Procédé et installation de régulation du dopage en oxygène des eaux d’abreuvement d’animaux
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La présente invention concerne le domaine des élevages d’animaux, et notamment de volailles et de porcs ou encore de lapins, et s’intéresse tout particulièrement à la question de leur abreuvement.
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On peut rappeler ici par exemple que pour qu'un poulet atteigne le poids de 1,5 kg, il fallait environ 120 jours en 1920, environ 44 jours en 1980 et environ 33 jours seulement en 1998.
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Selon diverses études, des relevés expérimentaux dans de tels élevages montrent qu’à âge égal (49 jours), le poids moyen d’un poulet de chair a doublé entre 1967 et 1996. Par ailleurs, au cours des dernières années, la demande des consommateurs a évolué vers des animaux moins gras et des viandes de volaille prédécoupées.
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Ces objectifs de production ont été atteints grâce à l'évolution des programmes nutritionnels et des conditions d'élevage, associée à la sélection génétique d'animaux à croissance rapide, avec un indice de consommation bas, un engraissement faible et un développement accru des masses musculaires.
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La génétique, l'hygiène, la prophylaxie et l'amélioration des conditions d'élevage ont, depuis vingt ans, considérablement réduit la mortalité des volailles dans les élevages.
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Et néanmoins, il est nécessaire de tenir compte des aspects suivants qui apparaissent dans toutes les études lancées sur le sujet :
- une croissance corporelle rapide augmente les besoins en oxygène et la production de chaleur.
- l’augmentation du rendement en masse pectorale accentue le déséquilibre entre le développement de la masse musculaire et celui d’autres tissus comme le rein, le coeur et les poumons. Dans les élevages actuels, l’évolution des caractéristiques de croissance s’accompagne quelquefois d’une augmentation de la fréquence des défaillances des systèmes cardiovasculaires et respiratoires, caractérisées par une recrudescence des "coups de chaleur", des syndromes de "mort subite" et des ascites (accumulation de liquide dans la cavité péritonéale).
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On peut résumer les études disponibles dans ce domaine par le fait que l’oxygène est un facteur limitant qui peut contribuer à expliquer la fréquence des maladies cardio-vasculaires et respiratoires chez le poulet de chair. La comparaison de génotypes à vitesses de croissance variables montre que l'incidence des ascites et la vitesse de croissance élevées sont associées à une pression en oxygène basse et une pression en CO2 élevée dans le sang veineux. Une disponibilité insuffisante en oxygène semble donc être une cause principale des dysfonctionnements des appareils cardio-vasculaire et respiratoire chez les poulets à croissance rapide.
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Ce qui précède démontre la nécessité de rétablir un équilibre entre les besoins métaboliques imposés par la sélection pour une croissance rapide, et l’aptitude du système respiratoire, fournisseur d’oxygène, à y répondre.
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Une approche possible serait d’augmenter la teneur en oxygène dans l’environnement du poulet d’élevage, malheureusement les élevages intensifs nécessitent une forte ventilation pour évacuer la chaleur et l’humidité produite par les volatiles, et ainsi la consommation d’oxygène pour passer de 20,9 à 27 % par exemple serait rédhibitoire et pénaliserait définitivement la solution sur un plan économique.
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La Demanderesse a effectué de nombreux travaux sur cette question, on pourra notamment se reporter au document EP-3 709 793 (WO2019097142), qui a proposé une nouvelle installation permettant le dopage en oxygène de l’eau d’abreuvement de tels animaux d’élevage.
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Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer des améliorations à l’installation qui était proposée dans ce document antérieur.
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La annexée illustre le contenu d’une installation conforme au document antérieur WO2019097142 cité ci-dessus.
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On reconnait sur cette les éléments suivants :
- un injecteur 61, par exemple de type Venturi, permettant d’injecter un gaz dans de l’eau ;
- sur cet injecteur 61 parviennent une ligne d’arrivée d’eau (« EAU ») et une ligne d’arrivée de gaz (« GAZ »), ligne de gaz ici reliée en sa partie amont à un stockage d’oxygène (représenté par une bouteille) , ou d’un mélange de gaz comportant de l'oxygène, par exemple un mélange de 70 % d'oxygène et 30 % de CO2.
