PROCÉDÉ DE CONSTRUCTION ET DE GESTION DURABLE D'UN TERRAIN DE SPORT HYBRIDE ENGAZONNÉ AVEC NAPPE D'EAU ET TERRAIN DE SPORT HYBRIDE ENGAZONNÉ

[001] La présente invention concerne un procédé de construction et de gestion durable , en particulier économe en eau, d’un terrain de sport hybride engazonné, avec nappe d’eau à niveau réglable dans la structure, avec sub-irrigation des racines suffisante par capillarité spontanée depuis la nappe d’eau, tout en respectant les besoins d’oxygénation et d’aération du substrat et des racines et avec une teneur en eau propice au bon comportement mécanique du sol sportif.

[002] Dans une solution préférée, le procédé propose même une autonomie en eau du terrain, c’est à dire un terrain qui peut se passer de l’eau du réseau pour son irrigation.

[003] Dans une autre solution préférée, compatible avec la précédente, le procédé propose également un procédé éco-responsable d’oxygénation active des racines et de climatisation convective du substrat et de la surface engazonnée.

[004] Le terrain de sport hybride engazonné durable selon l’invention comprend une structure (S) posée sur un fond de forme (F), cette structure comprenant (i) une ou plusieurs couches poreuses homogènes superposées, dont au moins une couche de jeu hybride (H), (ii) un gazon dont les racines sont ancrées dans cette couche de jeu hybride (H) et (iii) des moyens permettant d’amener de l’eau dans la structure ou de l’en évacuer, d’y constituer une nappe d’eau (N) et d’en gérer le niveau piézo- métrique à l’intérieur de la structure (S) à une faible profondeur (Ppiézo), qui peut varier entre une profondeur minimale (Ppiézo min) et une profondeur maximale (Ppiézo max)·

[005] Cette invention trouve à s’appliquer dans tous les climats et notamment les climats tempérés, les climats secs en été et à fortes précipitations hivernales de type méditerranéen ou les climats tropicaux. Cette invention répond aussi à la situation d’eau eau d’irrigation salée, relativement fréquente en zone tropicale ou sub-méditerra- néenne.

[006] L’invention se rapporte à 3 systèmes, correspondant à 3 étapes de l’invention: [007] La première partie de l’invention est un premier système qui concerne le cas général de l’invention. Un ensemble de règles concernant le choix de la composition du subs trat et la gestion de l’évolution dans le temps de la profondeur de la nappe d’eau dans la structure en fonction de la courbe principale capillaire dudit substrat permet tent de garantir une irrigation capillaire spontanée assurant les besoins du gazon en terme d’irrigation, d’oxygénation des racines et d’aération du substrat.

[008] La deuxième partie de l’invention se situe dans le cadre du système développé en première partie, dans le cas particulier où la structure comprend une couche de stockage spécifique performante mais à volume de stockage fixe. L’invention permet alors de minimiser la consommation d’eau depuis l’extérieur par un système de gestion de la profondeur de la nappe d’eau en fonction du temps à partir des con traintes définies en première partie de l’invention, afin d’optimiser le stockage de l’eau de précipitation dans la nappe d’eau pour une irrigation du gazon différée dans le temps. Le système détermine également de façon préférée l’épaisseur souhai table de la couche de substrat située au dessus de ladite couche de stockage. De plus, dans le cas où ladite couche de stockage d’eau présente une surface supé rieure mécaniquement rigide, une contrainte supplémentaire en terme de profondeur maximale de la nappe est proposée pour garantir la souplesse du sol sportif malgré la présence de ladite surface supérieure mécaniquement rigide.

[009] La troisième partie de l’invention se situe également dans le cadre du système dé veloppé en première partie et concerne une solution alternative pour pallier les dé fauts des couches de stockage connues de l’état de l’art. L'utilisation proposée de caissons à fond verticalement mobile et de nouveaux moyens associés permet de gérer au mieux la profondeur de la nappe, à une profondeur indépendante de la quantité d’eau stockée, pour pouvoir conserver de l’eau de précipitation hivernale et l’utiliser en été pour l'irrigation, pour choisir le niveau de la nappe indépendamment de la quantité d’eau stockée afin d’optimiser l’efficacité spontanée de la capillarité, pour oxygéner et climatiser le substrat par convection ascendante et descendante d’eau de la nappe à travers le substrat, de façon optimale et à moindre coût énergé tique.

[010] Le principe général de l’invention est de donner des critères qui permettent de réali ser 4 objectifs servant de cadre à l’invention puis 2 objectifs supplémentaires dans ce cadre : [011] - Dans la partie de substrat sous la surface dans laquelle on souhaite le développe ment des racines, ici dénommée «tranche d’oxygénation des racines», il importe d’éviter une baisse suffisamment importante et suffisamment longue de la quantité d’oxygène dans la porosité du substrat au niveau des racines. L’objectif est d’éviter d'avoir un effet négatif sur le développement racinaire, phénomène particulièrement fréquent en hiver dans les climats tempérés si le substrat est trop près du niveau d’une nappe d’eau dans la nature ou si l’épaisseur de substrat au-dessus d’une couche drainante est insuffisante dans le cas des terrains de sport classiquement réalisés avec substrat sur couche drainante.

[012] - En période caniculaire, il faut éviter une teneur en eau trop forte près de la surface, car une teneur en air insuffisante près de la surface en période de canicule favorise le développement des maladies tandis qu’un profil de teneur en eau croissante selon la profondeur avec une teneur en air suffisante en surface est le meilleur moyen possible de prévention des maladies, du moins tant que par ailleurs les plantes ne subissent pas de stress de manque d’eau d’irrigation.

[013] - En toute période et plus particulièrement en été et en période caniculaire, le flux d’eau capillaire spontané depuis la nappe d’eau doit permettre de fournir aux racines assez d’eau pour permettre au gazon de fournir une évapotranspiration réelle aussi proche que possible de l’évapotranspiration potentielle.

[014] - En période d’utilisation sportive du terrain et en particulier dans le cas particulier des réalisations où la structure constructive comporte une couche dure pour le stockage de l’eau, le terrain de sport doit être souple, c’est à dire fournir une réponse amortie en réaction aux sollicitations mécaniques du geste sportif. Or, il est constaté que cette souplesse au-dessus d’une couche dure est augmentée de 40% s’il existe une « nappe perchée » d’au moins 4 cm, c’est à dire une quasi-saturation par capil larité du substrat posé juste au-dessus de ladite couche dure de stockage.

[015] Les 2 premiers objectifs à atteindre donnent lieu selon l’invention à des critères de profondeur minimale de la nappe tandis que les deux suivantes donnent lieu à des critères de profondeur maximale de la nappe. De plus, ces 4 critères de profondeur de nappe (2 minimales et 2 maximales) dépendent tous les quatre des caractéris tiques du substrat.

[016] Une fois réalisées ces 4 premiers objectifs qui servent de cadre général à l’invention, le principe de l’invention est de réaliser 2 objectifs spécifiques supplémentaires : [017] - Minimiser les épaisseurs des couches pour minimiser les coûts et la consommation d’eau depuis l’extérieur par une gestion optimale de la profondeur de la nappe d’eau pour y stocker l’eau de précipitation destinée à une irrigation du gazon différée dans le temps pour les couches connues de l’état de l’art, à volume constant de stockage, en respectant les besoins du gazon.

[018] - Optimiser le stockage de l’eau, l’oxygénation et le conditionnement climatique du substrat, de la surface engazonné et de son environnement par convection d’eau de la nappe ou d’air par la proposition et la mise en œuvre de nouveaux moyens de stockage à volume de stockage variable permettant une meilleure utilisation de la nappe d’eau et constitués de caissons à fond mobile.

[019] La particularité de l’invention est de préciser suffisamment le type de substrat et les règles à respecter en fonction du substrat pour permettre de respecter toutes ces conditions, pourtant incompatibles entre elles en général.

[020] Dans son principe même, l’approche de l’invention se démarque de l’état de l’art sur 4 points :

[021] 1er point : Le principe innovant de l’invention pour déterminer les conditions à res pecter est de considérer que la profondeur de pression capillaire nulle égale à la profondeur de la nappe est variable dans le temps et peut s’écrire

[022] P = Pi + P ₂ (t)

[023] Pi étant la profondeur d’un point où l’on veut observer l’effet de la profondeur de la nappe, comme par exemple 5 cm de la surface pour voir l’effet de la nappe sur l’oxygénation des racines à 5 cm de la surface. C’est un point que l’on regarde à un moment clé mais dont la profondeur ne varie pas avec le temps.

[024] Au contraire, P ₂ (t) est la sur-profondeur de la nappe au temps t et peut donc varier en fonction d’une stratégie élaborée selon l’invention. La prise en compte de la pro fondeur de pression capillaire nulle par rapport au point de profondeur Pi, corres pondant à la profondeur supplémentaire P ₂ de la nappe entre le point considéré et la nappe est un premier degré de liberté nouveau et fondamental introduit par la situation de la présence selon l’invention d’une nappe d’eau qui fixe la profondeur de la pression capillaire nulle.

[025] En second lieu, la prise en compte de la variation par rapport au temps de cette profondeur supplémentaire de la nappe P ₂ (t) en suivant un scénario déterminé selon l’invention est un second degré de liberté supplémentaire fondamental, constituant dans son simple principe une approche tout à fait nouvelle, ouvrant de très larges possibilités.

[026] Or l’analyse des objectifs visés par l’invention montre qu’ils sont tous des objectifs ne concernant qu’une période de temps donnée et dépendant essentiellement, au moins pour certains d’entre eux, d’un cumul d’effets dans la période de temps pré cédant ladite période de temps donnée.

[027] La détermination d’une évolution dans le temps des profondeurs de la nappe est donc un élément d’approche nouveau et essentiel de l’invention

[028] - 2ème point : le principe choisi pour assurer l’oxygénation des racines

[029] Il est classique dans l’état de l’art de confondre le besoin d’oxygénation des racines avec une nécessité permanente de teneur en air « suffisante ». Or, le problème d’oxygène des racines, s’il dépend en effet de la teneur en air ne dépend pas de la teneur en air instantanée ou de la teneur en air permanente mais d’un effet cumulatif sur une longue période lié à la teneur en air.

[030] Du coup, le parti pris selon l’invention est de chercher le moyen d’ augmenter la teneur en air mais seulement un peu et seulement de temps en temps plutôt que de chercher à avoir tout le temps une « bonne » teneur en air ,en partant du principe que la convection d’oxygène par drainage de temps en temps est mille fois plus efficace qu’une diffusion permanente d’oxygène nécessitant en permanence une « bonne » teneur en air.

[031] Le parti pris de l’invention est donc le choix d’un scénario P2(t) avec profondeur minimum de la nappe à respecter « de temps en temps », profondeur minimum de la nappe étant déterminée selon l’invention à partir de la courbe de drainage capil laire du substrat de culture du gazon.

[032] Dans une perspective de développement durable, le parti pris de l’invention est d’im poser un scénario de profondeur de nappe qui permette l’oxygénation des racines par le jeu d’équilibre spontané sous l’effet de la gravité et de la capillarité sans né cessité d’action active supplémentaire. Ceci n’empêche pas par ailleurs que de tels moyens supplémentaires sont également proposés selon l’invention dans des réali sations préférées.

[033] - 3ème point : Le principe choisi pour assurer l’irrigation [034] Contrairement aux principes habituellement retenus selon l’état de l’art, le principe retenu selon l’invention n’est pas de s’intéresser à la teneur en eau au niveau des racines mais uniquement aux conditions d’un flux capillaire suffisant pour répondre à la demande climatique évaporatoire.

[035] En s’appuyant sur des résultats scientifiques assez récents concernant les flux ca pillaires à travers substrat avec nappe d’eau peu profonde en présence de demande évaporatoire, le principe retenu est tout simplement de déterminer une profondeur maximale de nappe et un type de substrat permettant de garantir une irrigation ca pillaire satisfaisante, indépendamment de la teneur en eau (à l’équilibre capillaire ou pendant le flux) à la profondeur des racines.

[036] - 4ème point : Le principe choisi pour optimiser le stockage de l’eau.

[037] Le système de stockage d’eau doit déjà disposer d’un volume de stockage d’eau d’une taille suffisante par rapport aux besoins mais il doit également pouvoir être rempli et vidé conformément à la répartition temporelle des besoins et selon une chronologie de remplissage et de vidange qui respecte également les règles de profondeur de nappe précédemment déterminées.

[038] Une première étape d’analyse de ces contraintes met en relief les limites des couches de stockage déjà connues de l’état de l’art et propose une stratégie de courbe d'évolution dans le temps de la profondeur de la nappe de nature à optimiser l’usage de ces couches déjà connues selon l’état de l’art.

[039] Une seconde étape de proposition d’un nouveau type de couches de stockage avec fond mobile offre la possibilité d’une profondeur de nappe indépendante de la quan tité d’eau en stock et permet de réaliser des submersions- vidanges pour condition ner de façon active la température et l’oxygénation par convection d’eau de la nappe ou convection d’air passant par la nappe.

[040] L’apport visé par l’invention est de façon générale de permettre une gestion durable d’un terrain engazonné par un choix cohérent des matériaux et des épaisseurs des couches constitutives du terrain et par le réglage à différents moments clés de la profondeur d’une nappe d’eau dans la structure , afin de rendre compatibles la ré sistance et la souplesse du terrain, l’hydratation spontanée par capillarité et une bonne oxygénation des racines ainsi qu’une aération estivale propice à la prévention naturelle des maladies en période caniculaire. [041] Un apport dans un cas particulier de réalisation avec des couches de stockage plus performantes et plus onéreuses est la détermination d’une stratégie de gestion de la profondeur de la nappe en fonction des saisons et des précipitations en respectant les contraintes déterminées précédemment pour minimiser la consommation d’eau en provenance du réseau par l'optimisation de la capacité d’utiliser les eaux de pré cipitation pour l’irrigation différée du gazon.

[042] Un autre apport dans un cas particulier de réalisation est la proposition de nouveaux moyens de stockage d’eau de précipitation dans la nappe de la structure avec des réservoirs à fond verticalement mobile, permettant une autonomie en eau, notam ment en climat méditerranéen, par le stockage en saison pluvieuse d’une grande quantité d’eau dans la nappe située dans lesdits réservoirs, cette quantité d’eau étant ensuite utilisable de façon différée en saison sèche pour G irrigation capillaire du gazon.

[043] Un autre apport visé par l’invention dans le cas particulier de réservoir à fond verti calement mobile est de permettre une gestion active permettant l’oxygénation opti male des racines et le conditionnement thermique idéal du substrat et du gazon et de son environnement en n’utilisant que les ressources calorifiques naturellement présentes dans l’environnement avec une consommation énergétique mécanique marginale

[044] Les conditions favorables du premier apport visé rendent possible le second apport visé qui crée lui-même les conditions favorables pour le troisième apport visé.

[045] Les différentes réalisations possibles de l’invention combinent ainsi de multiples fa çons les différents moyens mis en œuvre par le procédé de gestion du terrain en gazon hybride et qui concourent tous à la réalisation de tout ou partie de ces apports visés ; Ces moyens comprennent en particulier :

[046] - la détermination d’un type de substrat et d’une profondeur maximale de la nappe d’eau pour l’hydratation capillaire satisfaisante du gazon,

[047] - la détermination d’une profondeur minimale de la nappe d’eau à respecter selon une évolution dans le temps déterminée pour l’aération et l’oxygénation satis faisantes des racines,

[048] - la détermination, en présence d’une couches de stockage d’eau nécessitant l’adjonction de moyens capillaires artificiels pour assurer la fonction capillaire du sys tème, d’une stratégie de profondeur de nappe et de détermination de l’épaisseur maximale du substrat posé sur ladite couche pour optimiser la capacité de stockage d’eau,

[049] - l’utilisation d’un nouveau type de couche de stockage d’eau, à fond mobile verticalement pour le stockage des eaux de précipitation en saison pluvieuse à utiliser de façon différée en saison sèche, pour la climatisation par convection et l’oxygénation optimale des racines par cycles de submersion-vidange du substrat.

[050] De façon synthétique, le procédé de gestion du terrain se distingue particulièrement par la détermination, en fonction du substrat, de profondeurs minimales que doit respecter la nappe d’eau à certains moments clés.

[051] La démarche de l’invention est de considérer les objectifs à atteindre et de les traduire en objectifs intermédiaires relatifs aux courbe de teneur en eau et aux flux capillaires. Un autre aspect de l’invention est de considérer la chronologie des effets recherchés, de remarquer qu’ils n’ont pas tous les mêmes cycles chronologiques et d’en déduire une gestion d’évolution dans le temps de la profondeur de la nappe pour atteindre l’ensemble des objectifs, pas forcément tous en même temps mais tous au moment nécessaire.

[052] Un autre aspect particulier de l’invention est de s’éloigner, concernant la capillarité, de principes très communément admis dans l’état de l’art mais souvent simplistes et erronés et de considérer de façon plus fine les apports de travaux scientifiques relatifs à la capillarité dans les milieux poreux, dont certains assez récents, pour en déduire par une analyse innovante les conditions relatives à la nature des substrats et à la gestion d’une nappe d’eau permettant d’atteindre les objectifs intermédiaires fixés lors de la première phase d’analyse en terme de courbe de teneur en eau et de flux capillaires.

[053] Enfin, un autre aspect important de l’invention est que malgré G ensemble des relations contraignantes imposées par l’invention, cette dernière permet finalement de répondre à toute la gamme des exigences rencontrées sur terrains de sport, de sorte que l’invention, avec sa grande variété de possibilités de réalisations, concerne finalement une gamme complète de terrains de sport hybrides engazonnés, allant de la construction du terrain idéal jusqu’à par exemple la réfection peu coûteuse et avec réutilisation partielle des matériaux en place de terrains existants fonctionnant initialement sur couche drainante. [054] De façon générale, l’invention concerne un terrain de sport installé, avec une zone de développement des racines en partie supérieure, d’épaisseur PTOR (profondeur de la tranche d’oxygénation des racines) posée sur une zone inférieure dans laquelle il est possible de gérer le niveau d’une nappe d’eau.

