WO2023198345A1 - Procédé et installation d'enrichissement en oxygène dissous des eaux d'irrigations de cultures de végétaux - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the cultivation of plants and in particular the cultivation of plants in greenhouses and above ground.
- the systems used to achieve this enrichment are very varied, including porous materials, static mixers and other commercially available oxygenators, such as those offered by the company FOX (“France Oxygénation”).
- irrigation is not carried out continuously, it responds to cycles corresponding to the needs of the plants, depending in particular on the temperature and light prevailing in the greenhouse. Watering is then done discontinuously to ensure that the roots return to air, with injection and pause cycles etc.
- a producer site launches a watering phase, for a given period of time, for example 10 minutes, it also launches the simultaneous injection of oxygen, for example pure oxygen (but it can also be act with a gaseous mixture comprising oxygen, preferably a mixture comprising at least 25% oxygen), in the water reaching the plants, but the oxygenation equipment available on the market, which we have recalled above, all require a certain amount of time to allow the dissolved oxygen setpoint in the water concerned to be reached, for example to reach 35 mg/l, and this "delay" time can be as long as 5 to 10 minutes , or even 15 minutes in some cases.
- oxygen for example pure oxygen (but it can also be act with a gaseous mixture comprising oxygen, preferably a mixture comprising at least 25% oxygen)
- the invention then relates to a process for growing plants, where the plants are supplied with water during irrigation phases of determined duration, spread over a 24-hour day, water which contains a given content of dissolved oxygen, characterized in that that :
Abstract
Un procédé et une installation de culture de végétaux, où les végétaux sont alimentés en eau, durant des phases d'irrigation de durée déterminée reparties durant une journée de 24h, eau qui comporte une teneur donnée en oxygène dissous, se caractérisant en ce que l'on met en œuvre un système permettant de booster l'injection d'oxygène (ou d'un mélange gazeux comportant de l'oxygène) dans l'eau d'irrigation durant une première période, de durée donnée, d'une ou de certaines des phases d'irrigation considérée(s), et en ce que le reste du temps de ladite ou desdites phases d'irrigation considérée(s) sont caractérisées par une teneur en oxygène dissous dans l'eau qui est nominale i.e inférieure à la teneur boostée de la première période.
Description
La présente invention concerne la culture de végétaux et notamment la culture de végétaux sous serres et hors-sols.
Mais la solution technique proposée dans le cadre de la présente invention s’applique plus généralement à tout mode de réalisation d’une culture de végétaux, et notamment une culture en milieu contrôlé : sous serre, en cave, à l'abri de la lumière, en mode hors sol, et notamment en mode hydroponie, aquaponie, aéroponie, bioponie ou autre.
Ainsi considérons le cas des productions sous serres, cultivées en mode hors-sol.
Ces productions gagnent du terrain partout dans le monde, dans les pays riches comme dans les pays pauvres. Elles sont une des solutions pour fournir aux générations futures une alimentation saine et sans risque pour la santé. Pour cela, elles utilisent les ressources naturelles rares telles que l’eau ainsi que les fertilisants, de la manière la plus efficace qui soit.
Par exemple, on considère généralement que la culture d'un kilo de tomates cultivé en plein champ utilise environ 60 litres d'eau, alors que sous serre et cultivées en hors-sol, les besoins en eau se limite à environ 15 litres.
Dans le cas d’une serre de dernière génération, il est même possible de faire une économie supplémentaire de 4 litres par kilo. Ces économies sont le résultat d’une utilisation plus efficace de l’eau grâce à la maîtrise de la teneur en oxygène des solutions nutritives.
L'enrichissement en oxygène des eaux d'irrigation des cultures hors sol permet également d’augmenter le rendement de production :
On connaît bien les raisons pour lesquelles les racines des plantes ont certes besoin d’eau mais ont également besoin d’oxygène, et notamment le fait que lorsque la teneur en oxygène dans le sol n’est pas suffisante l’absorption de l’eau par la plante est limitée et la sensibilité de la plante aux maladies est accrue.
On sait par ailleurs que l’enrichissement en oxygène des eaux d'irrigation à l’air limite la teneur à 10mg/L au maximum, tandis que l’enrichissement en oxygène dissous à l’aide d’oxygène pur (O2) permet d'atteindre des teneurs bien plus élevées (typiquement 40 mg/l).
Les systèmes utilisés pour réaliser cet enrichissement sont très variés, on connait notamment les matières poreuses, les mélangeurs statiques et autres oxygénateurs commercialement disponibles, tels ceux proposés par la société FOX (« France Oxygénation »).
