FR3057735B1 - Appareil de culture hors-sol a plateaux etages - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de culture hors sol qui est essentiellement constitué par un ensemble de plateaux (5) se rangeant empilés à hauteur d'homme autour d'un mât (11) à fixer verticalement suivant son axe longitudinal (Z-Z') sur lequel ils sont montés coulissants pour déploiement à hauteur d'exposition solaire, à distance l'un de l'autre, et sur lequel ils sont en outre orientables par rotation autour de l'axe longitudinal du mât (Z-Z') et basculement autour d'un axe transversal (XX') audit axe longitudinal du mât propre à chacun d'eux.

Description

La présente invention se situe dans le domaine de l’agriculture hors-sol, et elle intéresse en cela toutes les applications dans lesquelles on souhaite pouvoir cultiver des végétaux sans qu’ils soient plantés dans le sol naturel en plein champ. Il s’agira en général de pouvoir les cultiver en hauteur, dans des bacs ou pots dans lesquels ils auront été semés ou transplantés, ou à même dans un substrat nourricier.

La manipulation de ces bacs ou autres conteneurs est fastidieuse et source de fatigues et traumatismes chez les cultivateurs.

Elle est consommatrice de temps et d’énergie. Ces inconvénients sont particulièrement lourds de conséquences quand il s’agit de cultures industrielles intensives, telles que celles qui ont lieu au moyen d’équipements à étages multiples en serres.

La présente invention permet de pallier aux inconvénients des modes de culture hors sol connues, en visant, par l’appareil de culture hors sol qu’elle propose, à optimiser en toutes circonstances les conditions de fonctionnement de l’appareil, notamment vis-à-vis de la santé et du confort du personnel, ainsi qu'en termes de préservation de l’environnement, d’utilisation des ressources en énergie, de remplissage de l’espace disponible, d’utilisation des consommables tels que l’eau. Elle vise en outre à une conception d’appareil qui se prête à une fabrication industrielle commode et économe et à des réalisations concrètes dans des dimensionnements variés conduisant à une grande souplesse d’emploi.

Conformément à l’invention, cet appareil est essentiellement constitué par un ensemble de plateaux récepteurs d'éléments de culture se rangeant empilés à hauteur d’homme autour d’un mât support sur lequel ils sont montés coulissants le long du mât et orientables par inclinaison sur lui. Le coulissement le long du mât, lorsque celui-ci est fixé avec son axe longitudinal vertical, permet de déployer l'ensemble dans une position d'exposition des éléments de culture reçues sur chacun, caisses, bacs, pots et tous types d'éléments similaires. Pour permettre en complément une orientation réglable dans toutes les directions de l'espace, chaque plateau est à la fois monté rotatif autour de l'axe longitudinal du mât et monté basculant autour d'un axe transversal au mât qui est propre à chacun d'eux.

Suivant des modes de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux pour une exploitation au niveau industriel, l'appareil comporte donc d’une part des moyens de commande de levage pour déployer l’empilement des plateaux rangés jusqu’à les amener à des hauteurs propres à chacun d’eux par coulissement le long du mât. De tels moyens sont de préférence conçus pour être commandés par un opérateur humain se plaçant en bas du mât porteur des plateaux et pour lui permettre sans grand effort d'assurer le levage des plateaux successifs au fur et mesure qu’ils auront été garnis chacun comme souhaité de substrats de culture et semis ou plantations. Au mieux, on commande la levée des plateaux l’un après l’autre, du plus haut au plus bas, en écartant à chaque fois chaque plateau supérieur de chaque plateau qui lui est immédiatement inférieur dans l’empilement d’un intervalle suffisant pour que l’opérateur ait accès audit plateau inférieur pour le garnir. En supposant l'appareil installé en extérieur, l’intervalle dont les plateaux sont écartés une fois l’ensemble complètement déployé est, lui, déterminé de préférence en fonction des possibilités d’ensoleillement pour une exposition solaire optimale sur toute l’étendue de chaque plateau. L’appareil suivant l’invention comporte d’autre part des moyens pour commander un basculement de chaque plateau dans son inclinaison sur le mât. Quand les plateaux sont empilés rangés, ils sont orientés suivant un plan transversal à la direction du mât, en général à l’horizontale sur un mât supposé vertical. L’invention prévoit de pouvoir les incliner sur l’horizontale quand l’empilement est déployé, et même de pouvoir modifier leur orientation dans toutes les directions d’un référentiel tridimensionnel. L’intérêt majeur de cette disposition est d’agir sur l’exposition des plantations présentes sur les plateaux par rapport à une source de chaleur ou de lumière, telle le soleil. L’orientation à donner aux plateaux est de préférence déterminée aux mêmes valeurs pour tous les plateaux, en coordonnées horizontales comme en azimuth, encore que, en fonction des besoins de chaque application particulière, on pourra aussi permettre des variations d’un plateau à l’autre ou des variations d’un secteur de plateau à un autre secteur du même plateau dans le cas de plateaux découpés en secteurs indépendants les uns des autres. Cette orientation peut avantageusement, dans les modes de mise en œuvre préférés de l’invention, être commandée automatiquement variable dans le temps, par exemple dans un mouvement de suivi de l’ensoleillement quand l’appareil est installé en extérieur.