[055] La zone de développement des racines peut être elle-même constituée d’un substrat mono couche ou d’un substrat multicouches. Dans tous les cas elle comprend une couche de substrat hybride. La zone inférieure peut être elle aussi constituée d’une monocouche ou de plusieurs couches empilées. De plus la couche supérieure de la zone inférieure peut avoir éventuellement la même constitution que la couche infé rieure de la zone de développement des racines, sans discontinuité. La distinction étant simplement que les exigences en terme d’oxygénation portent sur une zone d’oxygénation des racines, dont l’épaisseur est comprise selon les choix d’exi gences des différentes réalisations entre 5 cm et 15 cm.

[056] Pour décrire à l’homme de l’art le mode de fonctionnement spontané d’un terrain engazonné selon invention et comprenant une nappe d’eau dans sa structure et les modes de gestion proposés selon l’invention de ladite nappe , avec un mode de description général s’adaptant à la grande diversité des terrains et des mode de gestion rendue possible par la présente invention , il est pratique de considérer un terrain selon l’invention comme composé d’un substrat posé sur une couche de stockage destiné au stockage de l’eau dans la nappe d’eau, cette eau étant destinée à l’irrigation ultérieure du gazon par capillarité et la profondeur de la nappe d’eau étant déterminante pour le comportement de l’eau à l’intérieur même du substrat.

[057] Peu importe que cette description d’un substrat posé sur une couche de stockage puisse amener à considérer une frontière qui peut éventuellement être tout à fait artificielle entre le substrat et le support de stockage de l’eau. Cette frontière ne cor respond pas forcément à une discontinuité de la structure du terrain car le terrain peut être multicouches ou non. La frontière entre le substrat et le support de stock age correspond le plus fréquemment à une frontière matérielle entre une couche de substrat de culture posée et une couche de stockage distincte sur laquelle repose le substrat, ladite couche distincte étant d’un milieu poreux et capillaire choisi pour sa performance stockage d’eau très supérieure à celle d’un substrat de culture. Ce- pendant, il peut arriver dans certaines réalisations que la frontière soit virtuelle, cor respondant à une frontière considérée de façon arbitraire pour les besoins de la des cription d’un terrain constitué d’un seule couche d’un matériau ayant à la fois des caractéristiques de substrat de culture et de milieu poreux drainant et capillaire et considéré au-dessus de la frontière arbitraire comme un substrat et considéré en dessous comme une couche de stockage d’eau.

[058] De la même façon peu importe que la stratégie de gestion de la nappe soit une gestion impliquant une évolution du niveau de la nappe décidée suivant des critères précis ou que la nappe soit laissée libre d’évoluer sous la seule influence des pré cipitations spontanées et de l’évaporation spontanée ou encore que la nappe soit contrainte à rester à un niveau fixé d’avance.

[059] De même, pour expliquer à l’homme de l’art le fonctionnement du terrain, il est pra tique de considérer un exemple particulier avec une configuration familière d’un substrat posé sur une couche drainante de gravier car l’homme de l’art connaît par faitement ce cas de figure.

[060] Bien sûr, il faudra transformer le terrain sur couche drainante en terrain avec nappe dans le terrain, en supposant que le terrain entier soit doté selon l’invention de moyens supplémentaires pour transformer la couche drainage de gravier en couche de stockage d’eau selon l’invention. On suppose donc l’adjonction et l’installation dans le gravier d’un réseau de mèches souples capillaires ou bien de colonnes rigides capillaires pour créer une continuité capillaire entre la nappe à l’intérieur du gravier et le substrat posé au-dessus du gravier malgré la barrière capillaire consti tuée par le gravier rempli d’air entre la nappe et le substrat et l’on suppose également que l’ensemble du terrain a été placé dans une enceinte imperméable sur ses côtés et au fond avec juste des moyens adéquats pour rajouter ou supprimer un volume d’eau dans la nappe afin d’en faire évoluer le niveau selon le souhait du gestionnaire du terrain.

[061] Cet exemple est intéressant en ce qu’il permet de comparer le même substrat posé sur la même couche de gravier mais avec l’adjonction de moyens rendant le gravier capillaire pour étudier les différences fondamentales qui en découlent dans le haut du substrat. [062] D’ailleurs, une telle couche de stockage d’eau en graviers dotée artificiellement de moyens supplémentaires ne constituerait pas une couche de stockage particulièrement performante et n’est probablement pas le meilleur choix pour la construction d’un terrain neuf et performant mais le gravier déjà présent dans les couches drainantes de terrains existants est cependant un matériau à considérer sérieusement pour la rénovation et la transformation de terrains existants en terrain selon l’invention, le gravier d’anciennes couches drainantes étant déjà livré sur place et potentiellement disponible gratuitement ou même à prix négatif.

[063] L’étude de la gestion de la profondeur de la nappe d’eau dans le cas particulier où la structure comprend une couche artificielle de stockage d’un type déjà connu de l’état de l’art, c’est à dire dont le volume est fixe dans le temps, représente une part non négligeable de l’invention.

[064] L’autre cas particulier particulièrement important décrit ensuite est le cas d’une couche artificielle de stockage à fond mobile selon l’invention dont le volume de stockage est rendu variable pour que le niveau de la nappe ne soit plus contraint par la quantité d’eau stockée dans la structure.

[065] Cependant, la première étape de description de l’invention est l’analyse générale des conditions de gestion de la profondeur de la nappe pour l’obtention d’un flux capillaire suffisant et d’une oxygénation suffisante des racines, d’une bonne souplesse du sol sportif et d’une bonne aération superficielle en surface.

[066] En effet, le principe de la description des cas particuliers de structures comprenant des structures de stockage performantes s’appuie justement sur lesdites conditions de gestion de la profondeur de la nappe déterminées précédemment pour l’obtention d’oxygénation, de souplesse, d’aération et de flux satisfaisants.

[067] Les étapes individuelles de l’invention concernent les 2 partis pris généraux de l’invention puis 4 objectifs généraux visés (oxygénation des racines, aération superficielle en période caniculaire, irrigation spontanée par capillarité, assouplissement du sol sportif en cas de couche de stockage rigide) et utilisent enfin toutes ces étapes pour décrire le système complet dans le cas de couche de stockage à volume fixe puis dans le cas de couche de stockage à volume variable.

[068] Le principe général de invention vise à préciser suffisamment le type de substrat et les règles à respecter par une gestion des variations dans le temps des profondeurs de la nappe, les dites règles et ladite gestion étant établis en fonction d’une déter mination adéquate du substrat ainsi que le choix et la gestion des couches de stock age d’eau pour permettre d’atteindre finalement les objectifs.

[069] Les principes de l’invention concernent donc :

[070] - les 2 partis pris de l’invention :

[071] - A : la caractérisation du substrat par sa courbe principale de drainage

[072] - B : le Principe d'évolution dans le temps de la profondeur de pression capil laire nulle égale à celle de la nappe [073] - les 4 objectifs généraux visés par l’invention sont :

[074] - C : l’oxygénation des racines

[075] - D : l’aération superficielle en période caniculaire

[076] - E : l’irrigation capillaire spontanée satisfaisante du gazon

[077] - F : l’assouplissement du sol sportif par nappe perchée en cas de substrat posé sur couche de stockage rigide [078] - les 2 applications de ces principes qui aboutissent :

[079] - G : à la proposition de gestion optimale du stockage d’eau dans la nappe visant G irrigation différée en fonction de différents types de couches de stockage à volume de stockage fixe

[080] - H :à la proposition de caissons de stockage à fond mobile et volume de stockage variable avec proposition de gestion utilisant ces caissons pour l’autonomie en eau, pour l’oxygénation et pour le conditionnement climatique du substrat [081] Les 2 premiers objectifs généraux (C et D) à atteindre donnent lieu selon l’invention à des critères de profondeur minimale de la nappe tandis que les deux suivantes (E et F) donnent lieu à des critères de profondeur maximale de la nappe. De plus, ces 4 critères de profondeur de nappe (2 minimales et 2 maximales) dépendent tous les quatre des caractéristiques du substrat (déterminés en A).

[082] Une fois déterminées les règles de réalisation des 4 premiers objectifs (C,D,E,F) qui servent de cadre général à l’invention, à partir de la caractérisation du substrat (A), le principe de l’invention est ensuite de donner les clés en utilisant le principe de scénario de profondeur de la nappe (B) permettant d’atteindre 2 objectifs spécifiques supplémentaires (G et H ) : [083] - Minimiser la consommation d’eau depuis l’extérieur par une gestion opti male de la profondeur de la nappe d’eau pour y stocker l’eau de précipitation desti née à une irrigation du gazon différée dans le temps dans le cas de couches de stockage à volume fixe.

[084] - Utilisation de nouveaux moyens de stockage d’eau par caissons à fond mobile et méthode pour utiliser totalement l’eau des précipitations et optimiser l’oxy génation et le conditionnement climatique du substrat.

[085] A - Utilisation de la courbe principale de drainage

[086] Pour chercher les conditions permettant de garantir que les objectifs hydriques se ront atteints, le parti pris de l’invention est le principe d’une recherche conjointe d’un type souhaitable de substrat et de l’utilisation pour caractériser ledit substrat de la courbe principale de drainage , connue en anglais sous l’abréviation SMRC ( corres pondant à Soil Moisture Rétention Curve) pour majorer et approcher la teneur en eau ( et donc la teneur en air) aux différentes profondeurs dans le substrat en fonc tion de la profondeur de la nappe d’eau.

[087] On sait en effet que en tout point du substrat, porosité totale e = teneur en eau OEAU + teneur en air OAIR. La teneur en air OAIR et la teneur en eau OEAU sont naturellement une teneur en air volumique et une teneur en eau volumique, et sauf mention con traire, il en est ainsi dans toute la présente demande. Les deux courbes de teneur en air et de teneur en eau en fonction de la succion ou pression capillaire exprimée en hauteur d’eau se déduisent donc l’une de l’autre à partir de la porosité totale.

[088] Les courbes liées teneur en air et teneur en eau déterminent deux fonctions hCairt et hc eau liée.

[089] Quand on veut avoir une teneur en air supérieure à telle valeur OAIR quand la nappe est à la profondeur P, la relation s’écrit donc :

90. P ³ + hcdrainage (£ - 0 AIR)

91. où h _cdrainage est la fonction qui à toute teneur en eau volumique 0 attribue la hauteur capillaire h _cdrainage (0) correspondante sur ladite courbe principale de drainage.

[092] Cette "courbe de rétention d’eau par le sol » ou « courbe principale de drainage »( en anglais SMRC : Soil Moisture Rétention Curve) est une caractéristique intrin sèque d’un poreux et donc du substrat (à compaction donnée) , accessible de façon expérimentale et définie comme la courbe de teneur volumique en eau à l’équilibre capillaire en fonction de la tension capillaire (exprimée en hauteur d’eau en cm et en échelle naturelle non logarithmique), ladite courbe étant obtenue par drainage quasi statique à partir de l’état initialement saturé.

[093] On sait que la teneur en eau à l’équilibre capillaire à un moment quelconque dans le substrat ne peut être déterminée de façon ultra précise pour une pression capillaire donnée du fait d'un phénomène d’hystérésis lié à l’histoire des montées et descentes antérieures de l’eau dans le substrat mais on sait aussi qu’à l’équilibre capillaire, le poids d’une colonne d’eau est en équilibre avec la force de capillarité en haut de ladite colonne d’eau du fait des forces capillaires qui retiennent par le haut ladite colonne , lesdites forces capillaires résultant de la tension de surface à l’interface air/eau d’une part (dépendant intrinsèquement du liquide) et d’autre part de l'angle de mouillage avec les bords du ménisque correspondant (dépendant du couple li quide/solide) et qui déterminent ladite force capillaire en fonction de la géométrie précise (et impossible à connaître) du bord de la porosité correspondante. Or, pour un substrat suffisamment homogène, il est connu que ces conditions peuvent être reproduites de façon expérimentale par drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé pour donner la courbe prise en référence selon l’invention car il est connu que ladite courbe majore toujours et le plus souvent d’une courte tête ( en dehors de l’extrémité basse de la courbe) la teneur en eau réellement atteinte dans le substrat à une hauteur capillaire donnée et à un moment donné.

[094] La détermination des courbes de teneur en eau d’un substrat en fonction de la ten sion capillaire en général et leur présentation sous forme de courbes PF en parti culier est une mesure classique en laboratoire.

[095] Le principe de la courbe PF est le même. Aussi, même si les échelles rendent cet exercice difficile sur le plan pratique, on devrait avoir en théorie une approche des courbes de drainage à l’échelle naturelle dans la gamme de hauteurs intéressante pour l’invention d’un substrat connu dont on connaît la courbe PF en utilisant les correspondances suivantes :

[096] PF 0 = 1 cm ; PF 0,3 = 2 cm ; PF 0,5 = 3,2 cm ; PF 0,8 = 6,4 cm ; PF 0,9 =

[097] PF1 = 10 cm ; PF 1 ,1= 12,8 cm ; PF 1 ,2 = 16 cm ; PF 1 ,3 = 20 cm ; PF 1,4 = 25,6 cm ;

[098] PF 1 ,5 = 32 cm ; PF 1 ,7 = 51 cm ; PF 1 ,8 = 64 cm ; PF 1 ,9 = 80 cm PF 2 = 100 cm = 1m [099] PF 2,1 = 1,28 m ; PF 3 = 10 m = 1 atm ; PF 4,2 = 160 m

[100] Cependant, les courbes PF ne sont pas prévues pour donner une précision sur toute l’étendue de la gamme et en particulier ne sont pas assez précises pour les petites valeurs de pression capillaire qui sont celles utilisées dans le cadre de l’invention.

[101] Implicitement, l’étendue d’une courbe PF (PF5 correspondant à 1000 mètres) sous- entend une faible précision pour les très faibles pressions capillaires (de 0 à 50 cm) qui intéressent l’invention.

[102] Il est donc préféré selon l’invention de déterminer les caractéristiques capillaires prin cipales :

[103] - non pas en échelle logarithmique des pressions mais en échelle naturelle,

[104] - non pas avec des pressions capillaires exprimées formellement en pression mais en hauteur capillaire équivalente exprimée en centimètres,

[105] - non pas dans la gamme complète des teneurs en eau habituellement présentée dans les courbes PF mais avec une courbe précise sur les 50 premiers centimètres de pression capillaire

[106] C’est la raison pour laquelle il semble nécessaire de donner un protocole à simple titre d’exemple pour souligner l’importance d’une courbe véritablement ajustée aux petites valeur de pression capillaire, ce qui nécessite un soin particulier pour ne pas négliger l’épaisseur de l’échantillon dans les mesures, quelle que soit par ailleurs la technique de mesure utilisée. Ce n’est pas en effet l’ensemble de la courbe qui est intéressante dans le cadre de l’invention mais seulement le détail de ce qui se passe entre la pression capillaire nulle et une pression capillaire de 50 cm en s’intéressant aux variations précises avec une précision de l’ordre du centimètre concernant la pression capillaire et du pour-cent de teneur en eau ou en air. Ce n’est donc ni sous forme logarithmique ni avec l’imprécision des courbes PF classiques qu’il est sou haitable de caractériser la courbe principale de drainage mais avec une courbe spé cifique donnant la teneur en eau et en air volumique en pourcentage par rapport aux hauteurs capillaires données en cm de 0 à 50 cm.

[107] De telles courbes existent et sont par exemple disponibles pour quelques substrats normés USGA sélectionnés pour la construction des terrains de golf par la fédération américaine de golf. Cependant, la plupart des substrats proposés sur le marché ne sont pas caractérisés avec cette utile précision, même quand leur courbe PF est disponible, ce qui d’ailleurs est assez rare. Aussi, pour établir cette relation précise déterminant la profondeur minimale de la nappe en fonction de la caractérisation d’un substrat spécifique par la courbe caractéristique capillaire principale de drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé, il n’est pas inutile de disposer d’un protocole adapté à la détermination expérimentale de cette caractéristique intrinsèque du substrat, qui sera mesurée sur un échantillon de substrat compacté. .En effet, dans le cas particulier de l’invention, on cherche des profils capillaires sur quelques dizaines de cm, avec une frange capillaire qui est de l’ordre de grandeur de la dizaine de cm et des tailles d’échantillons d’un ordre de grandeur comparable. Aussi, dans le cas particulier correspondant aux conditions de l’invention, et contrairement aux classiques courbes PF, il importe de ne pas négliger lors des mesures de détermination de la courbe les différences de pression hydrostatique et donc de pression capillaire dans l’échantillon lui-même, car l’ordre de grandeur de ce que l’on négligerait serait d’un ordre de grandeur équivalent à ce que l’on cherche à mesurer.

[108] Il est donc recommandé de faire déterminer les caractéristiques capillaires principales des substrats choisis selon l’invention par un protocole de mesures spécifiquement adapté pour ne pas négliger pas la différence de pression capillaire à l’intérieur de l’échantillon du fait de son épaisseur dans le sens vertical mais qui au contraire en tient compte.

[109] Concernant par ailleurs l’état de compaction de l’échantillon de substrat, et même si il serait préférable dans l’idéal de déterminer la courbe sur des échantillons du substrat à sa densité apparente in situ en conditions d’utilisation, cette densité apparente in situ n’est pas définissable en tant que telle, n’étant pas constante dans le temps ni dans l’espace et par ailleurs elle n’est facile dans la pratique ni à mesurer in situ ni à reproduire en échantillon. C’est pourquoi l’important étant d’avoir une courbe capillaire d’un poreux aussi représentatif que possible du substrat en place,, il suffit en pratique de mesurer la courbe de teneur en eau avec un échantillon de substrat dont la densité apparente majore cette densité apparente in situ avec un substrat plus compacté, avec par exemple la compaction obtenue par une presse dans les protocoles de mesures de compaction utilisées pour déterminer l’optimum Proctor. Une telle densité apparente d’échantillon majorera la densité apparente en place, mais sans en être très différente (surtout dans le cas d’un terrain installé depuis longtemps et sans entretien mécanique efficace). En majorant la densité, on majore aussi la teneur en eau à une pression capillaire donnée (mais très légèrement) et cela convient à tous les raisonnements selon l’invention qui consistent à utiliser ladite courbe pour majorer (mais de peu) la teneur en eau à l’équilibre capillaire à ladite hauteur.