- un détendeur 62 ;
- une vanne de réglage 63 (vanne de réglage gaz permettant, du fait de sa calibration, d’injecter une quantité de gaz choisie dans l’injecteur);
- - un serpentin 64 : la longueur du serpentin permet un temps de contact gaz / eau choisi, préférentiellement supérieur à 10 secondes, et plus préférentiellement situé entre 10 et 30 secondes ;
- - une pompe de circulation d’eau 65 : la pompe à eau permet d’atteindre des vitesses d’eau élevées dans le serpentin ;
- un déverseur 66 ;
- une vanne flotteur 67 ;
- un bac d’eau à la pression atmosphérique (68).
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Et cette proposition d’installation antérieure avait déjà en elle-même donné des résultats tout à fait avantageux pour limiter les investissements, puisqu’elle évite l’utilisation (onéreuse) d’un analyseur d’oxygène.
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La ligne « EAU » arrivant par la droite alimente le bain en eau « fraîche » ou neuve, permettant ainsi que le bac soit d'abord rempli en eau avant le démarrage, la vanne flotteur 67 ( par exemple du type chasse d'eau de WC) permet de maintenir un niveau d'eau constant dans le bac .
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L’utilisation d’un bac d’eau à la pression atmosphérique, permet à la fois de maintenir une pression basse vers le réseau d'abreuvement et de maintenir une pression élevée dans le serpentin pour dissoudre l'oxygène.
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Le déverseur maintient toujours la même pression dans le circuit quelle que soit la consommation d’eau.
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Le système d’injection d’oxygène fonctionne lorsque le réseau d’abreuvement est alimenté en eau, et en cas d’arrêt le système est coupé.
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Du bassin part une ligne "eau aspiration» qui envoie de l'eau du bassin vers l'injecteur , c’est donc un mélange d'eau recyclée et d'eau fraîche. En d’autres termes, sauf lorsque les animaux ne consomment pas d’eau l’injecteur reçoit 100% d'eau recyclée (rappelons que les animaux consomment toujours de l’eau, pour les stopper on doit éteindre la lumière).
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Via la pompe 65 et le serpentin de dissolution 64 , l’eau peut être dirigée vers la zone d'abreuvement, elle passe à l’extérieur du bac 68 comme on l’aura compris, en passant par le déverseur 66. Le déverseur est également situé hors du bain mais il peut arriver que pour des questions de place/logabilité le déverseur puisse être positionné dans l’eau du bac.
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Comme on le voit sur la figure, l’installation permet si nécessaire de déverser une partie de l'eau provenant du serpentin dans le bac et l'autre partie vers l’abreuvement.
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On va maintenant expliquer en liaison avec la annexée les améliorations que l’on propose ici selon la présente invention.
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La annexée fournit une vue schématique partielle d’une installation convenant pour la mise en œuvre de la présente invention et va permettre de mieux comprendre par ce qui suit la proposition technique de l’invention.
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La nomenclature des éléments présents sur la est la suivante :
- 1 : bouteille de gaz
- 2 : détendeur de gaz (détendre le gaz à une pression supérieure à la pression du réseau d’eau)
- 3 : débitmètre aspiration (permet de régler le débit d’oxygène à l’aspiration de la pompe 9)
- 4 : débitmètre refoulement (permet de régler le débit d’oxygène au refoulement de la pompe 9)
- 5 : électrovanne aspiration (commandée par la mise en service de la pompe et par un détecteur de débit)
- 6 : électrovanne refoulement (commandée par la mise en service de la pompe et par détecteur de débit et par contacteur de niveau avec temporisation)
- 7 : venturi aspiration (permet d’injecter un faible débit de gaz dans l’eau à l’aspiration de la pompe sans créer de cavitation)
- 8 : venturi refoulement (permet d’injecter le gaz dans l’eau au refoulement de la pompe, au débit correspondant à l’eau en complément du débit d’aspiration )
- 9 : pompe (permet de monter la pression de l’eau et de mettre un place un débit d’eau, préférentiellement situé entre 1 et 2,5 m/s)
- 10 : serpentin (permet de dissoudre l’oxygène dans l’eau, avec un débit d’eau préférentiellement situé entre 1 et 2,5 m/s et un temps de contact préférentiellement situé entre 10 et 20 secondes
- 11 : électrovanne arrivée d’eau (permet de maintenir le niveau d’eau dans le bac et d’enclencher l’injection d’oxygène en actionnant le repère 6)
- 12 : déverseur (permet de maintenir le débit d’eau et donc la vitesse dans le serpentin, et ainsi fournir la pression de sortie désirée au site utilisateur)
- 13 : électrovanne (Normalement Ouverte (NO), permet de bipasser le système en cas d’arrêt de la pompe ou du système de contrôle, et assurer ainsi que le animaux ne seront jamais privés d’eau)
- 14 : contacteur de niveau (permet de gérer le niveau d’eau dans la cuve et de déclencher l’injection d’oxygène à gros débit, repère 6)
- 15 : régulateur de débit d’eau, réglant le débit d’arrivée d’eau neuve
- 16 : filtre
- 17 : bac d’eau
- 20 : arrivée d’eau fraiche
- 30 : recirculation/bipass
- 40 : réseau d’eau du site d’élevage
- 50 : postes d’abreuvement (pipettes)
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Et l’on propose donc selon la présente invention de mettre en œuvre DEUX injections simultanées d’oxygène ou d’un mélange comportant de l’oxygène :
- l’une en amont de la pompe ;
- et l’autre en aval de la pompe ;
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le débit de l’injection effectué en amont étant plus faible que le débit effectué en aval de la pompe.