On notera ici que pour se plier aux impératifs les plus fréquents dans la pratique industrielle, on préfère commander les variations d’orientation des plateaux dans l’espace tridimensionnel en les entraînant ensemble en rotation dans le plan horizontal, ce qui peut se faire au mieux par rotation du mât lui-même plutôt qu’en commandant la rotation de chaque plateau individuel autour du mât. Pendant cette rotation il reste possible de faire varier la valeur de l’angle d’inclinaison des plateaux en azimuth tout en les conservant dans un référentiel horizontal commun, c’est-à-dire sans les faire tourner plus l’un que l’autre autour du mât. Toutefois il serait également possible, sans sortir du cadre de l’invention, de faire tourner les plateaux autour du mât, tous simultanément ou chacun indépendamment des autres, en complément d’une action sur l’angle d’azimuth.

Dans nombre d’applications parmi celles que l’invention est capable de satisfaire, il est utile de disposer de moyens d’alimentation en eau des différents plateaux leur distribuant l’eau à partir d’une source commune, qui peut être de l’eau courante publique ou de l’eau conservée en bonbonnes dans l’appareil lui-même. Pour une saine économie de l’eau disponible, en particulier lorsque l’appareil est implanté dans des lieux où l’eau est rare, l’invention prévoit avantageusement d’équiper l’appareil de moyens de recirculation d’eau collectant l’eau en excédent au sortir des différents plateaux pour la réintroduire dans le circuit d’alimentation, éventuellement après une analyse témoignant de sa qualité, éventuellement aussi après passage par une unité de retraitement d'eau extérieure à l'appareil. L'invention sera maintenant plus complètement décrite dans le cadre de caractéristiques préférées et de leurs avantages, en faisant référence aux figures des dessins annexés qui les illustrent dans un mode de réalisation particulier de l'appareil de culture hors-sol suivant l'invention, et dans lesquels : les figures 1 et 2 représentent schématiquement l'appareil décrit quand les quatre plateaux qu'il comporte sont rangés empilés les uns sur les autres, la figure 1 en coupe suivant un plan vertical, la seconde dans une vue en perspective ; les figures 3 et 4 sont homologues des figures 1 et 2 pour montrer le même appareil quand l'ensemble des plateaux est déployé en fonctionnement, les plateaux étant parallèles les uns aux autres dans une position inclinée par rapport à l'horizontale ; la figure 5 est une vue en perspective montrant un détail de l'appareil au niveau de la base du mât porteur des plateaux et de son moteur d'entraînement en rotation ; la figure 6 montre également en persective deux secteurs contigüs d'un même plateau vus depuis leur bord extérieur ; la figure 7 est une vue en coupe illustrant le mécanisme de levage d'un plateau par coulissement le long du mât ainsi que le mécanisme qui détermine son basculement autour d'une axe perpendiculaire au plan de coupe ; la figure 8 illustre dans une vue en plan différentes formes de réalisation des secteurs d'un plateau ; et la figure 9 représente schématiquement la constitution d'un plateau dans une vue en coupe suivant la ligne Y-Y'de la figure 8.

