FR3119843A3 - Dispositif de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau dans une exploitation agricole - Google Patents

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Abstract

Dispositif de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée pour une exploitation agricole comprenant successivement : - des moyens de pompage (2) d’une eau présente dans une source (1) du type puits ou nappe phréatique ; - des moyens de prétraitement de l’eau; - un réservoir (5) tampon dans lequel est stockée l’eau; - des moyens de génération d’eau augmentée par électrolyse au diamant dopé au bore, l’électrolyse étant réalisée sur l’intégralité du volume d’eau contenu dans le réservoir ; - des moyens de distribution de l’eau augmentée ; l’intégralité du dispositif étant mis sous pression, l’électrolyse de l’eau fonctionnant en boucle fermée avec le réservoir (5) tampon. Les moyens de prétraitement comprennent des moyens de filtration suivis de moyens de retrait partiel des cations présents dans l’eau. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Dispositif de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau dans une exploitation agricole
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un dispositif et un procédé de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée dans une exploitation agricole. Cette eau est utilisée dans l’agriculture, pour de l’abreuvement d’animaux, pour de l’irrigation de plantations, ou pour de la pulvérisation d’eau sur les plantations et les animaux.
En particulier, cette eau d’abreuvement d’animaux de fermes est utilisée pour les bovins, ovins, volailles et autres organismes cellulaires.
Etat de la technique
L'eau est un nutriment essentiel qui intervient dans toutes les fonctions physiologiques de base de l'organisme animal ou végétal. Cependant, il faut noter que l'eau, comparée à d'autres nutriments, est consommée en quantités beaucoup plus importantes. C'est pourquoi sa disponibilité et ses caractéristiques sont des paramètres clés dans la santé et la productivité du bétail et des végétaux.
Pour le bétail, une eau d'abreuvement de mauvaise qualité est souvent un facteur participant à la baisse de la consommation du bétail. Or, par exemple, les vaches laitières fortes productrices peuvent dépasser une consommation quotidienne de 80 à 100 litres d’eau par jour, voir même 150L en cas de période estivale chaude.
L’utilisation d’eau de puits ou de nappe phréatique pour l’abreuvement peut contenir beaucoup d’éléments microbiologiques pathogènes. L’abreuvement par une eau contaminée peut entraîner chez l’animal différents troubles organiques (pouvant aller jusqu’à la mort) ou des baisses de performances de production ou de reproduction.
Les méthodes standards de traitement d’eau, avec l’usage de produits désinfectants comme la chloration, l’injection d’ozone ou de peroxyde d’hydrogène et autres méthodes physico-chimiques, ne traitent que partiellement le besoin de traitement d’eau d’abreuvement et peuvent présenter des risques de forts résiduels de désinfectants pouvant entraîner des effets secondaires comme par exemple les sous-produits chlorés. Un risque sanitaire persiste donc, pouvant entraîner différentes maladies chez les animaux et les végétaux.
De façon classique, l’attention est ainsi portée sur la qualité microbiologique ou minérale des eaux de boisson. Cependant, les nuisances ou les risques potentiels d’une eau de boisson de mauvaise qualité sont à considérer à travers une mise en évidence de la sensibilité ou vulnérabilité du métabolisme qui la reçoit. En effet, pour une même eau d’abreuvement, un animal avec un métabolisme vulnérable voit son système de défense immunitaire dépassé, tandis qu’un animal avec un métabolisme fort n’est pas atteint.
Pour résoudre ce problème, il est nécessaire d’intervenir sur la capacité du métabolisme à savoir réagir et se défendre contre les effets potentiellement néfastes des contaminants contenus dans l’eau de boisson. Cette intervention peut se faire en agissant directement sur l’eau de boisson, grâce à une électrolyse au diamant artificiel dopé au bore, qui permet de générer une eau augmentée, c’est-à-dire une eau chargée en électrons, donc en charges négatives libres. En buvant cette eau augmentée, les électrons qu’elle contient sont délivrés aux cellules de l’organisme animal ou végétal, qui agissent sur la capacité du métabolisme à réagir et se défendre contre d’éventuels contaminants contenus dans cette même eau augmentée.