[110] La description donnée ci-dessous d’un protocole par récurrence préféré selon l’in vention n’est qu’un exemple de moyen de détermination d’un profil capillaire en te nant compte de la différence de pression capillaire à l’intérieur de l’échantillon mais en ayant une précision sur la teneur en eau sur une tranche aussi mince que l’on veut par une mise en équilibres successifs de l’échantillon monté progressivement d’une différence de niveau D z qui donne la précision voulue à la mesure, même si l’épaisseur (a) de l’échantillon est nettement supérieure à D z. L’utilisation de ce pro tocole précis donné à titre d’exemple de la possibilité de déterminer la courbe de façon expérimentale et précise malgré un profil hydrique de quelques décimètres seulement n’est bien entendu pas imposée par la méthode selon l’invention.

[111] L’explication ci-dessous est donnée dans un cas particulièrement pratique pour le raisonnement par récurrence, en supposant que :

[112] - l’épaisseur (a) de l’échantillon est plus petite que la frange capillaire

[113] - que l’on soulève l’échantillon relié par un tuyau d’eau à la surface libre d’une hauteur Dz à chaque pas expérimental

[114] - en choisissant que a soit un multiple de Dz, c’est à dire a = m Dz, avec m entier

[115] Les deux figures 4a et 4b, qui représentent respectivement la phase n et la phase n+1 d’un processus de détermination par récurrence de la courbe d’équilibre capil laire, permettent d’illustrer le dispositif de mesure expérimentale du profil hydrique de drainage par récurrence.

[116] La figure 4a montre l’étape n où le bas de l’échantillon d’épaisseur a est à la hauteur z.

[117] La figure 4b montre l’étape n+1 où le bas de l’échantillon d’épaisseur a est à la hau teur z + Dz , c’est à dire après que l’on a soulevé l’échantillon de la hauteur Dz

[118] Ces deux figures sont représentées exactement de la même façon, mais à deux étapes successives de la récurrence.

[119] On a choisi une représentation avec Dz = a/2

[120] Ainsi, la figure 4b est semblable à la figure 4a mais en ayant soulevé l’échantillon de Dz = a/2, c’est à dire de la moitié de l’épaisseur de l’échantillon [121] La courbe du profil hydrique de drainage représentée en figure 4a et 4b est la courbe qui donne en abscisse la quantité d’eau q(z) qui reste dans la porosité après vidange complète en fonction de la hauteur capillaire h _c représentée en ordonnée

[122] C’est justement cette courbe que l’on détermine de façon expérimentale par le dis positif de mesure expérimentale du profil hydrique de drainage par récurrence dont le principe est expliqué ci-après.

[123] Comme l’illustre la figure 4a, (z) est l’altitude du bas de l’échantillon (5) par rapport au niveau de la nappe (6) correspondant à l’étape n de la récurrence et (z +a) est donc l’altitude du haut de l’échantillon à l’étape n de la récurrence. De même, comme l’illustre la figure 4b, en remontant donc l’alti tude du bas de l’échantillon qui passe à z + et le haut de l’échantillon qui passe

[124] Les figures 4a et 4b montrent en grisé à quelle partie de la courbe correspond l’épaisseur de l’échantillon et cette partie de la courbe se décale donc naturellement par rapport à la courbe quand on passe de la figure 4a à la figure 4b.

[125] Sont représentées à droite l’épaisseur de la frange capillaire (fc) et la hauteur de remontée capillaire maximale (H).

[126] Comme on le voit sur les figures 4a et 4b, pour h _c = 0, on a 0drainage(O) = e et cela se maintient quand dans la frange capillaire pour ensuite faire une courbe en S qui tend vers zéro et arrive presque à zéro quand on atteint la hauteur de remontée capillaire maximale (H).

[127] On dispose d’un dispositif de contrôle de la pression (1) et d’un dispositif de mesure du volume entrant/sortant (3) sur un circuit d’eau (2) qui relie l’eau de l’échantillon (5) posé sur un milieu poreux (4) à la nappe pour que la pression capillaire en tout point de l’échantillon soit la pression correspondant à l’altitude de ce point par rapport au niveau piézométrique (6) de la nappe.

[128] De façon classique, l’échantillon (5) est posé sur un milieu poreux (4) adéquat pour transmettre de façon uniforme la pression capillaire dans l’échantillon, ce milieu po reux étant relié à la nappe par le circuit d’eau (2)

[129] Ainsi, quand on a l’échantillon tout en bas, il reste saturé d’eau et II suffit de compter le nombre p de pas de hauteur avant d’observer le premier drainage effectif pour connaître la taille de la frange capillaire qui vaut entre [130] En effet, quand, au pas p-1 , le sommet avait une altitude a + (p-1 ) Dz, il n’y avait pas de drainage du tout, et on a donc a + (p-1) Dz < ( fc).

[131] En revanche, on constate un drainage au pas p et cela signifie donc que a + (p-1) Dz ³( fc).

[132] Dz donne l’incertitude maximale sur la hauteur de frange capillaire (même si on peut encore resserrer l’incertitude en comparant la perte d’eau au pas p à celle au pas (P+1).

[133] On a choisi une épaisseur a de l’échantillon multiple de D z avec a = m Dz, de façon à avoir m tranches dans l’échantillon.

[134] Quand on remonte l’échantillon de Dz, on sait par récurrence ce que les m-1 tranches inférieures perdent par drainage et, en mesurant ce que perd l’échantillon complet, on en déduit donc par différence ce que perd la tranche supérieure d’épaisseur Dz.

[135] Ainsi, par récurrence, on connaît la quantité d’eau perdue au drainage par chaque tranche d’épaisseur Dz depuis la nappe.

[136] En effet, on connaît au début de la récurrence, la quantité d’eau qui est sortie de la tranche supérieure, la première fois où l’on a constaté une vidange.

[137] On connaît donc au pas suivant la quantité d’eau qui sort de la tranche juste en dessous de la tanche supérieure, sachant qu’il ne sort rien des tranches en dessous, et par différence, la quantité d’eau qui sort moins la quantité d’eau qui sort de la tranche juste en dessous de la tranche supérieure donne la quantité d’eau qui sort de la tranche supérieure.

[138] Aux pas suivants, on sait tout ce qui sort des différentes tranches en dessous de la tranche supérieure et par différence, on en déduit la quantité qui sort de la tranche supérieure. A chaque pas, ce qui sort de la tranche supérieure se déduit de ce qui sort de l’ensemble de l’échantillon et c’est ce qui sort de la tranche supérieure que l’on cherche à connaître pour avoir la courbe de profil hydrique et qui servira aux pas suivants à connaître ce qui va sortir des tranches situées en dessous

[139] Ainsi par récurrence, on connaît à chaque pas la quantité d’eau qui sort de la tranche supérieure et donc également la quantité d’eau Q (z) qui reste dans la porosité et qui est égale à la porosité e (du fait de la saturation initiale ) moins ce qui est sorti de la tranche supérieure que l’on a calculé comme ce qui est sorti de l’échantillon tout entier diminué de la somme de ce qui est sorti de l’ensemble des tranches stricte ment en dessous de la tranche supérieure. On peut ainsi déterminer la quantité d’eau perdue par rapport à e cela donne donc la quantité d’eau qui reste soit Gr _ainage (z) à la hauteur capillaire correspondant à la tranche supérieure de l’échantillon. On dis pose ainsi du profil hydrique principal de drainage à partir de l’état initial saturé dé terminé selon un protocole expérimental reproductible.

[140] La représentation de profil choisie pour illustrer la méthode expérimentale est évi demment assez réaliste dans la mesure où ce type de coupe est conforme aux ob servations pour le type de substrat étudié. On y remarque que la frange capillaire est bien visible comme prévu par les explications théoriques données ci-dessus mais que le seuil de percolation n’est pas franchement visible. Cette représentation a été choisie volontairement ainsi car c’est ce que l’on observe effectivement avec le type de substrats représentatifs des substrats candidats pour la présente invention qui ont été testés.

[141] Aussi, une façon simple de fixer un seuil est de considérer le rapport 0 _drainage ( hc) / 0 (0) < l et l’exigence caractéristique selon l’invention porte alors par sur le choix de l.

[142] L’expérimentation permet de trouver hc _A tel que O _drainage (hc) / O _drainage (0) < l pour toute hauteur capillaire supérieure à hc _A .

[143] En effet, la fonction O _drainage (hc) correspondant à la caractéristique principale de drainage à partir de l’état initial de saturation étant décroissante, cela permet pour tout l entre 0 et 1 de déterminer la hauteur capillaire hc _A t elle que pour toute hauteur capillaire hc supérieure à hc _A on vérifie la relation O _drainage (hc) / e < l.

[144] Or, on a vu par ailleurs précédemment que la teneur en eau in situ dans le substrat à une hauteur capillaire quelconque Q (hc) est indéterminable de façon précise du fait de l’hystérésis mais qu’elle vérifie à l’équilibre capillaire la relation : Q (hc) <

Odrainage (hc).

[145] Ainsi, pour tout l entre 0 et 1 on peut déterminer une hauteur capillaire hcA dépen dant de l telle que, in situ , à tout moment à l’équilibre capillaire et à toute hauteur capillaire hc, la teneur en eau 0(hc) effective in situ à la hauteur hc et à l’équilibre capillaire au moment considéré vérifie la relation :

[146] hc > hcA => 0 ( hc) / e < l

[147] A ce stade, par cette relation on peut donc disposer expérimentalement de tous les éléments caractéristiques intrinsèques recherchés et qui permettent de caractériser l’invention. [148] Les descriptions de la méthode qui suivent sont illustrées en utilisant un sable de référence qui, d’une part, permet de fournir des ordres de grandeurs valables dans la gamme des substrats selon l’invention et, d’autre part, permettent d’illustrer de façon concrète comment est utilisée selon l’invention une courbe principale de drai nage aux diverses étape.

[149] La courbe de ce sable USGA (figure 5) est utilisée comme courbe de référence tout au long de la présentation dans la description pour quantifier les contraintes, sans que cela ne restreigne bien entendu l’invention à l’utilisation de ce sable particulier.

[150] Pour expliciter le procédé d’optimisation de l’épaisseur de substrat, il est intéressant de se référer à la figure 5 qui donne une courbe représentative d’un substrat utilisé en terrain de sport et utilisable dans le cadre de la présente invention. Dans la courbe de la figure 5, sont représentées ensemble la courbe de teneur en eau et de teneur en air qui se déduisent l’une de l’autre puisque à chaque hauteur, la somme de la teneur en eau et de la teneur en air est égale à la porosité totale qui est la valeur de la teneur en eau au niveau de la nappe, (ici 41% dans l’exemple, où la porosité est la même de haut en bas, s’agissant d’un même substrat).

[151] La forme en S de la courbe en eau est typique des courbes principales de drainage de tous les poreux avec, à partir d’une hauteur nulle au-dessus de la nappe et en augmentant cette hauteur prise ici en abscisse, une partie sensiblement horizontale jusqu’à un point de relativement brusque changement de pente, que l’on appelle point d’entré d’air, l’épaisseur quasi-saturée correspondante s’appelant la frange ca pillaire. On a ensuite en continuant à s’élever au-dessus du niveau de la nappe une pente importante qui correspond ici plus ou moins à une droite avec 1% d’eau en moins pour 1cm d’élévation supplémentaire jusqu’à atteindre un point de change ment de pente plus ou moins symétrique du premier au-dessus de la nappe et une fin de courbe à nouveau sensiblement horizontale. Bien entendu, la courbe en air qui s’en déduit a le même type de forme, symétrique par rapport à l’axe horizontal à la moitié de la porosité et ne remonte qu’au niveau de la teneur d’eau résiduelle à pression capillaire élevée.

[152] Cette courbe de référence prise en exemple dans la figure 5 concerne un substrat composé de 45 % de sable moyen (250pm à 500 pm) et 55% de sable grossier (500pm à 2mm) . Grâce à la possibilité de descendre la profondeur de la nappe, il est également possible selon l’invention de choisir des substrats plus fins comme des substrats comprenant 100% de sable moyen ou même un peu de sable fin, ce qui augmenterait légèrement la hauteur de la frange capillaire et donc le point d’en trée d’air de drainage et diminuerait très légèrement la pente négative de la courbe de teneur en eau par rapport à la hauteur d’eau au-dessus de la nappe (moins de perte d’eau par cm d’élévation au-dessus de la nappe). Ces différences ne justifient pas de remettre en question les ordres de grandeurs de la courbe de référence mais ils justifient pour une meilleure précision d’adapter la stratégie à la courbe précise de chaque substrat mais cela permet déjà d’illustrer la stratégie proposée avec la courbe de référence, de façon relativement représentative de toute la gamme des substrats selon l’invention.

[153] Toutefois, avec des substrats très spécifiques comme le substrat Radicalé (déno mination commerciale), qui est le substrat hybride préféré le plus performant et qui est composé d’éléments multi-échelles, on a en revanche une courbe très différente comme si le Radicalé était à la fois beaucoup plus grossier et beaucoup plus fin que le sable de référence. On constate ainsi pour le Radicalé un comportement de tex ture nettement plus fine avec un gain de teneur en air par centimètre de pression capillaire supplémentaire bien plus faible que pour le sable de référence (1% de te neur à l’air en plus par 5 centimètres de pression capillaire supplémentaire contre 1% de teneur à l’air en plus par 1 centimètre de pression capillaire supplémentaire pour le sable de référence) mais avec, a contrario, un comportement de texture net tement plus grossière avec un point d’entrée d’air à pression capillaire nettement inférieur et avec une porosité à l’air déjà importante (10% de teneur en air à 10 cm de pression capillaire contre 10% de teneur en air à 20 cm de pression capillaire pour le sable de référence). Autrement dit, le substrat Radicalé a très rapidement une teneur en air minimale intéressante mais celle-ci ne varie pas vite quand on s’élève davantage et la teneur en eau semble la même sur toute la hauteur de subs trat, avec en outre une dynamique de rééquilibrage au séchage qui permet de con server une hauteur humide jusqu’en haut sans front de séchage.

[154] Avec ce type de substrats très spéciaux aux courbes vraiment différentes, il est donc particulièrement justifié de se référer directement à la coupe correspondante pour optimiser la gestion de la nappe. [155] En tant que tel, le principe d’utiliser cette courbe principale de drainage (courbe SMRC en anglais) pour évaluer la teneur en eau ou en air dans un substrat n’est pas un principe inconnu de l’état de l’art.

[156] En se référant à ce qui est déjà connu dans ce domaine pour les terrains de sport (mais en l’absence d’une nappe d’eau et donc en dehors bien sûr de la condition relative au flux capillaire depuis une nappe d’eau), il est déjà connu de l’état de l’art d’utiliser cette courbe dans le cas d’un substrat posé sur une couche drainante en gravier et pour rechercher des conditions pour résoudre 3 objectifs différents de ceux visés par l’invention mais dans une même perspective d’assurer au gazon ses besoins fondamentaux, quoique différemment.

[157] Le seul point commun entre la présente invention et la démarche utilisée, en parti culier aux Etats Unis pour un substrat posé sur une couche drainante en gravier est justement ce principe d’une recherche conjointe d’un type souhaitable de subs trat et d’une épaisseur souhaitable dudit substrat au-dessus du gravier pour satis faire les besoins du gazon, en utilisant pour cette recherche la courbe SMRC dudit substrat.

[158] Si l’idée d’utiliser cette courbe est commune à l’invention et à l’art antérieur, l’utilisa tion de cette courbe qui en est faite selon l’invention est cependant très différente.

[159] Dans l’état de l’art, la courbe est utilisée pour essayer de déterminer, dans le cas d’un substrat posé sur une couche drainante (donc en l’absence de nappe) :

[160] - comment répondre au souhait d’avoir « assez d’air » pour ne pas noyer le terrain

[161] - comment disposer d’un volume de porosité suffisant pour pouvoir absorber une certaine quantité d’eau de précipitation avant de déborder

[162] - comment avoir « assez d’eau » en stock pour tenir assez longtemps entre deux arrosages.

[163] Dans le cas de l’invention, les lois de la physique des milieux granulaires étant uni verselles, la courbe principale de drainage est aussi choisie comme le meilleur moyen d’estimer assez finement et en la majorant la quantité d’eau retenue dans le sol par capillarité à l’équilibre et en la majorant encore, mais éventuellement beau coup, lors d’un flux capillaire ascendant.

[164] En revanche, la présence de la nappe et l’analyse poussée des besoins constituant une problématique totalement différente, cela aboutit à une utilisation tout aussi différente de la courbe. Evidemment , dans le cas de l’invention, on n’utilise pas cette courbe pour savoir si l’on aura « assez d’eau » car une autre démarche montre que ce n’est pas l’eau en stock qui compte pour l’irrigation capillaire depuis la nappe mais le flux capillaire, qui n’est pas selon l’invention déduit de la courbe de drainage mais dépend directement de la profondeur de la nappe et de la demande évapora- toire, indépendamment de la courbe (et jusqu’à une certaine limite bien sûr mais justement on a un critère pour rester dans cette limite).

[165] Evidemment, la façon d'utiliser cette courbe pour en tirer des conditions pour une oxygénation suffisante est aussi totalement différente du cas d’une couche drai nante du fait de la présence d’une nappe d’eau car dans ce cas la profondeur de pression capillaire nulle n’est pas la profondeur Pi fixe du toit de gravier comme dans le cas d’une couche drainante mais la profondeur P(t) = Pi + P ₂ (t). Cette pro fondeur supplémentaire P2(t) (positive ou négative) de la nappe par rapport à la profondeur du toit de gravier détermine à chaque instant le point zéro de la pression capillaire nulle, ledit point zéro de la pression capillaire nulle n’étant pas lié par prin cipe au toit de la couche de gravier et étant même variable dans le temps en fonction du scénario d’évolution de la profondeur de la nappe choisi selon l’invention.

[166] Or, globalement, l’invention ayant à répondre à plusieurs problèmes distincts, cela donne lieu à un ordre chronologique de résolution des problèmes et ensuite à un principe de résolution pour chacun des problèmes, comme ce sera exposé ci-des- sous . Chaque problème à résoudre donne lieu à une analyse directe et innovante des objectifs, se traduisant en objectifs secondaires en terme de teneur en eau ou de flux, et se traduisant enfin en contraintes à respecter par la courbe chronologique P(t) de profondeur de la nappe qui est l’objet principal de la première partie de l’in vention.