Néanmoins, on sait que ces équipements sont en fait vendus pour des applications dans le domaine du traitement des eaux, ou encore pour la pisciculture. Et donc ils sont, de fait, conçus pour fonctionner en continu.
Or, dans ce domaine de la culture hors-sol, l’irrigation n’est pas effectuée en continu, elle répond à des cycles correspondant aux besoins des plantes, en fonction notamment de la température et de la luminosité régnant dans la serre. L'arrosage se fait alors de façon discontinue pour s’assurer que les racines reviennent à l’air, avec des cycles d’injection et de pause etc….
En pratique on observe que les procédures couramment suivies comportent des phases d’arrosage assez courtes, de l’ordre de 10 minutes, et si en début de saison l'arrosage est réalisé environ 4 fois par jour, en fin de culture on peut atteindre 24 arrosages par jour.
On note alors en pratique des difficultés sur le terrain pour maitriser l’apport d’oxygène à la plante. Les expérimentations menées par la Demanderesse ont permis de comprendre l’origine de ces difficultés et de faire, dans le cadre de la présente invention, des propositions de résolution de ces difficultés.
Car en effet, lorsque un site producteur lance une phase d’arrosage, pour une période de temps donnée, par exemple 10mn, il lance également l’injection simultanée d’oxygène, par exemple d’oxygène pur (mais il peut également s’agir d’un mélange gazeux comportant de l’oxygène, préférentiellement un mélange comportant au moins 25% d’oxygène) , dans l’eau parvenant aux plantes, mais les équipements d’oxygénation disponibles sur le marché, que l’on a rappelés ci-dessus, nécessitent tous un certain temps pour permettre d’atteindre la valeur de consigne d’oxygène dissous dans l’eau concernée, par exemple pour atteindre 35 mg/l, et ce temps de « retard » peut atteindre 5 à 10 minutes, voire 15 minutes dans certains cas.
On le voit donc, cette caractéristique technique impacte négativement les plantes, puisque les systèmes existants ne leur fournissent pas la teneur en oxygène qu’elles nécessitent durant toute une phase d’irrigation donnée.
C’est donc le mérite de la présente invention d’avoir expertisé ces difficultés et de proposer ici une solution technique qui peut être synthétisée de la façon suivante :
- On propose selon la présente invention de « booster » l’injection d’oxygène durant une première partie, de durée donnée, d’une phase d’irrigation considérée (d’une des phases ou de plusieurs des phases d’irrigation de la culture considérée, et préférentiellement au moins pour une phase d’irrigation faisant suite à un arrêt d’irrigation (redémarrage) );
- A titre d’illustration pour mieux comprendre l’invention, sur une phase d’irrigation donnée de 10 minutes, où l’on vise à apporter à la plante une teneur en oxygène dissous (consigne) de 35 ou 40mg/litre, on va effectuer un « boost » de l’injection d’oxygène durant les 30 premières secondes de la phase d’irrigation, i.e la mise en œuvre d’une teneur en oxygène dissous qui est supérieure à la consigne visée ;
- En d’autres termes, on met en place pour une phase donnée deux débits d’oxygène dans l’eau d’irrigation : un débit de boost (ou débit « accru ») pendant une période de boost donnée (par exemple 30 secondes), puis après cette première période, on procède à l’adoption durant le reste de la phase considérée d’irrigation d’un débit d’oxygène que l’on peut qualifier de « nominal » i.e à la consigne ;
- Selon un mode avantageux de mise en œuvre d’un tel double débit, on met en œuvre une installation comportant un capteur de débit, situé sur la ligne d’arrivée d’eau à la serre (ou à la culture de façon plus générale quel que soit le mode de culture utilisé), et deux lignes d’arrivée de l’oxygène ou d’un mélange comportant de l’oxygène dans la ligne d’apport d’eau, chaque ligne d’arrivée d’oxygène étant équipée d’un débitmètre en série avec une électrovanne, une des deux électrovannes étant temporisée. Et ainsi, au démarrage de l’irrigation, le capteur de débit détecte le passage de l’eau, et il ordonne l’ouverture des deux électrovannes, une seule étant temporisée, par exemple sur une valeur de 30 secondes. Et ainsi, le gaz arrive par les deux lignes de gaz, puis après 30 secondes la ligne temporisée s'arrête (se ferme) et le gaz ne passe plus alors que par la seule seconde ligne pour le reste de la phase d'irrigation considérée.
- Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, la durée de ladite période de temps durant laquelle la teneur en oxygène est boostée est située dans une gamme de temps en seconde allant de 0,5 à 1,5 fois le débit d’eau en m3/h, ainsi à titre illustratif, pour un débit d’eau de 38m3/h, le temps de boost sera situé dans la gamme allant de 38 x 0,5= 19 secondes et 38 x 1,5= 57 secondes.