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Le débit de gaz injecté en amont représente préférentiellement entre 5 et 25% de la saturation à l'oxygène pur de l’eau dans les conditions considérées, 25 % étant considérée comme la limite qui peut générer un phénomène de cavitation, tandis que le débit en aval de la pompe représente le complément de la première injection pour atteindre la valeur désirée de teneur globale.
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Illustrons dans ce qui suit un exemple de débits pour mieux comprendre ce qui précède.
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Une eau claire sature en oxygène pur ( loi de Henry) à 43,4 mg/l à 20°C.
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Considérons que l’on désire intégrer le maximum d'oxygène à l’aspiration de la pompe, par exemple 25% de 43,4, soit 10,85 mg/l.
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Si l’on désire atteindre au total dans l’eau d’abreuvement à titre d’ exemple 35mg/l , il manque donc :
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35 - 10,85 - la teneur naturelle d'oxygène présente dans l’eau (9,2 mg/l dans les conditions précédentes (20°C)) soit un besoin de 14,95 mg/l .
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A ce besoin il faut appliquer le rendement de l’équipement d’oxygénation qui est traditionnellement considéré comme étant proche de 80% .
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On obtient donc (14,95 x 1,2) 17,94 mg/l à ajouter au refoulement de la pompe.
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Comme il apparaitra clairement à l’homme du métier, une injection en amont de la pompe est efficace et intéressante car le gaz injecté est davantage « divisé » et donc davantage dissous, cependant elle peut entraîner une cavitation de la pompe, son débit doit donc être limité. On propose donc de mettre en œuvre une injection à débit faible en amont de la pompe (aspiration), complétée par une injection de plus fort débit en aval de la pompe (refoulement), permettant d’atteindre au total la valeur de débit (de teneur) souhaitée.
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Et comme il apparaitra clairement à l’homme du métier, un des avantages additionnel de cette configuration est que lorsque l’installation tourne sur elle-même via le bipass, on peut maintenir cette petite injection à l'aspiration , et si les animaux viennent consommer de l'eau, faisant baisser le niveau dans le bac, entrainant l’injection d’oxygène à plus fort débit coté refoulement.
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On peut aussi mentionner le fait que cette configuration d’injections permet également d’injecter un oxygène provenant de sources variées, et notamment d’une source de production autonome (sur site) tels que les « concentrateurs » d’oxygène, bien connus et utilisés dans le domaine médical (fournissant aux patients de l’air enrichi en oxygène).
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Le débit à l’aspiration de la pompe mise en place selon l’invention étant relativement faible, cette technologie de concentrateur se révèle très bien positionnée pour effectuer une telle fourniture.
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On pourra adopter par ailleurs selon l’invention l’un ou chacun des modes de mise en œuvre suivants :
- On met en œuvre un couplage du fonctionnement de la pompe avec le niveau de lumière régnant dans le bâtiment où sont logés les animaux. En effet, on sait que pendant la nuit, lorsque la lumière est éteinte, les animaux cessent de s’alimenter et de boire.
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Il est donc extrêmement avantageux de stopper l’injection d’oxygène la nuit et d’arrêter la circulation d’eau en continu vers les animaux :
- Ceci permet une baisse de la consommation électrique ;
- Et le fait que l’eau ne chauffe pas durant la nuit, elle reste donc appétente le matin, ce qui n’est pas le cas lorsque l’eau circule en continu dans la pompe sans apport d’eau fraîche.