[167] Ainsi, les problèmes ne se posant pas tous au même moment, il est possible dans le cas de la méthode selon l’invention, de choisir à chaque moment une profondeur de nappe qui permette de répondre à la problématique du moment, sans avoir à répondre à la problématique d’un autre moment

[168] L’illustration de cet avantage est parfaitement illustré dans la recherche de gestion de la nappe avec un substrat posé sur une couche de stockage et visant à la fois à minimiser l’épaisseur du substrat et à optimiser l’utilisation du stockage pour utiliser le moins d’eau possible du réseau en rejetant le moins d’eau possible. Le scénario proposé permet d’avoir un niveau de nappe très haut en hiver qui serait classique ment considéré comme de nature à noyer le gazon en prévoyant un drainage mo déré de la nappe une fois de temps en temps, suffisamment faible pour ne pas rejeter trop d’eau au total lors des drainages mais suffisamment bien calculé à partir de la courbe de drainage pour assurer une entrée d’air et donc d’oxygène à chaque drainage à la profondeur des racines de nature à parfaitement oxygéner lesdites racines à ladite profondeur.

[169] La courbe caractéristique capillaire principale de drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé permet elle-même de définir la fonction décroissante h _c drainage qui à toute teneur en eau Q comprise entre la teneur en eau au point de flétrissement et la porosité totale du substrat (teneur à saturation) associe la hauteur capillaire h _c drainage (Q) qui est la hauteur au-dessus du niveau piézométrique de la nappe à la quelle la teneur en eau à l’équilibre capillaire vaut Q sur un chemin de drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé, (la teneur en eau étant inférieure pour une hauteur capillaire supérieure).

[170] En fait, il existe une frange capillaire au-dessus de la nappe dans laquelle on a Q = e entre h = 0 et h = épaisseur de la frange capillaire. Mais au-dessus de la frange capillaire h _c drainage (Q) est une fonction strictement décroissante, ce qui signifie que l’on peut définir h _c drainage (Q) sur l’intervalle ouvert ]teneur en eau au point de flétris sement , e[ comme la fonction qui associe à Q la hauteur capillaire h _c drainage (Q) pour laquelle on a coïncidence entre Q et h _c drainage (Q) sur la courbe caractéristique capil laire principale de drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé.

[171] C’est cette fonction h _{c drainage} (Q) qui est choisie selon l’invention pour caractériser un substrat selon l’invention, ou bien, de façon équivalente, h _CdrainageAiR (0) définie par hcdrainageAIR(O) — hcdrainage (£ — Q).

[172] On peut illustrer cela sur la courbe de référence donnée en exemple :

[173] On a h _cdrainageAiR (10 %) = 19 cm car à 19 cm de pression capillaire, la teneur en air O _AIR est de 10%.

[174] Ainsi, h _cdrainageAiR (10 %), « la hauteur capillaire de la porosité à l’air de 10 % », est 19 cm.

[175] De plus, la porosité totale est de 41 %.

[176] Ainsi, h _cdrainage (31%), « la hauteur capillaire de la porosité à l’eau de 31 % », est aussi 19 cm (puisque 31%= 41% - 10%). [177] B - Principe d'évolution dans le temps de la profondeur de pression capillaire nulle, égale à celle de la nappe

[178] Le principe innovant de l’invention pour déterminer ces conditions à respecter est de considérer que la profondeur de la nappe est variable dans le temps et peut s’écrire :

[179] P(t) = Pi + P ₂ (t)

[180] Pi est la profondeur du point où l’on veut observer l’effet de la profondeur de la nappe :

[181] - par exemple 5 cm de la surface pour regarder la teneur en air pendant les périodes ;

[182] - par exemple, 5 cm de la surface ou bien 12 cm de la surface pour voir l’effet de la nappe sur l’oxygénation des racines à 5 cm de la surface ou bien à12 cm de la surface ;

[183] - par exemple, 4 cm au-dessus du bas du substrat posé au-dessus d’une couche dure de stockage d’eau pour regarder l’effet de la nappe d’eau sur la souplesse du sol sportif.

[184] Pi est la profondeur d’un point que l’on regarde à un moment clé mais la profondeur du point considéré dépend de la construction du terrain et ne varie pas avec le temps.

[185] Au contraire, P2(t) est la profondeur supplémentaire de la nappe au temps t et peut donc varier en fonction d’une stratégie élaborée selon l’invention pour répondre à tous les objectifs visés.

[186] Ainsi, l’invention ne vise pas un compromis concernant la teneur en eau et la teneur en air à une altitude donnée qui devraient simultanément répondre à un ensemble d’objectifs plus ou moins compatibles mais elle vise plutôt une stratégie avec un degré de liberté supplémentaire qu’est la profondeur supplémentaire de la nappe P2 entre le point considéré et la nappe et un autre degré de liberté supplémentaire qui est la variation de cette profondeur supplémentaire de la nappe P2 (t) par rapport au temps.

[187] Or l’analyse des objectifs visés montre qu’ils sont tous des objectifs à un moment donné et dépendent essentiellement pour certains d’entre eux d’un cumul d’effets dans la période de temps précédant l’observation. [188] La détermination d’une stratégie d’évolution par rapport au temps des profondeurs de la nappe est donc un élément essentiel de l’invention.

[189] Les principes de l’invention qui suivent sont ceux qui déterminent les contraintes auxquelles est soumise la courbe chronologique des profondeurs de la nappe.

[190] C - Moyen d’assurer l’oxygénation des racines

[191] Le principe de l’invention concerne d’abord l’analyse du phénomène et ensuite le moyen choisi pour le favoriser

[192] Une analyse des phénomènes en jeu montre clairement en effet que ce n’est pas la valeur de la teneur en air qui a de l’importance, mais la variation de cette teneur en air sur une longue période précédente. L’oxygénation des racines à un moment donné n’est pas liée à l’aération instantanée audit moment, mais le résultat d’une accumulation d’effets dans un long intervalle de temps précédant ledit moment.

[193] Le premier élément à prendre en compte est le fait que le problème lié à la consom mation d’oxygène par les racines mal contrebalancée par un insuffisant renouvelle ment par diffusion de l’oxygène de l’air de la porosité est un phénomène lent. De ce fait, il n’est pas nécessaire d’avoir en permanence une forte teneur en air dans la couche d’oxygénation des racines, mais au contraire il est plus avantageux d’avoir seulement un peu d’air en temps normal et de brusques apports d’air de l’extérieur de temps en temps.

[194] Ainsi, dans une stratégie hivernale où on descend par exemple une fois par mois le niveau d’eau en le laissant remonter naturellement entretemps en profitant du solde positif des précipitations, éventuellement jusqu’au substrat, on va finalement viser d’obtenir une oxygénation des racines équivalente à celle d’un substrat de 30 cm ou 40 cm d’épaisseur posé sur couche drainante, qui aura certes une teneur en air très supérieure du fait de l’épaisseur du substrat mais sans mouvement convectif d’entrée d’air et avec seulement la très lente diffusion d’oxygène, (10.000 fois plus lente) pour remplacer l’oxygène consommé par la respiration des plantes et des mi cro-organismes du sol, c’est à dire en pratique en ne laissant aux racines pour leur respiration que l’oxygène déjà en stock au début de l’hiver.

[195] En résumé, les racines et les micro-organismes peuvent, pour leur respiration pren dre l’oxygène présent aussi bien dans la phase aérienne que dans la phase aqueuse de la porosité. A cet égard, la teneur en eau ou la teneur complémentaire en air à un moment donné n’a donc aucune importance pour la possibilité de respiration des racines, pas plus d’ailleurs que la présence de gaz carbonique qui n’est pas toxique et dont l’effet est même positif et qui n’est pas un sujet dans le cadre de l’invention.

[196] Le sujet est la consommation d’oxygène pour la respiration des racines et des micro organismes, consommation qui entraîne une diminution de l’oxygène disponible qui est égal à tout moment à la quantité d’oxygène en stock à un moment antérieur donné, diminuée de la consommation depuis lors et augmentée de l’éventuel renou vellement d’oxygène depuis lors. De façon spontanée, le seul apport d’oxygène pos sible est en provenance de la surface.

[197] Le vrai sujet est donc le taux de renouvellement d’oxygène depuis la surface en contrepartie du taux de consommation d’oxygène (qui double quant à lui à chaque fois que la température augmente de 10°, ce qui explique qu’une submersion en période chaude cause beaucoup plus vite des dégâts irréversibles sur le gazon qu’en plein hiver).

[198] Or, en l’absence de convection d’air, le seul renouvellement possible est obtenu par diffusion dans l’eau ou dans l’air. L’air dissout dans l’eau représente 2% du volume de l’eau (à 10°C et pression de 1 atmosphère) et la proportion d’oxygène est à tout moment la même dans l’air dissout dans l’eau que celle de l’air de la porosité, l’équi libre permanent étant quasi instantané. Par ailleurs, la diffusion d’oxygène dans l’eau est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à la diffusion de l’oxygène dans l’air, qui est elle-même extrêmement lente. On en déduit qu’il y a autant d’oxygène en stock avec 2 % d’air qu’avec 100% d’eau et que par diffusion, seule la phase d’air assure un petit renouvellement, quoique pratiquement négligeable, de l’ordre de grandeur d’un enrichissement de quelques % d’oxygène de l’air de la porosité en 1 an à 5 cm de la surface pour une teneur en air de 10% et avec une efficacité inver sement proportionnelle au carré de la profondeur au fur et à mesure que l’on des cend. De façon curieuse, la teneur en air à l’équilibre capillaire à une profondeur donnée a bien une influence positive sur l’oxygénation du terrain, mais non pas tellement par le phénomène presque nul de diffusion d’oxygène en phase gazeuse mais tout simplement parce qu’elle conditionne la quantité d’eau qui peut être ac cueillie, lors d’une pluie par exemple, dans les espaces de la porosité non encore remplis d’eau puis chassée ensuite vers le bas par drainage. Or, c’est la quantité d’eau drainée et pratiquement elle seule qui apporte de l’oxygène de façon signifi cative car l’eau présente dans la porosité et qui sort de la porosité vers le bas par drainage est obligatoirement remplacée par de l’air venant du haut, c’est à dire de l’air en provenance de l’atmosphère et donc chargé de 20% d’oxygène. Ainsi, c’est essentiellement l’oxygène issu de l’atmosphère apporté par convection depuis la surface lors du remplacement de l’eau drainée par de l’air issu de l’atmosphère et non le peu d’oxygène parvenant à descendre par le phénomène de diffusion qui peut efficacement recharger en oxygène l’air et l’eau de la porosité. Plus bas, dans toute la frange capillaire où le drainage est nul, il ne reste plus que la diffusion, et le re nouvellement d’oxygène diminue très vite en descendant et devient insignifiant en quelques centimètres. Aussi, si la porosité à l’air est en effet si intéressante pour l’oxygénation des racines, c’est essentiellement, d’une part, parce qu’elle représente le volume de porosité susceptible de se remplir d’eau qui devra ensuite s’évacuer par drainage sous l’effet de la gravité et sera alors remplacée par de l’air neuf bien oxygéné en provenance de l’atmosphère et, d’autre part, parce que l’air de la poro sité peut stocker 50 fois plus d’oxygène par unité de volume que l’eau de la porosité.

[199] Aussi en présence d’une nappe d’eau, dans le cadre de l’invention, peu importe que la porosité soit pleine d’eau à une profondeur donnée où se trouvent des racines pendant une partie de l’hiver car placées dans la frange capillaire pendant une partie du temps, dès lors que de temps en temps le niveau de la nappe d’eau est suffisam ment baissé pour entraîner à cette profondeur un drainage entraînant un renouvel lement d’air impliquant une recharge suffisante en oxygène de l’air comme de l’eau de la porosité. En fait, c’est même de façon paradoxale le fait d’avoir une importante portion de la porosité qui va passer d’un état saturé d’eau à un état suffisamment aéré qui va augmenter la quantité d’oxygène entrant dans la porosité pour remplacer l’eau drainée et c’est la proportion d’air nouveau qui va déterminer la concentration en oxygène de l’air et de l’eau. L’oxygène apporté sera ainsi, à titre d’exemple, 2 fois plus important si l’on passe à une profondeur donnée d’une teneur en air de 0% à une teneur en air de 10% que si l’on passe à cette même teneur en air de 10% depuis une teneur en air de 5%.

[200] C’est pourquoi, dans le cadre d’une stratégie adéquate de variation du niveau de la nappe selon l’invention, la contrainte de teneur en eau minimale dans la zone d’oxy génation des racines devra être selon l’invention « au moins une partie du temps » supérieure ou égale à une teneur en air minimale qui peut être choisie de préférence entre 5 % et 15% , avec une recharge en oxygène supérieure pour une teneur en air exigée de 15% à chaque descente du niveau de la nappe mais qui sera toutefois suffisante avec une descente entraînant une augmentation de teneur en air de seu lement 5%, dès lors qu’en contrepartie la stratégie fait plus souvent descendre le niveau de la nappe en laissant entretemps la nappe saturer ou quasiment saturer en eau la porosité à la profondeur considérée.

[201] Ainsi, à une profondeur de 5 cm, une porosité saturée d’eau une bonne partie du temps mais avec une teneur en air atteignant 5% une fois par mois en hiver sera ainsi oxygénée de façon satisfaisante pour une bonne respiration des racines, entre 0 et 5 cm et même au-delà.

[202] En fait, à une profondeur de 5 cm, une porosité saturée d’eau une bonne partie du temps mais avec une teneur en air atteignant une teneur en air de seulement 3% mais suffisamment régulièrement pendant l’hiver pourra être oxygénée de façon satisfaisante pour une bonne respiration des racines, au moins entre 0 et 5 cm.

[203] Cette contrainte d’oxygénation des racines est décrite ici comme une contrainte hi vernale mais elle peut s’appliquer également en climat tropical, la contrainte d’aéra tion de la tranche d’oxygénation des racines étant de la même façon à respec ter « de temps en temps», autant que de besoin, pour assurer une oxygénation des racines satisfaisante, l’objectif étant d’assurer régulièrement une arrivée d’oxygène par la vidange du substrat par drainage.

[204] L’important est que, à tout moment, les racines et les micro-organismes disposent d’oxygène pour respirer. Quand de l’air neuf arrive de l’atmosphère la composition de l’air comprend 20% d’oxygène, ce qui signifie que la concentration de l’oxygène sur la somme de la concentration d’oxygène et de la concentration d’azote est supé rieure à 20% : on a donc [Oxygène] / ( [Oxygène] + [azote]) > 20% dans l’air neuf.

[205] Ce rapport [Oxygène] / ([Oxygène] + [azote]) est le même dans l’eau et dans l’air de la porosité à une profondeur donnée, mais cette proportion diminue avec la respira tion car l’azote présent reste constant tandis que l’oxygène diminue.

[206] Un critère de renouvellement d’oxygène peut être selon l’invention de décider que la concentration totale de l’oxygène dans la porosité doit rester à tout moment su périeure à une concentration d’oxygène suffisante pré-déterminée. Il est préférable de définir le critère par la concentration dans la porosité car cette définition fonc tionne même à saturation d’eau. [207] On peut, par exemple, de façon préférée choisir un seuil minimum de [Oxygène] / air > 4% dans l’air de la porosité (ou dans la porosité) comme règle à respecter tout le temps : 4% d’oxygène dans l’air équivaut à 20% du taux maximal d’oxygène dans l’air dissout, et la règle «de temps en temps » consiste alors à gérer le renouvelle ment d’oxygène de façon que l’on ait à tout moment un taux d’oxygène total dans l’air de la porosité qui soit supérieur ou égal à 4%.

[208] Dans le cas par exemple où la teneur en air est de 4% pour une porosité totale de 44%, on a donc 4% d’air et 40% d’eau qui contient elle même 2% d’air dissout, soit 0,8% d’air dissout et la concentration d’oxygène et d’azote sont les mêmes dans l’air et dans l’eau à tout moment.

[209] Si l’on attend le dernier moment pour recharger en air et que l’on passe, (en descen dant le niveau d’eau) d’une teneur en air de 4% à une teneur en air de 6%, cela implique un apport d’oxygène de 2% x 20% = 0,4 % de la porosité ( 20% car l’air de l’atmosphère contient 20% d’oxygène).

[210] Or, avant de faire rentrer de l’oxygène, la quantité totale d’oxygène dans la porosité était :

[211] - dans l’air de la porosité 4% x 4 % = 0,16%

[212] - dans l’eau de la porosité 40% x 2% x 4 % = 0,032%

[213] au total l’oxygène représentait avant l’arrivée d’air 0,192 % de la porosité.

[214] Après l’apport d’air frais, on aura dans la porosité 0,4 % + 0,192% = 0,59 %

[215] La concentration en azote étant la même dans l’air frais et dans l’air ancien, la quan tité totale d’azote + oxygène a légèrement changé en passant de

[216] (4 % + 40% x 2%) à ( 6% + 38% x 2%)soit ( 4,8%) à ( 6,76)

[217] le rapport [Oxygène] / ([Oxygène] + [azote]) passe donc de

[218] 0,192 / 4,8 à 0,592 / 6,7

[219] soit 4% à 8,8%.

[220] Ainsi, en passant de 4% d’air à 6% d’air par léger drainage en remplaçant 2% d’eau par de l’air neuf, on double d’un coup la concentration en oxygène de l’air de la po rosité.

[221] Ainsi, après avoir traduit le besoin d’oxygénation en besoin d’aération, l’utilisation de la courbe de drainage permet ensuite de traduire cette contrainte de résultat d’aéra tion à une profondeur donnée Pi en contrainte de profondeur de nappe P(t) avec P(t) = P1 + P ₂ (t) , la condition de bonne oxygénation des racines à la profondeur Pi portant sur une valeur minimale de la profondeur supplémentaire P2(t) , cette valeur minimale n’étant pas à atteindre en permanence mais seulement de temps en temps.

[222] Le « de temps en temps » est à comprendre comme autant que nécessaire pour maintenir le taux d’oxygénation de l’air gazeux ou dissout à un niveau supérieur à une valeur prédéterminée suffisante.

[223] Une valeur de 4% comme il a été vu dans l’exemple ci-dessus peut être choisie pour une oxygénation satisfaisante afin de déterminer le « de temps en temps » et le taux d’aération à l’issue du drainage détermine la profondeur de la nappe lors du drai nage.