Il est connu de prévoir une installation complète, dimensionnée pour une exploitation agricole, qui permette de capter l’eau disponible directement sur l’exploitation, de la stocker dans un réservoir tampon, et de la traiter par électrolyse au diamant afin d’obtenir une eau augmentée, et de la distribuer à courte et longue distance sur l’exploitation.
En effet, sur une exploitation avec du bétail par exemple, la salle de traite peut être localisée loin du puits présent sur l’exploitation. Or le bétail se désaltère surtout après la traite, donc de l’eau augmentée doit être disponible au voisinage de la salle de traite.
Sur une exploitation avec des plantations, les champs à irriguer peuvent être localisés loin de la source d’eau présente sur l’exploitation. Il est donc nécessaire que l’eau augmentée puisse être envoyée à longue distance, tout en conservant ses attributs tout au long de son cheminement vers les plantations.
L’électrolyse de l’eau est réalisée sur l’intégralité du volume d’eau présent dans le réservoir tampon, et non pas sur une partie du volume d’eau. L’installation est prévue pour s’adapter aux besoins de chaque exploitation, en utilisant un réservoir dimensionné en fonction des besoins en eau journaliers, et avec une électrolyse ajustée en fonction de la consommation d’eau réelle.
Il est connu que la qualité de l’eau d’abreuvement des animaux de ferme conditionne fortement les performances et la santé de ces derniers. Dans le cadre de l’installation précitée, avec une électrolyse sur diamant artificiel dopé au bore, on s’est aperçu que, selon la constitution minérale des eaux puisées, les résultats peuvent différer, et dans des cas de concentrations extrêmes de certains cations les effets peuvent parfois s’avérer contraires aux objectifs, en altérant la qualité de l’eau en tant que telle, et en provoquant une diminution, voire une annulation, des effets bénéfiques de l’électrolyse ci-dessus mentionnée.
La présente invention a pour objectif de pallier les différents inconvénients énoncés ci-dessus, au moyen d’un dispositif permettant de générer de l’eau suffisamment augmentée pour agir sur la capacité du métabolisme (qui ingère cette eau) à réagir et se défendre contre d’éventuels contaminants contenus dans cette même eau augmentée, et cela quelle que soit la qualité de l’eau puisée au départ, à partir d’un puits ou d’une nappe phréatique. Ce dispositif doit permettre d’éviter toute surconcentration d’éléments désinfectants dans l’eau, et doit être adapté à des installations agricoles en distribuant en sortie cette eau augmentée sur une grande distance, c’est-à-dire à l’échelle d’une exploitation agricole.
Ce but est atteint grâce à un dispositif de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée pour une exploitation agricole comprenant successivement:
- des moyens de pompage d’une eau présente dans une source du type puits ou nappe phréatique ;
- des moyens de prétraitement de l’eau;
- un réservoir tampon dans lequel est stockée l’eau;
- des moyens de génération d’eau augmentée par électrolyse au diamant dopé au bore, l’électrolyse étant réalisée sur l’intégralité du volume d’eau contenu dans le réservoir;
- des moyens de distribution de l’eau augmentée ;
l’intégralité du dispositif étant mis sous pression, l’électrolyse de l’eau fonctionnant en boucle fermée avec le réservoir tampon.
L’invention se caractérise à titre principal en ce que lesdits moyens de prétraitement comprennent des moyens de filtration suivis de moyens de retrait partiel des cations présents dans.
Contrairement à l’art antérieur, il n’y a pas d’obligation de désinfection classique de l’eau, avec du chlore, de l’ozone, ou autre. Au contraire, l’eau prétraitée selon l’invention peut contenir des contaminants biologique ou chimique.
L’idée à la base de l’invention est de développer un concept de prétraitement de l’eau brute avant son électrolyse, idéalement avant son stockage, afin de contrôler la concentration de cations. Aucune action n’est obligatoirement réalisée contre les contaminants biologiques et chimiques.
En effet, il a été découvert que la forte présence de cations, notamment multivalents, dans l’eau à électrolyser entraîne une altération de l’électrolyse et l’eau en sortie d’électrolyse n’est pas suffisamment augmentée pour avoir une action efficace sur le métabolisme (qui ingère cette eau) afin qu’il soit en mesure de réagir et se défendre contre les éventuels contaminants contenus dans cette même eau augmentée.