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En résumé, la nuit, les animaux ne boivent plus, ne s’alimentent plus, il est dès lors crucial d’arrêter la pompe, pour éviter que l'eau ne chauffe.
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Mais comme on l’a dit précédemment, la présence du by-pass 30 permet cependant, malgré l'arrêt de la pompe, de maintenir en pression le circuit et d’alimenter les animaux la nuit au cas où un animal souhaiterait malgré tout boire la nuit et se présenterait aux pipettes 50, l'eau n’étant alors pas enrichie en oxygène .
- On met en œuvre un couplage (via une électrovanne, 11 sur la ) de l’injection d’oxygène avec l’arrivée d’eau fraîche. Ce mode permet clairement une réduction de la consommation d’oxygène par rapport à l’art antérieur qui réalisait l’injection d’oxygène en continu.
- On met en œuvre une temporisation, qui est réglable, de l’injection d’oxygène (des injections), pour pouvoir prolonger cette injection pendant une durée souhaitée au-delà de l’arrêt de l’arrivée d’eau fraîche. Cela permet d’optimiser la valeur d’oxygène dissous.
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A titre illustratif, la temporisation peut se calculer sur un principe de renouvellement(s) du volume d’eau de l’installation, compris entre 1 et 2 renouvellements.
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Par exemple une installation qui contient 600 litres d’eau ( 0,6m3) équipée d’une pompe de 3m3/h se caractérise par un temps de renouvellement de 12 minutes.
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La temporisation sera alors réglée avantageusement entre 12 et 24 minutes.
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La présente invention concerne alors une installation d’élevage d’animaux et notamment de volailles et de porcins, comprenant des moyens d’amenée d’eau aux animaux pour leur abreuvement, moyens d’amenée comprenant :
- un injecteur permettant d’injecter un gaz dans de l’eau ;
- une ligne d’arrivée d’eau et une ligne d’arrivée de gaz, parvenant dans l’injecteur ; et
- une source d’oxygène ou d’un mélange gazeux comportant de l’oxygène, par exemple un stockage d’oxygène, apte à délivrer de l’oxygène dans la ligne de gaz,
- un bac d’eau à la pression atmosphérique, l’injecteur étant alimenté en eau à partir de l’eau située dans ce bac, bac qui peut être alimenté par ailleurs en eau neuve ;
- un serpentin apte à recevoir de l’eau chargée en oxygène dissous en provenance de l’injecteur, eau qui parvient au serpentin grâce à une pompe , serpentin qui permet de créer un temps de contact eau/oxygène;
- l’eau issue du serpentin transitant par un dispositif tel qu’un déverseur, pour pouvoir être dirigée en totalité vers l’abreuvement ou bien pour partie vers l’abreuvement et pour partie dans le bac ,
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se caractérisant en ce que l’installation comprend des moyens permettant de mettre en œuvre deux injections simultanées d’oxygène ou d’un mélange comportant de l’oxygène dans l’eau, l’une en amont de la pompe et l’autre en aval de la pompe, le débit de l’injection effectuée en amont étant plus faible que le débit effectué en aval de la pompe.
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Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, ladite source est un concentrateur d’oxygène fournissant de l’air enrichi en oxygène.
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L’invention concerne également un procédé d’amenée d’une eau d’abreuvement à des animaux d’élevage, se caractérisant en ce que l’on amène l’eau aux animaux à l’aide d’une installation telle que précédemment décrite.
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Selon un des modes de mise en œuvre du procédé de l’invention, le débit de gaz injecté en amont représente entre 5 et 25% de la saturation à l'oxygène pur de l’eau dans les conditions de température considérées régnant dans l’élevage, tandis que le débit en aval de la pompe représente le complément de la première injection pour atteindre la valeur désirée d’une teneur globale en oxygène dans l’eau parvenant aux animaux.
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Selon un des modes de mise en œuvre du procédé de l’invention, on met en œuvre un couplage du fonctionnement de la pompe avec le niveau de lumière régnant dans le bâtiment où sont logés les animaux.
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Selon un des modes de mise en œuvre du procédé de l’invention, on met en œuvre un couplage de l’injection du gaz avec l’arrivée d’eau fraîche dans l’installation.
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Selon un des modes de mise en œuvre du procédé de l’invention, on met en œuvre œuvre une temporisation, qui est réglable, de l’injection du gaz, pour pouvoir prolonger cette injection pendant une durée souhaitée au-delà de l’arrêt de l’arrivée d’eau fraîche dans l’installation.