[224] Pour exprimer cette condition, dans le cas cité en exemple, il suffit de reprendre la fonction de hauteur capillaire de drainage de la teneur en eau hc (e-6%) ), en se souvenant que dans un substrat donné, la teneur en air est croissante lorsque l’on s’élève au-dessus d’une profondeur donnée, de sorte qu’il suffit d’exprimer la condi tion au point le plus profond de la tranche pour qu’elle s’applique partout au-dessus , d’autant que l’air qui renouvelle la partie drainée de la porosité provient de l’atmos phère située au-dessus.

[225] Dans le cas le plus simple et le plus fréquent où la tranche d’oxygénation des racines est une tranche allant de la surface jusqu’à la profondeur P _T OR, et que cette tranche ne comporte qu’une seule couche de substrat, la relation se déduit directement de la courbe principale de drainage grâce à la fonction précédemment définie h _c drainage (Q) de hauteur capillaire faisant correspondre à une teneur en eau Q a hauteur capil laire h _c drainage (Q) définie par la courbe principale de drainage.

[226] La relation à vérifier pour une nappe de profondeur piézométrique Ppiézo MIN TOR est

[227] Ppiézo MIN TOR ³ PTOR + hc i drainage (Cr Q AIR MIN TOR)

[228] Autrement dit, il doit y avoir au minimum, entre la profondeur de la nappe Ppi _ézo MIN TOR et le point de profondeur PTOR OÙ l’on souhaite une teneur en air minimale Q AIR MIN TOR, la différence de hauteur h _{c i} drainage (e _G Q AIR MIN TOR) déterminée à partir de la courbe principale de drainage.

[229] Comme vu ci-dessus, cette condition de bonne oxygénation s’exprime simplement dans le cas où la zone où l’on souhaite une bonne oxygénation des racines est com posée d’une seule couche de substrat mais il convient aussi de l’exprimer de façon un peu plus compliquée sur le plan formel dans le cas qui se produit parfois dans le cadre de l’invention d’un substrat multicouches, chacune de ces couches ayant naturellement sa propre courbe principale de drainage.

[230] Pour cela le procédé selon l’invention doit alors comprendre une étape de définition préalable de la profondeur P _T OR d’une tranche d’oxygénation des racines du gazon depuis la surface jusqu’à ladite profondeur P _T OR, qui est supérieure ou égale à 5 cm et de préférence comprise entre 5 et 15 cm.

[231] La condition requise pour que soit respectée à un instant t la condition de teneur en air minimale Q AIR MIN TOR exigée « une fois de temps en temps » à l’intérieur de ladite tranche d’oxygénation des racines se déduit de la courbe principale de drainage. Il faut simplement définir le nombre de couches de substrat concernées en fonction de la structure constructive et de-u choix de profondeur PTOR de la tranche d’oxygénation des racines et se souvenir que ce qui se passe à l’équilibre capillaire à une profondeur donnée ne dépend que de la courbe de drainage principal du substrat au point considéré et de la pression capillaire c’est à dire de la hauteur du point par rapport à la nappe et ne dépend pas des couches au-dessus ou au-dessous (qui influent tous deux sur le flux capillaire mais pas l’équilibre capillaire).

[232] Le reste de la formulation s’en déduit, le principe étant toujours que pour permettre une bonne hydratation du gazon et pour respecter ladite teneur en air minimale exigée Q AIR MIN TOR à l’intérieur de la tranche d’oxygénation des racines entre la surface et ladite profondeur P _TO R, on descend « au moins une fois de temps en temps » la profondeur P _piézo du niveau piézométrique de la nappe d’eau à l’intérieur de la structure (S) à une profondeur minimale Ppi _ézo MIN TOR qui vérifie la relation suivante :

[233] Ppiézo MIN TOR ³ PMIN TOR = MAX [ Z _| + hc i drainage (Ci- Q AIR MIN TOR ) ]l < i < n(PTOR)

[234] où n(P _T o _R ) est le nombre de couches entièrement ou partiellement au-dessus de ladite tranche minimale d’oxygénation des racines (TOR) d’épaisseur PTOR et en prenant comme définition d’une couche entièrement ou partiellement comprises dans ladite tranche superficielle d’oxygénation des racines (TOR) le fait que U,-i < PTOR , ce qui permet de définir l’entier n (PTOR) < N par la relation :

1 £ P (PTOR) £N avec Y n{PTGR}-i ^< PTOR et Y _P {RTOE¾) ³ PTOR

[236] en définissant Z, _, pour i < n (PTOR), par la relation Z , = Y, pour i < n (PTOR) et Z n (PTOR) = PTOR. [237] Les profondeurs Y, sont les profondeur du bas des couches successives en partant du haut, ces profondeurs étant définies lors de la construction du terrain.

[238] Par ailleurs également, on peut noter dès à présent que cette stratégie de descendre « de temps en temps » le niveau de la nappe est efficace en terme d’oxygénation des racines mais peut présenter l’inconvénient dans certains types de réalisation d’obliger à rejeter beaucoup d’eau au lieu de la stocker. C’est pourquoi, dans les cas où ce gaspillage est problématique, l’invention propose des solutions qui seront ex posées plus loin pour baisser le niveau sans gaspiller d’eau cette problématique est l’une de celles étudiées dans l’optimisation de la gestion de nappe ‘une couche de substrat posée sur une couche de stockage à volume fixe.

[239] Enfin, il est prévu de mettre en place dans une version préférée tous les moyens qui permettent de passer d’une oxygénation « convenable » à une oxygénation opti male. Or, dans le cadre de l’invention le fait de souffler de l’air en convection ascen dante est peu coûteux en énergie et permet de renouveler l’oxygène et d’avoir un taux d’oxygénation proche de 20% comme dans l’air, sans pour autant dessécher le substrat, grâce à la combinaison d’une forte porosité efficace grossière et de la pré sence d’une nappe d’eau peu profonde.

[240] En fait, sur le plan de la culture du gazon, il serait possible pour la seule oxygénation du gazon d’avoir des racines qui se développent sur 15 cm avec à titre d’exemple les 5 cm de la surface bien aérés, les 5 cm en dessous peu aérés et les 5 cm du bas dans l’eau dès lors que l’on apporterait de l’oxygène dans l’eau , ce qui est possible de façon simple et peu coûteuse par exemple par apport d’oxygène dans l’eau par bulles d’air soufflées.

[241] Le fait de souffler de l’air en permanence dans la nappe sous-jacente permettrait d’avoir une oxygénation suffisante de l’eau de la porosité malgré un excès d’eau voire en situation de saturation permanente totale mais cette solution n’est pas celle que l’on préfère choisir en solution de base, même si elle est relativement peu coû teuse et efficace, car elle n’est pas conforme à l’objectif de développement durable visé par l’invention, d’une part, et parce que les conditions d’aérations choisies pour la bonne oxygénation du substrat sont de toutes façons préférables également sur le plan mécanique, d’autre part,. On veut de toute façon un minimum de teneur en air dans une tranche superficielle minimale. Ainsi, le soufflage d’air qui permet d’oxy géner la porosité est bien prévu selon l’invention comme moyen complémentaire d’améliorer le milieu mais n’est pas souhaité comme une nécessité pour éviter son asphyxie.

[242] D - Moyen d’assurer l’aération superficielle du substrat en période caniculaire

[243] La courbe principale de drainage est également utilisée pour déterminer la profon deur minimale P2(t) permettant d'obtenir une teneur en air suffisante à 5 cm de la surface en période caniculaire.

[244] On sait que la courbe principale de drainage minimise la teneur en air lors d’une remontée capillaire provoqué par une demande climatique. Cependant on ignore l’importance de cette minoration, même si les quelques références de teneur en eau connues lors d’un flux capillaire créé sous l’influence d’une demande évaporatoire à partir d’une nappe d’eau très peu profonde suggèrent que la baisse de teneur en eau par rapport à laite courbe reste en général modérée à faible, sauf justement près de la surface quand la profondeur de la nappe et la demande évaporatoire sont importantes, c’est à dire dans la zone et les circonstances intéressantes pour l’in vention. C’est ennuyeux sur le plan de la connaissance et de la détermination pré cise du risque mais c’est en revanche très favorable pour le gazon car ce « risque » de brusque augmentation de la teneur en air près de la surface est précisément l’effet souhaité. De toute façon, il n’est pas non plus facile de trouver des références pour déterminer la teneur en air minimale souhaitable près de la surface en période caniculaire. On sait qu’il importe absolument d’avoir un gradient d’humidité qui im pose une humidité croissante quand on descend et qu’une surface sèche est préfé rable et on sait également qu’en cas de très forte évaporation (coïncidant le plus souvent si l’air n’est pas saturé ou immobile avec les périodes caniculaires prolon gées qui ne sont pas équivalentes aux périodes orageuses), il se forme une croûte ou un mulch sec avec passage du régime capillaire oraux régi d’évaporation dans le dernier centimètre ou les derniers millimètres en montant vers la surface, ce qui est très favorable pour la lutte contre les maladies.

[245] Dans ce contexte, le principe selon l’invention est d’imposer à 5 centimètres de la surface une teneur en air minimale qui sera choisie en tous cas supérieure ou égale à 10% et de préférence supérieure ou égale à 15%.

[246] Quand c’est possible, la meilleure solution est de se rapprocher des conditions de profondeur maximale c’est à dire d’une nappe proche de 40 cm et d’une teneur en air à 5 cm supérieure ou égale à 30 %. [247] E - Principes concernant l'irrigation capillaire spontanée du gazon

[248] Le principe selon l’invention pour satisfaire les besoins d’irrigation concerne la pro fondeur maximale de la nappe et les caractéristiques du substrat au-dessus de la nappe

[249] Pour une irrigation capillaire satisfaisante du gazon depuis la nappe, le choix selon l’invention est « tout simplement » d’imposer la double condition d’une très faible profondeur de nappe (idéalement moins de 50 cm) et d’un substrat à porosité gros sière (sable moyen ou grossier) et d’affirmer que ces 2 conditions si simples suffi sent, dans le contexte de l’invention, à résoudre la mystérieuse problématique de l’irrigation.

[250] Une condition aussi simple semble cependant difficile à admettre tant elle contredit les opinions ancrées et admises dans l’état de l’art et qui postulent classi quement que l’eau disponible pour l’irrigation est celle correspondant à la teneur en eau au niveau des racines et qui en déduisent qu’il est préférable pour une irrigation capillaire d’avoir un sol aussi fin que possible, avec la meilleure « réserve utile » possible.

[251] Cette réserve utile qui peut justement être déterminée par la courbe principale de drainage utilisée selon l’invention pour gérer les besoins d’oxygénation des racines est le pivot classique de toute la démarche d’irrigation pour déterminer l’eau qui reste dans le sol après ressuyage et quelle partie de cette eau, n’étant pas trop re tenue par les forces capillaires du sol peut donc être utilisable par les racines.

[252] Cependant, ce qui permet à la plante de s’hydrater par capillarité est en substance le fait qu’en s’hydratant elle rompt justement cet équilibre capillaire du sol, en faisant diminuer la quantité d’eau par rapport à l’équilibre capillaire et en générant un flux capillaire depuis la nappe, visant à rétablir cet équilibre (comme si elle puisait de l’eau dans un seau au bout d’une corde). Dans cet enchaînement, ce qui compte n’est pas de connaître la quantité d’eau disponible sur place à l’équilibre (notion de réserve utile) mais la vitesse de rétablissement de cet équilibre rompu pour savoir si le débit qui résulte du déséquilibre sera suffisant ou non pour étancher la soif de la plante au fur et à mesure qu’elle va puiser de l’eau dans la réserve.

[253] Il y a une hauteur d'eau dans la baignoire mais la plante tire sur le stock d’eau pour boire. Cela crée spontanément un déséquilibre et donc un mouvement de remontée d’eau visant à remplir à nouveau la baignoire à son niveau d’équilibre. La question est de savoir dans quelles conditions le robinet du rééquilibrage remplira la baignoire aussi vite qu’elle se vide, et, en admettant que le robinet remplit d’autant plus vite que le niveau d’eau baisse dans la baignoire, la question ultime est de savoir si l’équilibre entre le remplissage et la vidange se produira avant que la baignoire ne se soit déjà vidée.

[254] Bien sûr, au début de l’histoire, la quantité d'eau dans la baignoire permet de se dire que l’on peut tenir pendant 3 jours sans avoir à vider 5 bassines d’eau pour remplir à nouveau la baignoire. C’est là toute la notion de réserve utile, qui est utilisée en irrigation classique pour mesurer combien d’eau il faudra apporter et avec quel in tervalle de temps entre 2 arrosages.

[255] Mais si on veut pouvoir tenir 3 mois sans avoir à vider des bassines dans la baignoire grâce aux robinets d'arrivée d’eau prévus à cet effet, peu importe que le stock d’eau soit à l’équilibre initial de 1 ou de 3 jours de consommation : la seule chose qui im porte est de savoir si le robinet sera plus rapide à remplir d’eau la baignoire que la plante à la siffler avec sa paille (les racines qui plongent dans l’eau).

[256] Ce n’est donc pas l’outil mesurant le niveau d’eau dans la baignoire avant de com mencer à la vider (ce que mesure très bien la courbe principale de drainage) qui va permettre de savoir si les robinets (le flux capillaire) suffiront à compenser la con sommation par la plante ( l’évapotranspiration).

[257] Aussi, si la classique notion de réserve utile est parfaitement pertinente pour déter miner un stock non alimenté entre 2 arrosages successifs (volume d’eau dans la baignoire) et même si elle a l’avantage d’être déterminable grâce à la courbe PF du substrat, elle n’a strictement aucune pertinence concernant la possibilité d'alimenta tion continue par un flux capillaire depuis la nappe (débit d’eau des robinets).

[258] Le fait d’utiliser des courbes à échelle logarithmique n’y change rien : on ne peut déduire un débit dynamique par la mesure d’un stock à l’équilibre.

[259] Cependant, un autre argument issu de l’expérience commune semble en contradic tion flagrante avec le principe choisi selon l’invention. En effet, il est connu que l’eau remonte plus haut par capillarité quand le substrat est fin et il est habituel dans l’état de l’art d’en déduire que si l’eau monte plus haut avec un substrat plus fin, c’est sans doute que le débit de montée capillaire (c’est à dire la vitesse de remplissage du robinet de remplissage d’eau) doit être plus faible avec du sable qu’avec de l’argile. [260] Plus troublant, il est d’observation courante que les plantes dans la nature (donc en général au-dessus d’une nappe plus ou moins profonde) s’asséchent plus vite sur du sable grossier que sur un sol argileux. Cette observation de toujours est tout à fait exacte et le choix selon l’invention d’un substrat grossier pour garantir l’efficacité de l’irrigation capillaire peut donc légitimement sembler paradoxal au regard de cette observation.

[261] Il n’est donc pas inutile de répondre ici à ce paradoxe par le résumé d'une démarche d’analyse en 3 étapes :

[262] · première étape : revenir aux connaissances de base concernant la vitesse de mon tée capillaire en phase transitoire vers l’équilibre capillaire et observer ce mécanisme à l’œuvre dans des cas d’école de milieux poreux simplistes mais très riches d’en seignement :

[263] - Cela permet d’en déduire l’influence des particularités de la porosité du milieu poreux concernant sa capacité à développer un flux capillaire, ce qui donne des orientations utilisables pratiquement pour le développement de futures couches constitutives ;

[264] - Cela permet également d’expliquer la difficulté d’interprétation d’une ob servation visuelle de la montée d’un front d’humectation capillaire dans une carotte de substrat

[265] · deuxième étape : analyser le lien de principe ténu entre courbe de teneur en eau et flux capillaire par la simple forme des équations du mouvement d’eau depuis la nappe d’eau en bas du fait du déséquilibre capillaire engendré en haut par la con sommation d’eau en cas de demande climatique évaporatoire ;

[266] · troisième étape : considérer enfin et surtout les expériences scientifiques au jourd’hui disponibles et portant sur une large gamme de conditions expérimentales grâce à la simulation numérique corrélée aux mesures expérimentales, lesdites ex périences permettant aujourd’hui d’estimer le flux capillaire développé en présence d’une nappe d’eau en bas et d’une demande évaporatoire en haut, en fonction de la profondeur de la nappe, de la demande climatique et du type de substrat, dans la gamme des paramètres de la présente invention. Malgré l’extrême complexité des phénomènes mis en jeu, ces résultats peuvent être résumés sous forme extrême ment simple par la théorie du flux limite qui s’applique dans certaines conditions restrictives qui sont celles choisies selon l’invention : [267] Aussi bien à l’équilibre en l’absence de demande évaporatoire que pendant la phase de flux capillaire en présence d’une demande évaporatoire climatique en surface et d’une nappe suffisamment proche de la surface dans la structure, il importe pour la présente invention de pouvoir estimer :

[268] - la teneur en eau aux différentes profondeurs

[269] - l’intensité du flux capillaire

[270] A l’équilibre on peut disposer de la courbe de drainage quasi statique à partir de l’état saturé qui est une caractéristique intrinsèque du substrat.

[271] En présence d’une demande évaporatoire en haut et d’une nappe très peu profonde en bas, la courbe de teneur en eau et l’intensité capillaire ne sont pas une caracté ristique intrinsèque du substrat mais en dépendent cependant.

[272] Pour comprendre ce qui se passe dans la porosité du substrat pendant une phase de flux capillaire, afin de pouvoir en estimer le flux ainsi que la courbe de teneur en eau, il est intéressant de prendre un peu de recul et, au lieu d’aborder directement les « vrais » poreux, rien n’est aussi instructif que de s’intéresser d’abord aux expé riences connues avec des poreux modèles simples car ils permettent d’approcher, au moins de façon qualitative, les processus capillaires en œuvre dans un poreux complexe. De façon analogique, cela permet ensuite de gérer intuitivement la com binaison des effets découlant des particularités des substrats et en particulier d’an ticiper, expliquer et valider certains comportements capillaires, paradoxaux de prime abord, de substrats comme le substrat Radicalé utilisé de façon préférentielle dans le cadre de la présente invention.