Concrètement, la forte présence de fer, de manganèse ou de calcium dans l’eau à électrolyser peut entraîner la formation de précipités néfastes de type hydroxyde de fer ou carbonates de calcium. En effet, au-delà du fait que ceux-ci peuvent s’accumuler dans les conduites et les endommager ou les obstruer, il apparaît qu’ils peuvent également annihiler les effets de l’électrolyse au diamant artificiel dopé au bore sur les caractéristiques physiques, chimiques mais aussi énergétique de l’eau d’abreuvement.
L’invention consiste à éliminer la surconcentration en cations mais cela de façon à ne pas totalement enlever les cations naturellement présents. En particulier, on dispose un système d’élimination des cations fortement concentrés dans l’eau avant l’électrolyse afin que ces derniers n’interfèrent pas sur les performances de l’électrolyse. Par ailleurs, l’eau d’abreuvement doit contenir quelques cations comme le magnésiumet le calcium pour des raisons de santé des animaux, car ils sont bons pour l’organisme lorsqu’ils sont présents à des concentrations limitées. L’objectif est donc de réduire fortement la quantité de cations, mais sans les supprimer totalement. D’où des moyens de retrait « partiel » des cations. Ainsi, il convient donc de disposer les moyens de retrait partiel des cations directement sur l’approvisionnement en eau pour que l’eau y soit soumise lors d’un unique passage, et non sur la boucle d’électrolyse, car sinon l’eau y serait soumise à de nombreuses reprises et tous les cations seraient éliminés et cela créerait des insuffisances chez les animaux.
Ce prétraitement a pour effet de favoriser l’action de l’électrolyse au diamant artificiel dopé au bore et éviter la formation de précipités hydroxydes ou carbonates pouvant altérer l’effet de l’électrolyse sur la structure de l’eau d’abreuvement.
Jusqu’ici aucune action n’était mise en œuvre par les éleveurs ou les professionnels de l’électrolyse de l’eau, à part une filtration primaire ou une chloration qui n’agissent pas sur cette problématique objet de l’invention. Les eaux dures sont acceptées jusqu’à plus de 500 mg/L de carbonate de calcium (CaCO3) par les bovins, mais pas pour d’autres espèces animales.
L’eau d’abreuvement, selon sa qualité intrinsèque en tant que molécule, apporte, outre une hydratation, des bienfaits au niveau du système digestif en améliorant l’équilibre du microbiote intestinal ou encore au niveau de la capacité de l’organisme à réguler le stress oxydatif au niveau cellulaire. Le système de distribution selon l’invention permet d’offrir une eau d’abreuvement de grande qualité intrinsèque, en agissant notamment sur la dureté de l’eau.
En effet, selon l’invention, lesdits moyens de retrait partiel des cations rejettent une eau dont la dureté est inférieure à 150mg/L de carbonate de calcium.
Selon les différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- l’eau passe dans les moyens de prétraitement en boucle ouverte : le dispositif consiste donc à installer un système de retrait des cations dans lequel l’eau ne passe qu’une seule fois avant d’être collectée dans le réservoir tampon sur lequel l’électrolyse est réalisée plusieurs fois si besoin.
- lesdits moyens de prétraitement comprennent également des moyens de désinfection sans injection de substances dans l’eau, lesdits moyens de désinfection étant positionnés entre les moyens de filtration et les moyens de retrait partiel des cations.
- lesdits moyens de filtration consistent en au moins un filtre, du type filtre physique. Cela peut correspondre par exemple à un filtre physique à membrane, ou un filtre physique à sable.
- lesdits moyens de désinfection consistent en une lampe UV : elle permet d’inactiver toute présence fongique dans l’eau, qui intervient dans le développement de maladies chez les animaux de ferme.
- lesdits moyens de retrait partiel des cations consistent en un système échangeur d’ions, du type adoucisseur, et/ou un système de formation de précipité, du type défériseur.
- ledit réservoir tampon comporte une entrée d’eau prétraitée, une sortie d’eau stockée raccordée auxdits moyens de génération d’eau augmentée, et un retour d’eau augmentée également raccordé auxdits moyens de génération d’eau augmentée.
