FR3134284A1

FR3134284A1 - Procédé et installation d’enrichissement en oxygène dissous des eaux d'irrigations des cultures sous serres hors sol

Info

Publication number: FR3134284A1
Application number: FR2203294A
Authority: FR
Inventors: Franck Cousin; Pauline Le Dru
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2042-04-11
Also published as: CN119012907A; FR3134284B1; EP4507484A1; WO2023198345A1

Abstract

Un procédé et une installation de culture de végétaux sous serre en mode hors sol, 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 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

Procédé et installation d’enrichissement en oxygène dissous des eaux d'irrigations des cultures sous serres hors sol

La présente invention concerne la culture de végétaux sous serres et hors-sols.

Les productions sous serres cultivées en hors-sol 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 qu’il 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 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 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 , 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 ;
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 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 ;
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 » ;
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, 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 s 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 solution de réalisation, très fiable, très luxueuse, est aussi incroyablement plus onéreuse, elle n’est dès lors pas préférée selon la présente invention.

Claims

Procédé de culture de végétaux sous serre en mode hors sol, 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 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.
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 serre 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 serre, 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 en ce que au démarrage d’une phase d’irrigation, le capteur de débit détecte le passage de l’eau, et ordonne l’ouverture des deux électrovannes, une seule étant temporisée pour la dite première période de durée donnée, et ainsi permettre que le gaz arrive par les deux lignes de gaz, puis qu’à l’expiration de dite première période de durée donnée la ligne temporisée se ferme, et que et le gaz ne passe plus alors que par la seule seconde ligne pour le reste de la phase d'irrigation considérée.
Installation de culture de végétaux sous serre en mode hors sol, comportant :
une serre ;

au moins une ligne d’apport d’eau d’irrigation à la serre ;

des moyens d’injection d’oxygène ou d’un gaz comportant de l’oxygène dans l’eau d’irrigation ;
se caractérisant en ce que l’installation comporte un capteur de débit, situé sur la ligne d’apport d’eau à la serre, et en ce que les moyens d’injection d’oxygène ou d’un mélange comportant de l’oxygène comportent 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 de gaz étant équipée d’un débitmètre en série avec une électrovanne, une des deux électrovannes étant temporisée.