1. L’expérience de référence concernant la capillarité est celle d'un tube capillaire cylindrique en verre de section circulaire dont la partie basse est trempée dans l’eau et dont la hauteur h de montée capillaire à l’équilibre est donnée par la formule empirique de Jurin confirmée et expliquée de façon théorique par la for mule de Laplace, tandis que la vitesse du flux pendant la phase de montée de l’eau jusqu’à son point d’équilibre a été donnée plus tardivement par la formule de Washburn, qui donne en fonction du temps t la hauteur h du ménisque en train de monter vers la hauteur limite h _j déterminée par la formule de Jurin, pour de l’eau (h = 2y cos Q / g . 1/R = Constante . 1/R ) qui a pour conséquence très connue que la hauteur d’ascension capillaire dans un tube fin est d’autant plus importante que le rayon du tube est petit. 273.

[274] La solution de l’équation de Washburn en fonction du rayon R du capillaire et de Tavec T = h R / y cos Q où Q est l'angle de contact du liquide sur la paroi du tube et h la viscosité du liquide et y la tension de surface est la suivante :

[275] In (1 - h / h _j ) ₊ h / h _j =. R ² / h _j ² . t /4T

[276] qui se simplifie en équation de diffusion classique tant que la hauteur de montée capillaire est faible par rapport à la hauteur de Jurin, sous la forme :

277. h ² = 1/2 R ² t/T

[278] Selon cette formule déterminée par Washburn de façon théorique depuis 1921 et comme le confirme très facilement l’expérience consistant à tremper l’un à côté de l’autre dans une même bassine pleine d’eau un capillaire de gros diamètre et un capillaire de petit diamètre pour observer les ménisques en train de monter, on cons tate que le ménisque du petit capillaire monte beaucoup plus lentement que le mé nisque dans le gros capillaire, de sorte que pendant toute la phase ascendante du gros capillaire le niveau d’eau est donc nettement plus élevé dans ce gros capillaire qui a pourtant par ailleurs un beaucoup plus grand volume d’eau à tracter par unité de hauteur (section proportionnelle au carré du diamètre), ce qui signifie que le débit d’eau dans le gros capillaire, montant plus vite et avec une plus grosse section, est considérablement plus important que dans le petit capillaire, encore plus que de fa çon proportionnelle au carré de la section.

[279] Ainsi, après avoir longtemps cru que l’eau dans le capillaire de petit diamètre devait monter plus vite parce qu’elle monte plus haut in fine selon la formule de Washburn JURIN et parce qu’elle a moins d’eau à tracter pour une hauteur d’ascension don née, on constate au contraire par cette formule Q Wsshbum confirmée par l’expérience que ce sont bien les capillaires de gros diamètre qui par unité de temps font monter le plus d’eau par capillarité.

[280] Dans les plus petits capillaires la force de traction est plus forte par unité de surface (ce pourquoi le ménisque est plus haut in fine) mais la résistance visqueuse aussi et cet accroissement de force visqueuse l’emporte en terme de dynamique du mouve ment sur la force de traction qui l’emporte concernant la hauteur à l’équilibre à terme.

[281] Cependant, et malgré une modélisation classiquement vulgarisée des substrats re présentés comme une flûte de Pan, les substrats constitués d’ un assemblage de grains générant des pores grossiers et fins connectés à tous les niveaux sur toute la tranche de substrat ne sont pas assimilables à des capillaire en parallèle mais de vraient plutôt être représentés comme un assemblage de capillaires aux tailles re présentatives du substrat et partout connectés entre eux du bas en haut du substrat.

[282] Aussi, l’expérience consistant à faire tremper un capillaire constitué d’un tube de grosse section raccordé sur toute sa hauteur à un tube d’une section nettement in férieure est à cet égard beaucoup plus représentative et particulièrement instructive. Or, dans cette expérience, on constate que c’est dans le tube de petite section rac cordé à un tube de grosse section que le ménisque d’eau monte le plus vite. Ainsi, la voie libre à faible viscosité du gros tube est utilisée pour une montée rapide de l’eau dans le gros tube mais la dépression plus forte dans le petit tube permet du bas en haut du gros tube une décharge d’eau du gros tube dans le petit tube. Il en résulte qu’une partie de l’eau qui monte dans le petit tube a fait une partie du chemin plus rapidement dans le gros tube avant d’arriver dans le petit tube car la plus forte traction capillaire dans le petit tube tire toute la colonne d’eau du petit tube qui se remplit par décharge latérale du gros tube sur toute la hauteur de ce dernier. De plus, la quantité d’eau qui s’échappe du gros tube pour passer dans un petit tube à un niveau donné reste faible par rapport au volume du gros tube et à sa capacité de se réapprovisionner depuis le bas par capillarité

[283] Par un effet similaire, en prenant cette fois un tube capillaire circulaire mais crénelé, on constate que l’eau monte dans le centre du tube comme pour un tube normal de même section tandis que simultanément les petites crénelures de la paroi permettent une montée beaucoup plus rapide et allant beaucoup plus haut contre la paroi cré nelée.

[284] De la même façon, en prenant un tube de section carrée, on constate que la vitesse de montée et la hauteur de montée sont au centre celles que l’on aurait avec le tube circulaire inscrit dans le carré tandis que simultanément l’eau monte beaucoup plus haut et beaucoup plus vite dans les 4 coins du carré, constituant 4 cornes qui épou sent en pointe les arrêtes du carré. [285] Les calculs analytiques et la vérification expérimentale concernant ces cas de poreux modèles ont été réalisés et publiés plus récemment en 2000 par Bigo, à partir de la vieille formule de Washburn. Ces poreux modèles sont très parlants et utiles car ils permettent d’interpréter les deux effets majeurs dans un substrat que sont, d’une part, le moteur de la circulation lié à une force de Laplace moyenne à qui l’on peut faire correspondre un rayon équivalent de Laplace et, d’autre part, la résistance vis queuse à l’écoulement à qui l’on peut faire correspondre un rayon équivalent de vis cosité, plus grand que le rayon de Laplace et permettant en cas d’hétérogénéité des porosités du substrat de faire circuler plus vite une grande quantité d’eau par les grosses porosités dont une partie se décharge au fur et à mesure dans des pores de plus en plus étroits avec une force de capillarité moyenne correspondant à une porosité plus fine pour monter plus haut sans avoir à prendre en charge l’eau qui monte depuis le bas.

[286] Or, quand on considère un substrat classique constitué de façon homogène par des granulats répartis selon une courbe granulométrique en forme de courbe de Gauss à spectre plus ou moins large, l’interprétation classique du comportement capillaire du substrat est celle d’une unique porosité équivalente du substrat. La conséquence d’une interprétation avec le modèle d’une porosité équivalente unique est de consi dérer qu’une faible capillarité correspond à une forte perméabilité et que sont forcé ment réalisées conjointement baisse de capillarité et augmentation de perméabilité par augmentation de ladite porosité équivalente. Cette constatation est d’ailleurs glo balement corroborée par l’expérience, du moins tant que les substrats sont de nature relativement homogène avec des substrats constitués de granulats classés par courbes granulométriques en cloche.

[287] Cependant, il devient possible de comprendre comment dans un substrat certains effets d’hétérogénéité d’échelles et de constituants permettent d’améliorer simulta nément la capillarité et la perméabilité quand on choisit une modélisation avec 2 rayons de porosité équivalents comme suggérée par les travaux de Bigo, avec une porosité équivalente de Laplace pour modéliser la hauteur à l’équilibre et une poro sité équivalente de plus grande taille pour modéliser la viscosité ou la perméabilité. En particulier, on comprend alors que dans cette hypothèse, les grosses porosités correspondant à la porosité efficace qui favorise à la fois la perméabilité et l’intensité du flux capillaire près de la nappe d’eau. [288] Avec ce modèle à deux rayons de porosité équivalente, on comprend que la per méabilité et la vitesse de montée capillaire dépendent de la porosité grossière avec une courbe de teneur en eau pendant le flux capillaire qui dépend de la combinaison de la porosité fine et de la porosité grossière.

[289] C’est ainsi par exemple, dans le cas préféré selon l’invention du substrat Radicalé, qu’une fibre choisie pour sa finesse très inférieure à la porosité du sable permet d’écarter légèrement les grains en augmentant la porosité de viscosité (augmenta tion simultanée de perméabilité de drainage et de vitesse de flux capillaire) tout en créant des espaces plus fins entre la fibre et les grains entre lesquels elle se faufile, ce qui va créer une porosité plus fine et augmenter la force capillaire, la fibre étant elle-même un capillaire fin utilisé pour remonter de l’eau mais aussi pour maintenir la cohésion capillaire du sable malgré une situation desséchante. De même, l’intro duction d’une part judicieuse de très gros grains d’une taille supérieure de plusieurs unités à la taille moyenne du sable va permettre de constituer des chemins capil laires plus larges qui favorisent le drainage et le flux capillaire tandis que l’ajout de ces gros grains résiliants et hydrophobes partiellement écrasés lors du mélange et de la mise en place, coince de plus en plus l’eau entre les parties les plus fines du substrat et la paroi souple de ces grains résiliants car cette eau coincée exerce sur les parois qui la font monter par capillarité une force de dépression qui a pour effet de faire regonfler les grains résiliants en diminuant d’autant plus le volume poral contre la paroi résiliante qui agit alors selon le même processus que les tissus végé taux vivants souples qui font monter l’eau dans les plantes en réduisant au fur et à mesure l’espace poral sous l’effet de la dépression, permettant à l’eau de grimper plus haut que la hauteur de la porosité desdits tissus végétaux avant qu’ils ne s’écra sent vers l’eau capillaire en train de monter.

[290] Un autre effet qui a lieu à une troisième échelle dans le substrat Radicalé concerne les grain sphériques siliceux constitutifs du sable dont la surface n’est pas parfaite ment polie comme des billes de verre mais rayée. Or, ces rayures à la surface des grains ne représentent rien en volume poral mais ont une importance absolument considérable pour la cohésion entre les grains et aussi pour la capacité de faire re monter de l’eau plus haut ou de faire diffuser l’eau tout autour dès qu’un chemin permet à une cavité de la porosité entre grains de se remplir. [291] Ainsi, tous ces effets mis en jeux dans le substrat Radicalé permettent à ce substrat d’être à la fois très drainant et très capillaire, très résistant par les forces de cohésion qui lient les grains entre eux au réseau des fibres et très souple par la présence de grains résilient et des forces de cohésion efficaces, suffisamment fortes pour confé rer au terrain une fonctionnalité de résistance permettant de rester indéformable et plat face aux sollicitations mécaniques de la pratique sportive mais suffisamment faibles (absence de forces fortes comme par exemple celles développées par l’argile au séchage) pour conserver au substrat la souplesse souhaitée pour éviter d’agres ser les articulations des sportifs.

[292] Ainsi, cette approche qualitative des combinaisons d’effets permet d’interpréter et de valider les caractéristiques observées du substrat Radicalé qui en font un substrat hybride préféré dans le cadre de l’invention, même si ces effets sont apparemment paradoxaux dans les interprétations classiques de la porosité par une unique poro sité équivalente.

[293] Cette approche permet d’espérer créer des milieux à la fois très poreux et capillaires à partir d’agrégats de milieux fibreux si l’on réussit à créer une très forte macroporo sité entre des éléments solides à travers lesquels ou en enrobage desquels un ré seau de fibres engendre un réseau microporeux. L’enseignement de ces exemples est qu’une macroporosité considérable ne s’oppose pas à une excellente capillarité si celle-ci s’exerce sur la base d’irrégularités à une toute autre petite échelle.

[294] Cependant, cette nécessaire approche qualitative reste encore insuffisante en soi pour estimer la courbe de teneur en eau selon la profondeur à l’équilibre ou la courbe de teneur en eau selon la profondeur pendant le flux estival en présence d’une demande évaporatoire ou la capacité à faire remonter de l’eau par flux capil laire en fonction de la profondeur de la nappe, de la demande évaporatoire et de la courbe de teneur en eau selon la profondeur pendant le flux estival.

[295] Pour déterminer la courbe de teneur en eau selon la profondeur à l’équilibre, il a été vu comment un protocole spécial par récurrence permet d’y parvenir en prenant en compte l’effet de la taille de l’échantillon, de l’ordre de ce que l’on cherche à mesurer.

[296] Dans un contexte dynamique, l’expérience la plus classique pour estimer la possi bilité d’irrigation par flux capillaire est l’observation visuelle du front d’imbibition d’une colonne de substrat «sèche» au départ (avec quand même ce qu’il faut d’hu midité pour maintenir la cohésion). Cette colonne est posée avec sa base au contact de l’eau pour pouvoir observer par sa couleur plus sombre la montée d’un front d’im- bibition dont on observe la vitesse de montée et la hauteur finalement atteinte.

[297] Cette expérience tentante est classique et nécessaire car elle est très rapide à réa liser, pas très coûteuse et donne en effet des renseignements utiles mais elle ne répond ni directement ni complètement aux questions qui se posent dans le cadre de l’invention car elle doit d’abord être interprétée et qu’elle ne permet de donner, une fois interprétée, qu’une partie des réponses.

[298] Le principe de l’observation visuelle du front d’humectation est que la « présence de l’eau » change l’indice de réfraction dans la porosité et qu’«en présence d’eau» une plus grande partie des rayons incidents est de ce fait amenée à contourner les grains de sable et à pénétrer dans le massif au lieu de revenir vers la source d’éclairage comme en « l’absence d’eau », de sorte qu’au bout du compte le sable mouillé est plus sombre que le sable sec. Cette expérience permet donc de mettre en évidence une montée d’eau et la vitesse de montée d’un front d’humectation ainsi que la hauteur du front d’humectation. Mais la teneur en eau n’est pas binaire (« absence » ou « présence » d’eau) et la question qui se pose est de savoir à quelles teneurs en eau le sable parait clair ou foncé. Les deux questions pratiques qui se posent dans le cadre de l’invention, sont de savoir si une couleur foncée risque de signifier une teneur en eau trop importante qui risque de noyer les racines du gazon ou si en sens inverse une couleur foncée garantirait à cette hauteur une hydratation suffisante du gazon. Une indication intéressante pour savoir ce que l’on peut interpréter directe ment de ce que voit l’œil est de le comparer sur des cas de poreux modèles à ce que mesurent des expériences de pesées en continu. Ainsi, dans certains cas d’école comme la montée capillaire dans un tube carré déjà décrit plus haut, on constate que le front lui-même se dilue et que l’œil voit plutôt un front à la hauteur de montée d’une teneur en eau parfois toute petite (les 4 cornes aux quatre coins du carré) tandis que les pesées ne sont pas sensibles aux montées dans les 4 coins qui représentent un volume d’eau négligeable par rapport à ce qui monte dans le cercle inscrit et les pesées donnent le niveau de la saturation sur plus de 99 % de la surface de la section du tube carré. L’interprétation de cette expérience est donc que l’œil voit plutôt l’avant du front même si l’avant du front représente une faible augmentation en terme de teneur en eau (qui peuvent cependant soutenir un flux important) tandis que les pesées vont faire apparaître l’arrière du front en négligeant les hauteurs d’eau correspondant à une faible proportion de l’eau montée par capil larité. Ce résultat permet de comprendre de façon qualitative que la hauteur de mon tée du front n’indique pas forcément grand-chose sur ce qui se passe dans la partie foncée mais indiquerait plutôt en revanche que dans la partie claire il ne s’est pro bablement pas encore passé grand-chose et qu’il y a encore très peu d’eau. Ce point pourrait être exploité dans le cadre de l’invention pour dire qu’au-dessus de la hau teur du front une fois que ce dernier s’est stabilisé, il n’y a pas de risque de manque d’air dans le substrat mais ce résultat est déjà disponible plus simplement et de façon beaucoup précise par les courbes principales de drainage.

[299] En revanche, cela n’implique pas qu’en dessous de ce front il y a trop d’eau.

[300] Cela n’implique pas non plus que dans la partie claire, les remontées capillaires se ront insuffisantes pour alimenter un flux de forte intensité.

[301] Autrement dit, l’observation du front de montée de la couleur sombre dans un cy lindre de sable est certes utile mais ne permet de façon évidente de répondre ni à la question de la possibilité d’irriguer ni à la question du risque d’asphyxie

[302] · deuxième étape : analyser le lien de principe ténu entre courbe de teneur en eau et flux capillaire

[303] Ce qui importe dans le cadre de l’invention est de déterminer dans quelles condi tions le flux capillaire peut satisfaire partiellement ou complètement l’évapotranspi ration potentielle de l’atmosphère à la surface du gazon.

[304] Or, sur le principe, le flux ascendant étant la quantité d’eau qui monte à travers une surface horizontale pendant un intervalle de temps, c’est au maximum cette quantité qui pourrait être capturée à un niveau quelconque pour alimenter les racines. Ce pendant, si les racines absorbaient tout le flux ascendant à un niveau donné, il ne resterait plus de flux ascendant au-dessus et il n’y aurait plus d’alimentation pour compenser la consommation au-dessus dudit niveau .

[305] Aussi, il est plutôt judicieux de considérer la quantité d’eau qui pourrait être prélevée pendant un laps de temps à une altitude donnée sans empêcher le flux de continuer à monter, de sorte que le phénomène puisse durer en régime permanent sans chan ger les conditions de montée du flux. Cette quantité d’eau prélevable sans changer les conditions de déséquilibre à l’origine du flux est ce qui s’accumulerait en régime transitoire pendant ce même laps de temps, en l’absence de prélèvement par les racines. [306] Or, l’équation de continuité qui exprime la conservation de la masse d’eau dans un volume élémentaire représentatif du sol montre que la quantité d’eau qui peut être prélevée à une altitude donnée en régime permanent est égale au gradient du flux capillaire ascendant qui se développe à une profondeur z. Ce qui arrive depuis la nappe jusqu’à une cellule d’épaisseur 3z à l’altitude z moins ce qui sort à l’altitude z + 3z correspond à l’accumulation d’eau qui aurait lieu pendant un laps de temps 3t si les racines présentes ne prélevaient pas cette même quantité d’eau pendant le même temps. Autrement dit, le prélèvement qui peut être opéré en régime perma nent par les racines pendant un laps de temps ôt est égal au gradient en z du flux capillaire ascendant.

[307] Ainsi, la quantité d’eau prélevable par unité de temps 30 / 3t est égal au gradient vertical du flux capillaire 3q / 3z .

