une telle structure en gouttière permet de faciliter l'ouverture de l'enceinte en inclinant la partie supérieure 21 par rapport à la partie inférieure 22, afin de permettre l'examen du contenu de l'enceinte.
La lèvre 44
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s'étendant vers le haut permet d'éviter le glissement du couvercle 21 par rapport à la partie inférieure 22, et, par conséquent, d'éviter de blesser ou de détruire les boutures de plantes supportées dans la partie supérieure de l'enceinte. Des ouvertures 48 et canaux de vidange appropriées peuvent être pratiqués, selon les besoins, dans la partie inférieure de l'enceinte.
Comme représenté à la Figure 7, l'appareil comprend un système de tuyauterie d'alimentation en eau et composition de croissance, afin de permettre l'alimentation de l'intérieur de l'enceinte de formation de racines en brouillard aqueux hydro-atomisé intermittent contenant des substances nutritives, des hormones, des engrais, ou autres compositions favorisant la croissance végétale, ainsi qu'un dispositif de commande à solénoïde électrique, tel que représenté à la Figure 8. Concernant, tout d'abord, le système de tuyauterie, on voit que le tuyau 24 d'alimentation en eau du robinet est raccordé par l'intermédiaire d'une vanne principale 51 commandée par solenoide, et d'une vanne de contrôle 52, à un ensemble venturi 54.
La sortie du venturi 54 est raccordée à la tuyauterie distributrice principale 29 de l'enceinte de formation de racines, puis au tuyau de raccordement 30, et aux buses d'injection de brouillard 31.
L'orifice d'aspiration 56 du venturi est alimenté, par l'intermédiaire d'une vanne de contrôle 55, en compositions favorisant la croissance végétale, telles que des solutions de substances nutritives et d'hormones promotrices de croissance de racines, provenant de réservoirs 26 et 28, en passant par des canalisations appropriées. Un orifice de vidange 58 du venturi est raccordé, par l'intermédiaire d'une vanne de vidange 59 commandée par solenoide, à un conduit d'évacuation ou vidange 60 pouvant être raccordé au fond de. l'enceinte 20 de formation de racines, ou être directement relié à un tuyau d'écoulement.
Il est à remarquer que les récipients contenant la substance nutritive et/ou les hormones doivent être placés au-dessous du niveau du venturi 54
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afin d'éviter le siphonnageou la vidange de substances nutritives ou d'hormones lors de chaque vidange du système, ce qui provoquerait une perte de ces substances de valeur.
Le venturi 54 consiste en un ensemble venturi à aspiration, du type habituel, comprenant un boîtier 61 formant une chambre d'entrée 62 relativement grande, s'ouvrant par l'intermédiaire d'un rétrécissement ou orifice 63 dans une chambre d'aspiration 64 relativement petite, qui est elle-même raccordée à l'orifice de sortie 65 et à l'orifice d'aspiration 56 du venturi. Comme ensemble venturi, on peut, par exemple, utiliser celui qui est fabriqué et mis dans le commerce par la société Hyponex Company, Inc., et qui est décrit dans le brevet U. S. No. 2,215, 132.
En actionnant tour à tour la vanne principale 51 et la vanne de vidange 59 au cours d'un cycle d'opérations, on effectue périodiquement la vidange du venturi et du système de tuyauterie placé en aval de celui-ci, et le remplissage subséquent du venturi et du système de tuyauterie en solutions de substances nutritives ou d'hormones favorisant la pousse des racines, qui sont aspirées dans le venturi, d'où elles passent dans le système de tuyauterie permettant la distribution de brouillard atomisé dans l'enceinte de formation de racines.
Pour effectuer la vidange du système, on ferme la vanne principale 51 commandée par so- glénoïde, et on ouvre la vanne de vidange 59, également commandée par solenoide. Cela permet la vidange de tout le liquide du venturi 54 et du système de tuyauterie disposé en aval, y compris la tuyauterie distributrice 29. Après vidange du liquide, on désexcite le solénoïde de vidange et on ferme la vanne de vidange 59.
Le cycle est ainsi terminé, et on excite le solé- nolde principal de façon à ouvrir la vanne principale 51.
L'eau s'écoule à travers le venturi 54 dans le système de tuyauterie de l'enceinte de formation de racines, le venturi 54 fonctionnant de manière à aspirer les solutions de substances nutritives, hormones, ou autres substances favorisant
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la croissance végétale dans le courant d'eau. La solution aqueuse de substances favorisant la croissance, substances nutritives ou hormones promotrices de la pousse des racines, est ensuite pulvérisée, sous forme d'un fin brouillard hydroatomisé, par les buses de pulvérisation 31. Au bout d'une période de durée connue, on ferme à nouveau la vanne principale 51, et on ouvre la vanne de vidange 59 afin d'effectuer la vidange du système, et le cycle se répète.