Tel qu’il est illustré en prototype sur les figure 1 à 4, l’appareil de culture hors-sol choisi en exemple de mise en œuvre de l’invention constitue un ensemble de culture à plateaux étagés dans lequel les plateaux 5, sur lesquels sont déposé des éléments de culture amovibles et transportables, peuvent être amenés dans différentes positions, avantageusement par commande à partir d'une armoire électrique. Cette armoire électrique intègre différents organes de commande à distance, ainsi éventuellement qu'une unité de pilotage automatique. Elle est évoquée en 3 sur la figure 2, à côté d'une centrale hydraulique 4 dont la fonction est de distribuer de l’eau dans l’appareil pour alimenter les différents éléments de culture garnissant les plateaux. L’ensemble des plateaux, ici au nombre de quatre à titre d'exemple, peut prendre une position de rangement (figures 1 et 2) dans laquelle les différents plateaux sont ramenés vers le sol et rangés empilés dans une cuvette 1, ménagée en décaissé du sol 2, et une position déployée (figures 4 et 5) où les différents plateaux 5 se placent suivant des étages à des hauteurs différentes au-dessus du sol 2. Dans le cas particulier considéré, dans chaque paire de deux plateaux successifs le plateau supérieur est écarté du plateau inférieur d’un intervalle d qui est le même d’un plateau à l’autre.

Pour permettre rangements et déploiements au cours de l’utilisation de l’appareil, les plateaux sont montés individuellement mobiles en coulissement le long d’un mât support 11 qui porte l'ensemble. Quand l'appareil est installé en situation de fonctionnement, le mât 11 se dresse verticalement au-dessus de sa base 13, qui est montée fixe au niveau d'une platine 12 (figure 5).

Le déplacement de chaque plateau 5, dans son mouvement de coulissement en translation le long de l'axe vertical Z-Z' du mât (figure 7) est assuré au moyen d’un dispositif de levage à pignon et crémaillère. Dans le cas des figures la crémaillère 15 est fixe tout le long du mât 11, tandis que chaque plateau, au niveau d’un noyau central (référencé 16 sur la figure 9) solidaire du mât en rotation, est porteur d’une roue dentée 14 qui engrène avec la crémaillère à travers une fente ménagée longitudinalement dans ledit noyau à cet effet et qui est commandée en rotation depuis le système de pilotage.

Pour permettre les modifications d’orientation des plateaux une fois l’ensemble déployé, on a prévu, dans le cas particulier illustré sur les figures, d’une part une liberté de rotation de l’ensemble des plateaux autour de l’axe longitudinal du mât Z-Z’, d’autre part une mobilité de chaque plateau en basculement sur le plan horizontal, qui se traduit plus précisément par inclinaison réglable de chaque plateau 5 d’un angle alpha (figure 3) sur l’axe Z-Z’ grâce à un mécanisme d’entraînement du plateau en rotation autour d’un axe pivot orienté transversalement au mât comme il est illustré sur la figure 7 pour un axe X-X’ perpendiculaire au plan de la figure. Par rapport à un référentiel fixe initial la rotation du mât implique variation de la direction en plan horizontal de l’azimuth dont l’angle alpha est déterminé par l’inclinaison du plateau en basculement sur le mât.

Pour l’entraînement du mât en rotation autour de son axe longitudinal Z-Z’ , on a représenté sur la figure 5 un dispositif d’engrenage à renvoi d’angle dont l'arbre moteur est entraîné par un moteur 17 commandé depuis l’unité de pilotage générale.

Quant à la commande en basculement des plateaux elle est commandée depuis la même unité de pilotage et transmise individuellement à chaque plateau par l’intermédiaire d’un mécanisme de bielle à vérin 18 prévu sur chacun de ces plateaux. C’est ainsi que l’on voit sur la figure 7 pour le plateau 5, le vérin correspondant, monté en bielle entre un axe d’articulation fixe sur le noyau central du plateau et un axe d’articulation mobile situé à l’écart de ce noyau, dans la zone étendue du plateau. Le vérin est pour cela intégré dans une bielle qui est articulée d’une part, en son extrémité haute, sur une patte 21 portée fixe en déport latéral du noyau 15, et d’autre part, en son extrémité basse, sur une patte 22 prévue en saillie de la structure porteuse du plateau 5.