Et comme il apparaitra clairement à l’homme du métier, la solution d’installation décrite ci-dessus est extrêmement avantageuse car très peu onéreuse.
Car en effet on pourrait penser en première approche à un autre mode de réalisation de ce boost en oxygène, utilisant un Régulateur de Débit Massique (« RDM » dans le milieu des gaz industriels), couplé à un régulateur, où quand le contacteur détecte le débit d'eau il ordonne via le régulateur un débit d'oxygène par exemple deux fois supérieur à la demande pendant 30 secondes, puis le régulateur baisse le débit pour se caler sur une demande nominale (non boostée) .
On comprend bien alors que cette dernière solution de réalisation, très fiable, très luxueuse, est aussi incroyablement plus onéreuse, elle n’est dès lors pas préférée selon la présente invention.
L’invention concerne alors un procédé de culture de végétaux, où les végétaux sont alimentés en eau durant des phases d’irrigation de durée déterminée, reparties durant une journée de 24h, eau qui comporte une teneur donnée en oxygène dissous, se caractérisant en ce que :
- on met en œuvre un système permettant de booster l’injection d’oxygène ou d'un mélange gazeux comportant de l'oxygène dans l’eau d’irrigation durant une première période, de durée donnée, d’une ou de certaines des phases d’irrigation considérée(s), par le fait que la teneur en oxygène dans l'eau durant ladite première période est supérieure à une consigne donnée; et en ce que
- le reste du temps de ladite ou desdites phases d’irrigation considérée(s) (dont une première période est boostée) se caractérise par une teneur en oxygène dissous dans l’eau qui est égale à ladite consigne, i.e qui est ainsi inférieure à la teneur boostée de la première période.
Claims (8)
- Procédé de culture de végétaux, où les végétaux sont alimentés en eau durant des phases d’irrigation de durée déterminée, reparties durant une journée de 24h, eau qui comporte une teneur donnée en oxygène dissous, se caractérisant en ce que :
- on met en œuvre un système permettant de booster l’injection d’oxygène ou d'un mélange gazeux comportant de l'oxygène dans l’eau d’irrigation durant une première période, de durée donnée, d’une ou de certaines des phases d’irrigation considérée(s), par le fait que la teneur en oxygène dans l'eau durant ladite première période est supérieure à une consigne donnée; et en ce que
- le reste du temps de ladite ou desdites phases d’irrigation considérée(s), dont la première période a été boostée, se caractérise par une teneur en oxygène dissous dans l’eau qui est égale à ladite consigne, i.e qui est ainsi inférieure à la teneur boostée de la première période. - Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la durée de ladite première période de temps durant laquelle la teneur en oxygène est boostée est située dans une gamme de temps en seconde allant de 0,5 à 1,5 fois le débit d’eau en m3/h alimentant la culture durant la phase considérée.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que le système permettant de booster l’injection d’oxygène dans l’eau d’irrigation comporte une installation comportant :
- un capteur de débit, situé sur la ligne d’apport d’eau à la culture, et
- deux lignes d’arrivée de l’oxygène ou d’un mélange comportant de l’oxygène dans la ligne d’apport d’eau, chaque ligne d’arrivée d’oxygène ou de mélange étant équipée d’un débitmètre en série avec une électrovanne, une des deux électrovannes étant temporisée,
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que ladite culture de végétaux est une culture en milieu contrôlé, parmi les modes suivants : sous serre, en cave à l'abri de la lumière, en mode hors sol, en mode hydroponie, aquaponie, aéroponie, ou encore bioponie ou autre.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes se caractérisant en ce que l’on procède à un boost de l’injection d’oxygène durant une première partie, de durée donnée, d’au moins une ou certaines des phases d’irrigation faisant suite à un arrêt d’irrigation.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que l’on procède à un boost de l’injection d’oxygène durant une première partie, de durée donnée, de toutes les phases d’irrigation réparties sur 24h.
- Installation de culture de végétaux où les végétaux sont alimentés en eau durant des phases d’irrigation de durée déterminée, reparties durant une journée de 24h, eau qui comporte une teneur donnée en oxygène dissous, comportant :
- au moins une ligne d’apport d’eau d’irrigation à la culture;
- des moyens d’injection d’oxygène ou d’un gaz comportant de l’oxygène dans l’eau d’irrigation ;
- Installation selon la revendication 7, se caractérisant en ce que ladite culture de végétaux est une culture en milieu contrôlé, parmi les modes suivants : sous serre, en cave à l'abri de la lumière, en mode hors sol, en mode hydroponie, aquaponie, aéroponie, ou encore bioponie ou autre.
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