- le retour d’eau augmentée comporte des moyens d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau dans le réservoir tampon : cela a pour effet d’éviter la stagnation de l’eau ou encore le dépôt de certaines minéraux pouvant avoir été mis en suspension au cours de l’électrolyse.
- lesdits moyens d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau consistent en un guide orienté en biais en direction d’une paroi latérale du réservoir tampon, dirigeant l’eau augmentée retombant dans le réservoir tampon en direction de la paroi latérale.
- lesdits moyens de génération d’eau augmentée consistent en un circuit comprenant successivement :
- une électrovanne redirigeant l’eau sortant du réservoir tampon vers le circuit ;
- des moyens d’analyse de l’eau;
- un dispositif de gestion du débit de l’eau dans le circuit, du type électrovanne ;
- un électrolyseur avec des électrodes en diamant dopées au bore générant de l’eau augmentée.
- le dispositif comporte des moyens de nettoyage de l’électrolyseur.
- lesdits moyens de nettoyage de l’électrolyseur consistent en une boucle de traitement acide nettoyant de façon automatique et cyclique l’électrolyseur : cela permet de supprimer le calcaire présent dans une(des) chambre(s) d’électrolyse de l’électrolyseur.
- lesdits moyens de nettoyage sont activés lors des phases de non circulation de l’eau : la solution acide injectée dans l’électrolyseur ne doit pas se mélanger avec l’eau.
- le dispositif comporte des moyens supplémentaires d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau entre l’électrolyseur (17) et le réservoir (5) tampon, consistant en un vortex (31).
L’invention concerne également un procédé de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée pour une exploitation agricole utilisant un dispositif tel que décrit précédemment, et comprenant successivement :
- une première étape de pompage d’eau dans une source d’eau du type puits ou nappe phréatique ;
- une étape de prétraitement de l’eau;
- une étape de stockage de l’eau dans un réservoir tampon ;
- une étape d’électrolyse de l’intégralité de l’eau présente dans le réservoir tampon au moyen d’électrodes en diamant dopées au bore ;
- une étape d’envoi de l’eau augmentée depuis le réservoir tampon vers un réseau de distribution,
l’eau étant mise sous pression lors de toutes les étapes.
L’étape de prétraitement comporte successivement une étape de filtration de l’eau, une étape de désinfection de l’eau sans injection de substance dans l’eau, et une étape de retrait partiel des cations présents dans l’eau.
L’utilisateur peut utiliser le dispositif tel que décrit ci-dessus pour distribuer l’eau augmentée en tant qu’eau d’abreuvement, par exemple pour du bétail.
Il peut également l’utiliser pour irriguer une plantation hors-sol, avec récupération de l’eau d’irrigation après son passage sur les végétaux pour remplir à nouveau le réservoir tampon vide après irrigation. Cette utilisation spécifique permet de contrôler la composition de l’eau récupérée en termes de désinfection et de présence de nutriments.
Il peut également l’utiliser pour pulvériser de l’eau augmentée sur des végétaux et/ou des animaux.
Il peut enfin l’utiliser par exemple pour remplir et entretenir une pisciculture.
D’autres types d’utilisation et d’applications peuvent être envisagés, avec un tel dispositif.
Dans chacun de ces cas, il s’agit d’une utilisation du dispositif à l’échelle d’une exploitation agricole. Ce type d’installation doit donc être robuste, et est dimensionné pour pouvoir amener de l’eau augmentée sur de longues distances.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d’au moins un mode de réalisation de l’invention donné à titre d’exemple purement illustratif et non limitatif, en référence au dessin schématique annexé.
la montre un dispositif de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée selon l’invention.