Dans la mesure où la roue 14 d’entraînement en coulissement vertical sur le mât et ia bielle 18 de commande de basculement sont montées l’une et l’autre sur le plateau 5 au niveau de son noyau central, il se comprend que le mécanisme à roue et crémaillère guidera l’inclinaison du plateau d’un côté, vers le bas sur ia figure 7) pendant que le mécanisme de bielle à vérin commandera l’inclinaison du côté opposé, vers le haute à droite de la figure 7. En effet, la liberté d’inclinaison du plateau par basculement autour le l’axe pivot X-X’ implique qu’en sa partie centrale la structure étendue du plateau soit dégagée de son noyau centrai coulissant sur le mât. Dans l’exemple de réalisation représenté par les figures, cette structure est solidaire d’une platine portant des paliers de pivotement sur des tourillons qui sont eux portés par le noyau 16 en protubérance de celui-ci en des positions diamétralement opposées sur l’axe X-X’.

La constitution plus précise de chaque plateau ressort de la figure 8, mais aussi des figures6 et 9, étant ici à nouveau rappelé que l’on se place dans un cas d’exemple qui est certes souvent préférable mais qui n’est nullement limitatif des possibilités de mise en œuvre de l’invention. L’ensemble s’inscrit dans un contour polygonal, qui est ici pentagonal en correspondance avec le fait que dans chaque plateau on distingue cinq secteurs de remplissage récepteurs d’éléments de culture, qui sont répartis autour de l’axe central dans une symétrie de révolution.

En chaque secteur le plateau est défini par une structure rigide faite d’un treillis de profilés métalliques qui est conçue en fonction des éléments de culture qui seront reçus dessus quand le plateau sera en position basse pour être garni puis levé une fois garni. D’une manière générale, les profilés raidisseurs sont prévus en disposition rayonnante, en limite de chaque secteur de remplissage 31 ainsi parfois que suivant la médiane de chaque secteur.

Sur la figure 8 on a schématiquement illustré un secdteur 31 supposé recevoir des éléments de culture constitués de bacs d’hydroculture, un secteur 32 supposé recevoir des éléments de culture sous la forme de caisses de culture sur subtrat, et un secteur 33 où la structure principale du plateau est complétée d’une treillis à maille fine pour supporter des éléments de culture constitués par des pots pour plantations en terre. Sur la figure, les différents secteurs d’un même plateau sont supposés garnis différemment, mais en pratique il est plutôt prévu que tous les secteurs d’un même plateau reçoivent des éléments de même type. La figure 6 fait apparaître des poignées 35 qui servent, quand le plateau est en position à hauteur d’homme pour être rempli ou vidé d’éléments de culture, à relever ou abaisser une ridelle de fermeture de chaque secteur en limite extérieure du plateau.

Pour convenir au mieux aux cultures en terre ou sur substrat, l’appareil décrit est équipé d’un système d’alimentation continue en eau. L’eau est conduite sous pression depuis un réservoir 36 (au fond de la cuvette de rangement des plateaux empilés) via des circuits passant par des tuyaux flexibles qui sont tenus de place en place le long du mât puis par des tuyaux orientés radialement sur chaque plateaux (le long d’un élément rigide de la structure porteuse à la limite entre deux secteurs contigus) et atteindre de là des rampes de distribution situées en pourtour du plateau d’où l’eau est injectée dans des tubes flexibles (37 sur la figure 9) munis de buses à implanter dans le substrat nourricier des plates, terre ou autre. A un niveau inférieur sous chaque rampe de distribution de d’alimentation, on voit sur la figure 6 une gouttière 38, collectrice de l’eau excédentaire qui retombera des éléments de culture et qui est recuillie sur une plaque 38 qui fait partie de la structure du plateau et qui est disposée sous le treillis support des éléments de culture sous toute l’étendue de chaque secteur. La gouttière 38 visible sur la figure est disposée sur le pourtour extérieur du plateau. Une gouttière similaire est disposée en bordure des plaques de collecte d’eau sur le pourtour intérieur du plateau, autour du mât. De ces gouttières l’eau recueillie est conduite par des tuyaux homologues des tuyaux d’alimentation vers un circuit de recyclage dans le circuit d’alimentation, en aval du réservoir 36. Un dispositif de régulation de tout type connu en soi permet de régler la pression et/ ou le débit de l’eau envoyée globalement vers les plateaux.