Pour effectuer la commande du cycle d'opérations, on utilise un interrupteur de distribution, consistant en un interrupteur 70 de distribution à trois étages, qui comprend un commutateur 71 actionnant un interrupteur 72 du solénoïde de la vanne principale, et un interrupteur 74 du solénoïde de la vanne de vidange. Le premier étage du distributeur engendre une durée de cycle de l'ordre de 2,5 minutes. Le deuxième étage engendre un cycle d'injection de l'ordre de 12 secondes, qui est déclenché au cours du cycle total dont il constitue le début. Le troisième étage fournit le cycle de vidange, dont la durée est d'environ 40 secondes, et qui est déclenché au cours du cycle d'ensemble, immédiatement après le cycle d'injection.
La durée de ces cycles peut être réglée à volonté, ce qui permet le réglage de l'alimentation du venturi en substances nutritives. Le solénoïde 75 de la vanne principale est raccordé à la vanne principale 51, alors que le solénoïde de vanne de vidange 76 est raccordé à la vanne de vidange 59. Un interrupteur principal 78 permet d'enclencher le dispositif, l'alimentation électrique étant fournie par une source de courant 79 de type habituel, sous 110 volts, au moyen d'un transformateur abaisseur de tension 80. En outre, un interrupteur 81 de so- glénoïde de vanne principale et un interrupteur 82 de solénoi- de de vidange permettent d'exciter les solénoïdes respectifs, de façon à ouvrir les vannes indépendamment des distributeurs.
De cette manière, il est possible de pulvériser, à volonté, seulement de l'eau, ou de vidanger l'ensemble du dispositif.
Lors du fonctionnement de l'appareil, on pulvérise
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sur les plantes, de manière cyclique, du brouillard, en utilisant une courte impulsion ou intervalle de pression d'eau.
Une durée d'ouverture de la vanne principale de l'ordre de 12 secondes permet d'obtenir une période d'environ 7 secondes pendant laquelle la vitesse d'écoulement dans le venturi est suffisante pour permettre l'aspiration de substances nutritives ou d'hormones, avant que la pression d'eau résultant de la pulvérisation du brouillard n'engendre un courant inverse dans le venturi, ce qui se traduit par une durée de pression de pulvérisation de brouillard de l'ordre de 5 secondes. A ce moment, la vanne principale 51 se ferme, et la vanne de vidange 59 s'ouvre pendant environ 40 secondes, ce qui constitue une durée suffisante pour conférer au système une durée supplémentaire de vidange, au cours de laquelle la vidange s'effectue par gravité, au moyen de conduits de vidange appropriés.
La durée supplémentaire d'aspiration du venturi détermine la quantité de substances nutritives ou hormones fournie aux têtes d'injection du brouillard Cette durée peut être facilement déterminée et réglée. Ce dispositif permet d'obtenir un brouillard atomisé très fin, sous pression élevée, de solution d'eau et de substantances nutritives ou d'hormones, pour application par impulsions de courte durée.
Il est à noter qu'il se produit une"période d'attente"au cours de l'ensemble du cycle et que, par conséquent, la mise en oeuvre du procédé se répartit au cours de périodes successives, en utilisant cette période d'attente, dont la durée est du même ordre que celle de la pulvérisation.
Le procédé selon l'invention est particulièrement efficace en vue de la propagation des racines de plantes à partir de boutures. Grâce à la pulvérisation par impultions de courte durée, on évite que les boutures ne se dessèchent, tout en leur fournissant, de manière équilibrée, les substances nutritives et les hormones nécessaires à une propagation rapide. Bien que l'appareil soit alimenté par
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une source d'eau à pression constante constituée d'eau du robinet sous la pression normale, on fournit aux plantes un brouillard hydro-atomisé intermittent.
Le brouillard nutritif est appliqué au moyen de deux ou plusieurs orifices ou buses de pulvérisation 31 de brouillard par enceinte de formation de racines. Bien que l'enceinte de formation de racines soit de préférence opaque, il n'est pas nécessaire qu'elle soit étanche. L'ensemble fonctionne sous la pression atmosphérique normale. On peut utiliser un nombre approprié d'orifices ou buses 31 selon le nombre de boutures dont on désire effectuer la propagation simultanément.
Bien que l'invention ait été décrite, ci-dessus, sous la forme d'un exemple particulier de mise en oeuvre, on comprendra que l'invention n'est nullement limitée à cet exemple.