[308] Soit : 30 / 3t = 3q / 3z

[309] Or l’équation des forces en présence (gravité et capillarité) ou équation de conser vation de la quantité de mouvement peut s’écrire en généralisant au milieux non saturés l’équation de Darcy (valable en milieu saturé) par l’équation :

[310] q = K(0) (3h /3z - 1 )

[311] où h (0) est la pression de succion relative par rapport à la pression atmosphérique, c’est à dire, en exprimant la pression P en hauteur d’eau :

[312] P = p g H = p g ( h + z ), H étant la pression exprimée en hauteur d’eau et h étant donc la pression de succion exprimée en hauteur d’eau, dépendant de la porosité du substrat et du degré de saturation.

[313] K(0) est la conductivité hydraulique généralisée aux milieu non saturé, qui est une fonction croissante de 0, égale en milieu saturé, quand 0 = 0 à la perméabilité

Sclt de l’équation de Darcy non généralisée et baissant ensuite jusqu’à 0 quand la teneur en eau baisse, avec au début une valeur plus ou moins proportionnelle à la satura tion de la porosité efficace et diminuant ensuite plus rapidement quand l’eau n’oc cupe plus que la réserve utile et tendant finalement vers zéro de plus en plus rapi dement quand la réserve utile est vide. [314] On a donc un produit entre d’une part K(q) qui est une fonction croissante de Q, et qui diminue donc avec la baisse de teneur en eau et d’autre part le gradient de pres sion qui peut dans certaines conditions créer un flux important et compenser cette baisse de conductivité hydraulique.

[315] Il est clair que le terme K(q(z)) risque d’être petit quand il y a peu d’eau mais le terme 3 h/ 3z ne dépend pas de la quantité d’eau mais du gradient de séchage et peut donc devenir très grand de sorte que le produit peut être aussi bien petit que grand en fonction de ce gradient. Ainsi, par la simple observation de la forme des équations et sans même chercher à les résoudre, on constate que le fait que ce terme soit petit ou grand n’a pas beaucoup d’importance en soi car c’est le gradient de ce pro duit qui est le moteur du flux capillaire ascendant et qui donne la capacité de com penser en temps réel la consommation d’eau des racines par un flux ascendant suf fisant dans une dynamique d’évapotranspiration. Tant que l’équilibre capillaire n’est pas atteint, un flux d’eau va monter pour tenter de rétablir cet équilibre et va monter d’autant plus vite que le gradient de pression qui traduit ce déséquilibre est important ; l’eau disponible est en bas et l’assèchement a lieu par le haut, détruisant un équi libre que le flux ascendant essaie de rétablir. Le moteur initial est donc l’assèche ment par évaporation qui met à son tour en marche le moteur du flux capillaire qui s’établit pour tenter de remplacer l’eau évacuée par évapotranspiration et qui peut, sans parvenir à rétablir l’équilibre capillaire, parvenir cependant à maintenir le désé quilibre en l’état, à un niveau constant malgré la poursuite de l’évapotranspiration si le flux ascendant capillaire est égal en intensité au flux de l’évapotranspiration à l’ori gine du mouvement.

[316] C’est sur cette base que s’appuie l’invention en considérant dans l’étape suivante de l’analyse des études qui ne considèrent pas de façon spécifique le prélèvement d’eau par des racines à différents niveaux mais qui étudient et établissent les condi tions de développement spontané (en l’absent de racines) d’un flux capillaire en régime permanent capable de soutenir une demande évaporatoire en surface à partir d’une nappe d’eau en fonction de la profondeur de ladite nappe d’eau

[317] • troisième étape : considérer enfin et surtout les expériences scientifiques au jourd’hui disponibles et portant sur une large gamme de conditions expérimentales.

[318] Or, il ressort des expériences réalisées en couplant modélisation numérique et cali bration expérimentale que pour de très faibles profondeurs de nappe, l’intensité du flux de remontée capillaire est justement capable de croître pour s’adapter à la de mande évaporatoire et d’égaler l’intensité de cette demande évaporatoire tant que cette dernière est inférieure à un flux limite qui dépend lui-même essentiellement de la profondeur de la nappe et secondairement de la granulométrie du substrat. On constate que tout le flux d’eau a lieu sous forme de flux d’eau liquide par capillarité tant que la demande évaporatoire est inférieure à ce flux limite tandis que , une fois que la demande évaporatoire est supérieure au flux limite, le flux capillaire ascen dant qui se met en place atteint le flux limite et s’y maintient tandis qu’un flux de vapeur vient se rajouter au flux limite, ce qui a pour effet de sécher le sol plus profondément et de réduire son évaporation niveau du flux limite. Ainsi il est remar quable de constater expérimentalement que le flux capillaire est toujours capable de fournir l’eau nécessaire à la pleine satisfaction de l’évaporation potentielle dès que le flux moyen nécessaire est inférieur au flux limite.

[319] Or, il apparaît que de façon spectaculaire ce flux limite est divisé d’un facteur 2 à 3 lorsque le toit de la nappe passe de 40 à 100 cm de profondeur, et d’un facteur 6 à 8 lorsqu’il passe de 40 à 150 cm de profondeur et il apparaît également que plus la structure du sol est grossière et plus rapidement le flux limite chute quand la profon deur augmente. Cette diminution rapide du flux limite avec la profondeur quand la porosité est grossière tandis que la diminution est lente avec une porosité fine ex plique parfaitement les observations ancestrales qui constatent que les sols sont d’autant plus efficaces que leur texture est fine pour alimenter la végétation par un flux capillaire ascendant depuis des nappes profondes. Mais cette observation réa lisée depuis toujours avec des nappes profondes ne s’applique pas pour une nappe très peu profonde. Au contraire, pour une nappe très peu profonde, de moins de 50 cm, on constate que ce sont à l’inverse les sols à texture sableuse, considérés comme « peu capillaires » qui ont le plus fort flux limite, qui atteint même 15 mm/jour à 40 cm pour les substrats sableux très drainants choisis selon l’invention tandis que pour une texture de 100 cm, les flux limites avec une texture grossière sont encore de l’ordre de 3mm/jour, ce qui est significatif mais insuffisant pour les climats à de mande évaporatoire intense et prolongée.

[320] Ces résultats peuvent paraître choquants pour les agronomes en charge des ter rains de sport car ils contredisent les a priori classiquement admis et justifiés en l’absence de nappe, mais ils se comprennent pourtant assez aisément. [321] Tout d’abord, à faible profondeur de nappe et c’est encore le cas pour une nappe à 40 cm, un sol sableux reste encore relativement humide en surface, non seulement à l’équilibre capillaire mais même en situation d’évapotranspiration estivale intense. Dans ces conditions, en texture grossière, la baisse de transmissivité liée à une baisse de la teneur en eau quand on s’élève au dessus de la nappe est bien réelle et nettement supérieure à la baisse de la teneur en eau dans un substrat à texture fine quand on s’élève de la même hauteur au-dessus de la nappe mais cette baisse de teneur en eau en substrat de texture grossière reste cependant limitée (d’un ordre de grandeur d’une baisse de teneur en eau passant de 100% à 10 % de la porosité ) et n’est donc pas suffisante pour compenser la meilleure transmissivité à satura tion des textures grossières qui est , elle, de plusieurs ordres de grandeurs supé rieure à la transmissivité des textures fines. En fait, lorsque cette teneur en eau passe par hypothèse de 100% de la porosité à 10% de la porosité, la quantité d’eau qui va être soumise à un même gradient de pression est divisée par 10 mais les obstacles diminuent et la résistance reste inférieure pour toute l’eau correspondant à de l’eau « libre » à une constante correspondant à la force de résistance effectuée sur l’eau libre dans la plus petite porosité correspondant encore à de l’eau libre ( PF< 4,2). Evidemment, moins il reste d’eau et plus l’eau qui reste est essentiellement de l’eau de plus en plus fortement liée et de plus en plus difficile à mobiliser car les forces exercées sur l’eau par les surfaces sont de plus en plus susceptibles de la bloquer en l’immobilisant contre le squelette granulaire immobile, mais tel n’est jus tement pas le cas tant que l’eau n’est retenue que par des forces de capillarité qui vont dans le sens de la remontée capillaire et s’exercent sur de l’eau retenue par capillarité et non par des forces de Van der Wals. Aussi, dans le cas du sable où presque toute l’eau est encore soit libre soit retenue par de simples forces de capil larité « faibles et allant dans la direction du gradient capillaire » , on aura certes une légère diminution de perméabilité liée à la baisse de teneur en eau mais qui ne bais sera pas la perméabilité d’un ordre de grandeur supérieur à 10 pour une teneur en eau divisée par 10, ce qui n’est pas grand-chose comparé à un rapport à 10 ² ou 10 ³ entre les perméabilités des substrats dès que l’on passe de l’argile au limon ou du limon au sable. Cette analyse succincte permet de donner une première explication au fait que le flux capillaire créé dans du sable peut rester très supérieur à celui créé dans de l’argile, du moins tant que le substrat n’est asséché que par une pres sion de succion modérée.

[322] Quoiqu’il en soit, les résultats d’observation confirment en tout cas que l’objectif de la première étape de pouvoir hydrater le gazon est obtenu de façon totalement sa tisfaisante dès lors que la profondeur de la nappe d’eau est inférieure à 40 cm et que le substrat est un substrat à porosité grossière comme le sont les substrats sa bleux et drainants des terrains de sport. Quand ces deux conditions sont remplies, un flux capillaire se met en route depuis la nappe d’eau avec une intensité qui permet de créer un flux capillaire ascendant suffisant pour compenser en continu une évapotranspiration pouvant aller jusqu’à 15 mm /jour, c’est à dire un flux très supérieure à l’évapotranspiration des climats les plus exigeants. De ce fait, un tel flux capillaire ascendant est capable de renouveler toute l’eau soustraite dans le substrat par les racines, par un renouvellement continu au rythme de la consomma tion des racines, tout en autorisant une intensité d’évapotranspiration réelle à la hauteur de l’évapotranspiration potentielle.

[323] Pour une profondeur supérieure à 40 cm mais inférieure à 1 mètre, le pouvoir d’hy dratation du gazon du flux capillaire ascendant permettra de façon relativement sa tisfaisante de fournir au gazon l’hydratation suffisante pour lutter contre le stress hydrique et le dépérissement dans les climats où l’évapotranspiration dépasse 5 mm/jour, même si l’évapotranspiration réelle est inférieure à l’évapotranspiration po tentielle (comme c’est aujourd’hui le cas des gazons hydratés par les systèmes clas siques d’irrigation par aspersion 2 fois par semaine) et flux capillaire ascendant per mettra de répondre de façon satisfaisante dans le cas de climats tempérés , princi palement océaniques, où l’évapotranspiration estivale moyenne est de l’ordre de 3 mm/jour

[324] Les contraintes pour assurer une irrigation capillaire satisfaisante créent un pro blème mécanique sol et imposent le choix des substrats hybrides pour garantir que le terrain sera mécaniquement stable malgré une teneur en eau élevée.

[325] En effet, sur le plan mécanique, avec un substrat traditionnel (non hybride) il est connu qu’avec de faibles profondeurs de nappe, de 60 cm et encore pire pour une profondeur bien inférieure de quelques décimètres, comme c’est le cas selon l’in vention, une profondeur de nappe aussi faible crée en surface et en sub-surface une teneur en eau trop élevée pour assurer une tenue mécanique suffisante. [326] Dans ces conditions, un sol normal ne peut pas supporter sans orniérage ni com pactage ni déformation les sollicitations mécaniques liées à la pratique sportive ou à l’entretien qui en période hivernale, voire même toute l’année pour les nappes à une profondeur inférieure à 30 cm, entraînent orniérage et déformations ainsi que le compactage du sol, de sorte que le maintien accidentel sur une période prolongée d’une nappe à une si faible profondeur aboutit toujours à des problèmes d’hypoxie puis d’anoxie gravement préjudiciables à la respiration des racines et au dévelop pement des plantes que l’on souhaiterait cultiver pendant la période considérée.

[327] Or, dans le cas d’un sol normal, cette incompatibilité sur le plan de la portance d’une nappe très peu profonde avec une utilisation agricole ou sportive est depuis long temps reconnue et c’est d’ailleurs ce qui permet d’ expliquer le fait étonnant que le potentiel d’hydratation des plantes par une nappe très peu profonde n’ait pas fait davantage l’objet d’observations transmises par la tradition de l’état de l’art.

[328] Cependant, malgré la présence d’une nappe d’eau très peu profonde, et grâce à l’utilisation selon l’invention de ces nouveaux substrats hybrides récemment déve loppés et qui permettent justement une tenue mécanique satisfaisante, même en condition de quasi saturation comme il peut en résulter du fait d’un orage spéciale ment violent juste avant ou pendant un match, il est désormais possible de res pecter cette contrainte purement mécanique qui constituait d’emblée le premier obstacle incompatible avec une nappe d’aussi faible profondeur que celle choisie en première étape .

[329] On lève ainsi, par l’utilisation selon l’invention de substrats hybrides, l’obstacle mé canique résultant de la présence d’une nappe à trop faible profondeur.

[330] En se restreignant selon l’invention au seul contexte des structures comportant une couche hybride, cela permet une utilisation satisfaisante sur le plan de la résistance mécanique, même avec une très forte humidité très proche de la surface.

[331] On ne sera donc jamais trop souple (pas assez résistant) avec les substrats hybrides mais II restera à vérifier dans les étapes suivantes dans quelles conditions on le sera assez .

[332] Le parti pris de l’invention est donc de se restreindre d’emblée à une profondeur inférieure à une profondeur maximale et à un choix de substrat grossier et hybride, déterminés de façon à satisfaire les deux exigences d’irrigation spontanée satisfai sante et de résistance mécanique du sol . [333] F - Souplesse du gazon sportif des le cas où la structure comporte une couche dure de stockage de l’eau

[334] La souplesse du terrain correspond à la réponse mécanique du terrain à une sollici tation exercée sur sa surface lors du geste sportif. A une force exercée sur la sur face, le terrain oppose, avec un léger délai de retard, une force de réaction sur ladite surface du terrain.

[335] Cette réaction dépend d’une part de la force de réaction de la couche de stockage sur laquelle repose le substrat, qui doit lui-même se bloquer à une certaine profon deur pour bloquer à son tour de bas en haut les tranches successives jusqu’à la surface et dépend aussi, d’autre part, de la déformation d’amortissement par le subs trat du signal de blocage du fond du substrat lors de la transmission du blocage de bas en haut.

[336] Aussi, pour optimiser la souplesse de la réponse, il convient d’agir sur ce qui favorise une réponse souple au fond et/ou sur ce qui favorise un amortissement lors de la transmission par le substrat du signal de blocage.

[337] On s’intéresse ici au cas où le substrat a des capacités d’amortissement significati vement plus fortes que le fond plus rigide sur lequel il repose et on cherche à opti miser les effets des caractéristiques hydriques du substrat sur l’amortissement.

[338] Or, il existe 5 éléments connus pour influencer la réponse mécanique d’amortisse ment d’une sollicitation mécanique sportive, que sont le type de fond, le type de substrat, la profondeur du fond, la teneur en eau du substrat au-dessus du fond et la teneur en eau du substrat. Une fois donnés le type de fond dur et le substrat, la souplesse est favorisée :

[339] - par l’augmentation de la profondeur du substrat qui favorise une augmen tation de la souplesse croit jusqu’à une profondeur limite au delà de laquelle la sou plesse n’est plus changée à teneur en eau constante,

[340] - par l’augmentation de la teneur en eau du substrat jusqu’à une teneur en eau suffisante, au delà de laquelle la souplesse ne varie plus de façon significative,

[341] - par l’existence et l’épaisseur suffisante d’une tranche de substrat saturée d’eau ou quasiment saturée d’eau à 3 ou 4 % près juste au-dessus du fond (géné ralement recherchée et qualifiée de « nappe perchée »).

[342] Evidemment, l’influence de ces 3 derniers paramètres dépend du substrat considéré. [343] En restant sur l’exemple du substrat de référence choisi, respectant la norme USGA, et ayant fait l’objet de tests pour estimer cette influence, on a ainsi pu observer sur des essais réalisés avec une colonne de substrat de référence reposant sur un support dur :

[344] - Concernant l’influence de l’épaisseur totale de la colonne de substrat au- dessus du fond, que la souplesse augmente d’abord rapidement avec l’épaisseur et tend ensuite vers une asymptote , l’augmentation de souplesse au delà de 12 cm d’épaisseur étant insignifiante

[345] - qu’un gain de souplesse très considérable de 40 % est obtenu pour une saturation du bas de la colonne (nappe perchée dans le cas des couches drainantes) quand l’épaisseur de saturation en bas du substrat d’une colonne de substrat de 12 cm passe d’une épaisseur de 2 cm à 4cm, sans amélioration pour une épaisseur de saturation inférieure ou égale à 2 cm et sans influence significative supplémentaire pour une épaisseur de nappe perchée supérieure à 4 cm et allant jusqu’à saturation totale du substrat ;

[346] - qu’un gain de souplesse significatif quoique modeste d’environ 5% est ob tenu en l’absence de saturation en bas de la colonne de substrat quand la teneur en eau moyenne de la colonne passe de la capacité au champ du substrat à une teneur en eau moyenne occupant en plus la moitié environ de la porosité efficace de la colonne.

[347] A partir de ces observations, 2 stratégies sont donc possibles pour un terrain de sport, en dehors ou dans le cadre de l’invention, pour bénéficier d’un terrain souple.

[348] En dehors du cadre de la présente invention, il est déjà connu dans le cas d’une couche drainante en gravier que l’obtention d’une nappe perchée au sommet de la couche drainante est le moyen le plus efficace d’assouplir le terrain qui subit sinon la dureté du choc en retour du fait de la dureté de la couche drainante. Le toit de la couche drainante étant à la pression atmosphérique, il est déjà connu de porter le choix du substrat et de son épaisseur sur un substrat le moins fin possible mais suffisamment fin pour que l’épaisseur de sa frange capillaire atteigne 4 cm , en choi sissant ensuite d’adapter l’épaisseur du substrat pour ne pas être trop humide en permanence en hiver, pour pouvoir absorber une certaine quantité d’eau de pluie sans déborder, tout en conservant un stock d’eau suffisant pour l'hydratation des plantes entre deux arrosages suffisamment espacés. Ce compromis n’a rien d’évi dent mais a de façon classique conduit au consensus d’imposer une épaisseur mi nimum de substrat de 30 cm.