Dans des modèles de petites dimensions, l’appareil peut être réalisé de manière à se dispenser de motorisation, en se contentant de mécanismes à commande manuelle pour les différents mouvements des plateaux. Mais dans des modèles de grandes dimensions, y compris par exemple pour des modèles destinés à être implantés en batteries d’appareils similaires, on a plus intérêt à leur associer un système de pilotage automatique permettant en particulier, lorsque l’ensemble est déployé, d’assurer automatiquement, sans plus d’intervention humaine, la rotation du mât pour entraîner tous les plateaux ainsi que le basculement des plateaux dans leurs inclinaisons respectives sur l’axe de rotation de l’ensemble. Dans des champs de tels appareils, les différents commandes peuvent alors être sycnchronisées sur les déplacements apparents du soleil.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Appareil de culture hors sol essentiellement constitué par un ensemble de plateaux (5) récepteurs d'éléments de culture se rangeant empilés à hauteur d’homme autour d’un mât (11) à fixer verticalement suivant son axe longitudinal (Z-Z') sur lequel ils sont montés coulissants le long du mât pour déploiement à hauteur d'exposition solaire, à distance (d) l'un de l'autre, et sur lequel ils sont en outre orientables par rotation autour de l'axe longitudinal du mât et basculement autour d'un axe transversal audit axe longitudinal du mât propre à chacun d'eux.
2. 2. Appareil de culture hors sol suivant la revendication 1 comportant des moyens de commande de levage pour déployer l’empilement des plateaux rangés en commandant la levée de chaque plateau l'un après l'autre, du plus haut au plus bas dans l'empilement, jusqu’à les amener à des hauteurs propres à chacun d’eux par coulissement le long du mât.
3. 3. Appareil de culture hors sol suivant ia revendication 2, lesdits moyens de levage sont du type à pignon et crémaillère, chaque plateau comportant une roue dentée (14) engrenant avec une crémaillère (15) montée fixe le long du mât.
4. 4. Appareil de culture hors sol suivant la revendication 3 dans lequel la rotation de la roue dentée (14) de chaque plateau (5) est commandée à distance depuis une unité de pilotage (3).
5. 5. Appareil de culture hors sol suivant l'une l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de commande du basculement de chaque plateau (5) par un vérin commandé à distance qui est monté en bielle entre un axe d'articulation fixe sur un noyau central (16) du plateau et un axe d'articulation mobile situé à l'écart dudit noyau sur une structure rigide du plateau.
6. 6. Appareil de culture hors sol selon la revendication 5, dans lequel ledit noyau est, pour chaque plateau (5) monté coulissant sur ledit mât (11), mais solidaire en rotation de ce dernier.
7. 7. Appareil de culture hors sol selon la revendication 6 combinée à la revendication 4, caractérisée en ce que ledit noyau (16) est également porteur de ladite roue dentée des moyens de levage.
8. 8. Appareil de culture hors sol suivant l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel chaque plateau comporte une structure rigide réceptrice d’éléments de culture qui est montée pivotante sur des tourillons en saillie dudit noyau central.
9. 9. Appareil de culture hors sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant des moyens d’alimentation en eau via un circuit de distribution vers les différents éléments de culture reçus sur lesdits plateaux.
10. 10. Appareil de culture hors sol suivant la revendication 9, comportant des moyens de collecte de l’eau excédentaire tombant de chaque plateau pour l’envoyer en recirculation dans le circuit d’alimentation.