Claims (17)

  1. Dispositif de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée pour une exploitation agricole comprenant successivement :
    • des moyens de pompage (2) d’une eau présente dans une source (1) du type puits ou nappe phréatique ;
    • des moyens de prétraitement de l’eau;
    • un réservoir (5) tampon dans lequel est stockée l’eau;
    • des moyens de génération d’eau augmentée par électrolyse au diamant dopé au bore, l’électrolyse étant réalisée sur l’intégralité du volume d’eau contenu dans le réservoir ;
    • des moyens de distribution de l’eau augmentée ;
    l’intégralité du dispositif étant mis sous pression, l’électrolyse de l’eau fonctionnant en boucle fermée avec entre le réservoir (5) tampon, ledit dispositif étant caractérisé en ce que lesdits moyens de prétraitement comprennent des moyens de filtration, suivis de moyens de désinfection sans injection de substances dans l’eau, suivis de moyens de retrait partiel des cations présents dans l’eau, lesdits moyens de retrait partiel des cations rejetant une eau dont la dureté est inférieure à 150mg/L de carbonate de calcium.
  2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’eau passe dans les moyens de prétraitement en boucle ouverte.
  3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtration consistent en au moins un filtre (3), du type filtre physique.
  4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de désinfection consistent en une lampe UV (4).
  5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de retrait partiel des cations consistent en un système échangeur d’ions et/ou un système de formation de précipité.
  6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit réservoir (5) tampon comporte une entrée (22) d’eau prétraitée, une sortie (6) d’eau stockée raccordée auxdits moyens de génération d’eau augmentée, et un retour (7) d’eau augmentée également raccordé auxdits moyens de génération d’eau augmentée, le retour (7) d’eau augmentée comportant des moyens d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau dans le réservoir (5) tampon.
  7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau consistent en un guide (23) orienté en biais en direction d’une paroi latérale (28) du réservoir (5) tampon, dirigeant l’eau augmentée retombant dans le réservoir tampon en direction de la paroi latérale.
  8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération d’eau augmentée consistent en un circuit (11) comprenant successivement :
    • une électrovanne (12) dirigeant l’eau sortant du réservoir (5) tampon vers le circuit (11) ;
    • des moyens d’analyse (13) de l’eau ;
    • un dispositif de gestion du débit de l’eau dans le circuit, de type électrovanne (16) ;
    • un électrolyseur (17) avec des électrodes en diamant dopées au bore générant de l’eau augmentée.
  9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de nettoyage de l’électrolyseur.
  10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de nettoyage de l’électrolyseur consistent en une boucle de traitement acide (25) nettoyant de façon automatique et cyclique l’électrolyseur (17).
  11. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens supplémentaires d’engendrement d’un mouvement rotatoire de l’eau entre l’électrolyseur (17) et le réservoir (5) tampon, consistant en un vortex (31).
  12. Procédé de prétraitement d’eau, de génération d’eau augmentée et de distribution de cette eau augmentée pour une exploitation agricole utilisant un dispositif tel que décrit dans les revendications précédentes, et comprenant successivement :
    • une première étape de pompage d’eau dans une source (1) d’eau du type puits ou nappe phréatique ;
    • une étape de prétraitement de l’eau;
    • une étape de stockage de l’eau dans un réservoir (5) tampon ;
    • une étape d’électrolyse de l’intégralité de l’eau présente dans le réservoir (5) tampon au moyen d’électrodes en diamant dopées au bore, de manière à générer de l’eau augmentée ;
    • une étape d’envoi de l’eau augmentée depuis le réservoir (5) tampon vers un réseau de distribution (10),
    l’eau étant mise sous pression lors de toutes les étapes.
  13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de prétraitement comporte successivement une étape de filtration de l’eau à traiter, une étape de désinfection de l’eau à traiter sans injection de substance dans l’eau, et une étape de retrait partiel des cations présents dans l’eau.
  14. Procédé selon d’une des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que des moyens de nettoyage de l’électrolyseur sont activés lors des phases de non circulation de l’eau.
  15. Utilisation du dispositif tel que décrit dans les revendications 1 à 12 pour distribuer l’eau augmentée en tant qu’eau d’abreuvement.
  16. Utilisation du dispositif tel que décrit dans les revendications 1 à 12 pour irriguer une plantation hors-sol en l’eau augmentée, avec récupération de l’eau d’irrigation après son passage sur les végétaux pour remplir à nouveau le réservoir (5) tampon vide après irrigation.
  17. Utilisation du dispositif tel que décrit dans les revendications 1 à 12 pour pulvériser de l’eau augmentée sur des végétaux et/ou des animaux.
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