[349] Au contraire, dans le cadre de l’invention, c’est justement la présence d’une nappe d’eau qui permet d’assécher le substrat (aussi paradoxal que cela puisse paraître) en effet, si l’on a une couche de stockage drainante et capillaire (grâce à l’adjonction des éléments artificiels permettant la continuité capillaire depuis la nappe jusqu’au substrat) et dont le toit est à la profondeur Pi et une nappe dont la profondeur pié- zométrique est à une profondeur Pi + P2 (c’est à dire avec une profondeur supplé mentaire P2 par rapport au toit de la couche de stockage), cela implique que la pro fondeur à laquelle la pression est égale à la pression atmosphérique (c’est à dire pression capillaire nulle) n’est pas Pi comme dans le cas d’une couche drainante sans nappe d’eau mais Pi + P2.

[350] Bien évidemment, cela change tout et permet d’avoir à la fois un substrat plus fin et une épaisseur de substrat inférieure pour une teneur en air donnée.

[351] De plus, il importe de considérer que la teneur en air n’a pas besoin d’être élevée toute l’année mais seulement en période de canicule et une partie du temps de l’hiver.

[352] Dès lors on peut avoir sans inconvénient une profondeur supplémentaire P2 nulle pendant une partie du temps, avec une teneur en air très faible à ce moment-là dans le substrat. Ceci permet donc de profiter du marnage potentiel complet de la couche de stockage entre une position haute qui va être à la base du substrat et une position basse à déterminer selon les périodes avec une stratégie adaptée.

[353] Cet élément est essentiel sur le plan économique car l’ensemble du volume de stockage est utilisable en ayant diminué l’épaisseur du substrat posé au-dessus : il n’y a donc pas besoin pour faire une économie sur le substrat d’augmenter la taille de la couche de stockage à volume d’eau stockage équivalente.

[354] Il suffit donc d’avoir une stratégie qui permet d’avoir une nappe en partie plus basse de la structure aux périodes où c’est nécessaire et dans ce cas ce n’est plus l’épais seur Pi du substrat mais la somme de Pi et de la profondeur P2 de la nappe au- dessous du sommet de la couche de stockage qui doit être prise en compte pour les relations à respecter dans le cadre de l’invention.

[355] En dehors de la période caniculaire où l’on peut éventuellement admettre d’avoir une surface sportive moins souple pour préserver le gazon des maladies, l’objectif est d’avoir une souplesse optimale du terrain, ce qui conduit à ne pas descendre le ni veau trop bas pour garder 4 cm de saturation au-dessus du toit de la couche de stockage, ce qui permet donc de descendre jusqu’à la profondeur égale à l’épaisseur de la frange capillaire diminuée de 4 cm sans perdre la souplesse apportée par une nappe perchée d’au moins 4 cm

[356] Dans l’exemple de la courbe représentée à la figure 5 qui donne une courbe d’un substrat représentatif du type de substrat utilisé en terrain de sport et utilisable dans le cadre de la présente invention, il y a une petite marge de subjectivité dans la détermination de la frange capillaire car il n’y a pas strictement un plateau horizontal suivi d’une courbe de baisse de la teneur en eau avec augmentation de la hauteur au-dessus de la nappe mais on peut considérer qu’il y n’y a que 2% d’air jusqu’à 13 cm au-dessus de la nappe et qu’ensuite on gagne 1% d’air par centimètre supplé mentaire de hauteur au-dessus de la nappe et on peut considérer que le point denrée d’air est à 13cm au-dessus de la nappe et 2% d’air, soit une épaisseur de frange capillaire que l’on peut estimer à 13 cm, ce qui signifie que l’on aura encore 4 cm quasi saturés au-dessus du toit de la couche de stockage si l’on descend le niveau de 9 cm, soit P2 = 13 cm - 4 cm = 9 .

[357] Quand on descend le niveau de la nappe de moins de 9 cm à partir du haut de la couche de stockage, on conserve au terrain ses caractéristiques de souplesse. Si l’on descend davantage, on fait augmenter la teneur en air du substrat en durcissant très significativement le terrain.

[358] Ce critère de souplesse doit être pris en compte dans la démarche de recherche de stratégie optimale et donne la marge de manœuvre du niveau de la nappe pour con server la souplesse de la nappe perchée en fonction de la courbe du substrat mais contrairement au critère d’oygénation des racines ou au critère d’aération estivale, le critère de souplesse est indépendant de l’épaisseur de la couche de substrat.

[359] G optimisation du système de couche de substrat posée sur couche de stockage à volume de stockage fixe [360] De façon générale, les terrains selon l’invention ci-dessous présentés ont une struc ture qui peut être décrite comme composée d’une couche de substrat d’une épais seur de 10 à 40 cm posée sur une couche de stockage capillaire d’une épaisseur de 5cm à 200 cm, ladite couche de stockage capillaire étant située entre la profondeur PTOIT de son toit et PFOND de son fond et caractérisé :

[361] - en ce que PTOIT > PMin et PFOND = PMax

[362] - en ce que couche de stockage capillaire dispose de caractéristiques capil laires naturelles ou par adjonction artificielle de moyens adéquats permettant de faire remonter de l’eau dans la couche de substrat posée au dessus quelque soit le niveau piézométrique de la nappe entre PTOIT et PFOND avec un flux capillaire au moins équivalent à celui qui résulterait d’une même demande évaporatoire au sommet du même substrat posé sur un sable moyen ( entre 250pm et 500pm) avec une nappe d’eau à la même profondeur.

[363] Peu importe que le niveau de la nappe d’eau puisse être réglée plus haut que la couche de stockage.

[364] Peu importe qu’il y ait éventuellement continuité de constitution entre le substrat et la couche de stockage, certaines couches ayant la capacité d’avoir les deux fonc tions tandis que d’autres couches de stockage capillaire qui vont être étudiées ci- dessous ont été spécialement conçues pour optimiser la capacité de stockage d’eau, quitte à devoir adjoindre des moyens supplémentaires pour rajouter la nécessaire fonction capillaire.

[365] En terme de stockage d’eau destinée à l’irrigation différée du gazon, l’efficacité d’une couche poreuse est déterminée par son coefficient d’emmagasinement, c’est à dire le ratio du volume disponible pour y stocker de l’eau mobilisable par le volume total de la couche de stockage couche pour le stockage. Or, ce ratio correspond à la porosité efficace du milieu poreux de stockage.

[366] Dans un milieu granulaire classique où la couche de stockage dans laquelle est stockée la nappe d’eau est constituée d’un arrangement de granulats, ce coefficient d’emmagasinement correspond à la porosité efficace qui augmente avec la granulo métrie des grains constitutifs tandis que la capillarité baisse avec cette même gra nulométrie. Plus la porosité efficace est importante et moins les milieux poreux na turels sont capillaires, les milieux à relativement forte porosité efficace comme les graviers étant même utilisés pour cette raison comme barrière capillaire destine à bloquer la remontée capillaire. Or, les couches spécifiques de stockage selon l’in vention doivent pourtant avoir à la fois une très forte perméabilité efficace en même temps qu’une capacité capillaire suffisante pour permettre au gazon d’être irrigué en été de façon satisfaisante par un flux capillaire spontané à partir de la nappe d’eau dès lors que ladite nappe a son niveau piézométrique situé où que ce soit dans ladite couche de stockage. Finalement le volume de stockage d’eau mobili sable par capillarité varie de 1 % pour de l’argile et jusqu’à un maximum de 15 à 20 % du volume pour un sable moyen qui est le milieu granulaire naturel ayant la plus forte porosité efficace tout en possédant encore une capacité de capillarité adéquate pour permettre la mobilisation de l’eau stockée par un flux capillaire ascendant de nature à répondre pour une nappe très peu profonde aux besoins d’hydratation du gazon sous l’effet d’une demande évaporatoire et ce volume de stockage d’eau mo bilisable va jusqu’à 25 % du volume apparent pour du gravier mais le gravier ne possède pas de capillarité permettant à l’eau qui s’y trouve stockée de remonter par capillarité dans le substrat au dessus si le gravier n’est pas saturé jusque ’en haut .

[367] Une capacité d’eau mobilisable de 25% en volume est certes modeste mais permet déjà de réaliser substantielles économies d’eau et de participer de façon significative à l’écrêtement des pluies d’orage.

[368] Si cette solution n’est pas la plus performante en terme de stockage , elle est cepen dant à considérer sur le plan économique, tout particulièrement pour les opérations de réfection de stades anciennement construits avec une couche drainante en gra vier ; une solution de réfection particulièrement intéressante sur le plan économique consiste alors à réutiliser le gravier de l’ancienne couche drainante en l’installant dans une enceinte imperméabilisée ménagée à cet effet et en rajoutant une nappe hydrophile et perméable au toit du gravier et en installant un faisceau de colonnes verticales capillaires dans la couche de gravier.

[369] Cette efficacité de stockage plutôt modeste des milieux granulaires naturels peut être très significativement augmentée par l’utilisation d’un milieu granulaire artificiel spécifiquement composé d’un mélange comprenant du ciment et des granulats grossiers et connu sous le nom commercial de Capillary Concreete . En effet, ce milieu granulaire artificiel permet d’obtenir une capacité de stockage significative ment augmentée, comprise entre 40 %, et 50%. Une couche de Capillary Concreete est une couche de béton mécaniquement stable, très poreux à macro-pores et donc très drivant et à très forte porosité efficace mais très capillaire et dont les dimensions sont déterminées par la mise en forme sur place du produit malaxé lors de l’installation sur le chantier, permettant ainsi de s’adapter aux circonstances par des formes 3 D complexes comme on peut en trouver par exemple sur des grains ou départs de golf. Toutefois, sa capacité de stockage de l’ordre de 40 à 50 % reste encore nettement inférieure à celle des réservoirs artificiels présentés ci-dessous.

[370] Pour optimiser la capacité de stockage d’une couche de la structure de terrain dédiée au stockage de la nappe d’eau, l’idéal est bien évidemment d’avoir un ratio (volume de stockage / volume de couche de stockage) aussi proche que possible de 100% et pour cela le meilleur ratio de stockage possible est donc obtenu pour un volume pratiquement constitué de vide. Une couche de stockage de ce type existe en effet, totalement artificielle, constituée d’une juxtaposition de « caissons » autoportants. Même s’il ne s’agit pas d’un empilement de granulats mais d’un réservoir artificiel de stockage avec des moyens supplémentaires artificiels rajoutés pour la fonction de capillarité, une telle couche peut être considérée comme une couche d’un milieu poreux constitutive de la structure d’un terrain de sport selon l’invention.

[371] Des caissons juxtaposés utilisés comme couche drainante sous le substrat d’un terrain de sport sont déjà connus sous le nom de caisses « Permavoid » et ils peuvent être utilisés également pour mobiliser verticalement par capillarité l’eau stockée dans les caissons en cas d’adjonction de moyens additionnels spécifiques, ce système étant connu commercialement sous la dénomination de « Blue2Green System ». Dans la pratique une couche de caisses Permavoid est une structure mécanique stable constituée d’une juxtaposition de caissons en matière plastique, de forme parallélépipédique et de dimension prédéterminée, avec un volume vide qui représente plus de 95% du volume et avec une surface horizontale supérieure sous la forme d’une grille portante reposant sur ses parois verticales et sur laquelle est installée une nappe hydrophile et perméable, la couche de substrat de culture reposant elle-même sur ladite nappe hydrophile et perméable ; ces caissons sont traversés verticalement par un faisceau de colonnes capillaires réparties horizontalement selon 2 axes horizontaux et disposées à une distance adéquate les unes des autres, permettant à l’eau de remonter par capillarité depuis ladite nappe d’eau jusqu’au substrat, de se répartir horizontalement puis de remonter dans le substrat , avec une répartition horizontale homogène du flux capillaire, en présence d' une nappe d’eau à un niveau quelconque à l’intérieur des caissons malgré la présence d’une épaisseur d’air séparant la nappe d’eau du bas du substrat. Bien qu’il s’agisse là d’un milieu artificiel inhabituel et très différent des milieux poreux granulaires tradi tionnellement utilisés dans les terrains de sport, une telle couche de caisses Per- mavoid juxtaposées peut être considérée comme l’une des couches des milieux poreux constituant la structure d’un terrain selon l’invention, cette couche artificielle étant mécaniquement stable et portante, hydrologiquement capillaire et hyper drai nante et avec un coefficient de stockage (ou par extension « porosité efficace ») su périeur à 95%. Les deux avantages principaux de cette solution sont d’une part son coefficient de stockage optimal et d’autre part sa facilité et rapidité de mise en œuvre lors de la construction, s’agissant de modules préfabriqués faciles à installer.

[372] Ainsi, dans la gamme des couches de stockage de l’eau destinée à être utilisée ultérieurement pour l’irrigation du gazon par capillarité, la fonction capillaire des couches de stockage selon l’invention, qui consiste à permettre à l’eau de remonter dans le substrat par capillarité en présence d' une nappe d’eau à un niveau quel conque à l’intérieur de ladite couche de stockage doit toujours être assurée.

[373] Selon la solution choisie, cette fonction capillaire des couches de stockage selon l’invention peut être assurée naturellement par les propriétés de porosité du milieu poreux de ladite couche de stockage ou bien par adjonction de moyens artificiels supplémentaires.

[374] Selon l’importance accordée à l’objectif de stockage d’eau dans la structure, la couche de stockage de la nappe d’eau selon l’invention peut appartenir à l’une des trois catégories suivantes de milieux poreux :

[375] - un milieu poreux granulaire dont la porosité détermine un volume de stock age de la nappe par sa porosité efficace, une perméabilité et une capillarité suffi santes pour assurer la fonction capillaire de ladite couche de stockage ;

[376] - un milieu poreux granulaire dont la porosité détermine un volume de stock age de la nappe par sa porosité efficace, une perméabilité et une capillarité insuffi santes pour assurer la fonction capillaire de ladite couche de stockage mais dont la fonction capillaire est assurée par l’adjonction de moyens artificiels adéquats ; [377] - un réservoir de stockage artificiel qui n’est pas un milieu poreux granulaire, avec des moyens capillaires rajoutés pour assurer la fonction capillaire de la couche de stockage.

[378] L’utilisation de couches en gravier à équiper de moyens supplémentaires pour les doter d’une capacité capillaire semble particulièrement pertinente pour la réfection économique de terrains préalablement installés su couche drainante en gravier sans ambition particulière en terme de stockage d’eau.

[379] En revanche, la mise en place de caissons rigides et équipés de moyens supplé mentaires pour les doter d’une capacité capillaire, qu’il s’agisse de caissons à fond fixe comme les caisses Permavoid déjà connues ou a fortiori à fond mobile selon l’invention, sont une excellente alternative aux couches poreuses granulaires, dès que la capacité de stockage d’eau pour sub-irrigation différée est un objectif priori taire pour le terrain considéré.

[380] Par ailleurs, pour augmenter l’efficacité du stockage de l’eau de précipitation sous le terrain, il est également possible d”équiper le terrain de moyens supplémentaires permettant de collecter et d’acheminer jusqu’à la couche spécifique de stockage d’eau, située sous le substrat de culture du terrain de sport, l’eau de pluie tombant sur un bassin versant plus large que le seul terrain, comme par exemple les toitures des tribunes, les pistes, les parkings ou sur toute surface appropriée autour du ter rain considéré. Cette quantité d’eau approximativement proportionnelle à la taille du bassin versant, est un autre facteur important d’efficacité de ladite couche spécifique de stockage, aussi bien pour le degré d’autonomie en eau que pour la fonction d’écrêtement des crues en aval.

[381] Cependant, si ce moyen supplémentaire permet de tirer un parti maximal de l’eau d’une pluie orageuse quand le réservoir a la place de la stocker, l’eau qui peut être stockée reste toujours limitée à la taille du réservoir diminuée du stock d’eau en place au moment de l’évènement pluvieux.

[382] La problématique des couches de stockage connus de l’état d l’art, c’est à dire à volume de stockage constant est triple :

[383] - limites de volume du contenant : [384] Une couche de stockage de 150 mm ne peut satisfaire un objectif d’autonomie en eau en climat exigeant, par exemple de type Méditerranéen, avec longue séche resse et forte demande climatique estivale, du simple fait d’un contenant trop petit offrant donc de toutes façons une réserve en eau trop faible pour l’irrigation estivale.

[385] Certes, en climat de type Méditerranéen, avec des pluies d’orage classiques de 30 mm, et des pluies d’orage violentes de 60 mm (voire même 100 mm ou encore beaucoup plus en cas de pluies Cévenoles) des caisses de 150 mm bien gérées permettent de stocker l’eau de pluie de plusieurs orages tombant sur le terrain et permettent à cette eau d’être consommée par les plantes entre les évènements ora geux, de telle sorte que cela peut en principe permettre d’assurer l’autosuffisance en eau du gazon en dehors de l’été, c’est à dire en en automne, en hiver et au prin temps, tout en participant efficacement à l’écrêtement des crues en aval lors des orages d’automne et de printemps, surtout si le bassin versant d’alimentation est plus grand que le seul terrain. Cependant, en ce qui concerne l’été, et même sans prendre en compte la cependant nécessaire contrainte de garder une réserve de stockage pour les orages, et sans prendre en compte non plus la contrainte néces saire selon l’invention de profondeur minimale de la nappe en hiver et en période caniculaire, le volume maximum de stockage d’eau est de toutes façons limité à 150 mm pour la version épaisse des caisses Pemavoid alors que les besoins d’eau en été en climat Méditerranéen pour une évapotranspiration réelle souhaitée selon l’in vention au niveau de IΈTR peut être évaluée à 5 mm par jour (voire même 10 mm par jour en climat extrême) soit 150 mm par mois (voire même 300 mm par mois) avec des périodes de sécheresse qui peuvent durer 4 mois (voire même 6 mois), soit un volume total des besoin d’eau stockée d’au moins 600 mm si l’on veut une autonomie en eau avec évapotranspiration réelle estivale égale, selon l’invention, à l’évapotranspiration potentielle. Il faudrait donc au minimum un volume de stockage 4 fois plus important, de l’ordre de 60 cm pour stocker de l’eau en hiver pour l’utiliser en été , ce qui correspond à la fois aux ressources de pluviosité hivernale et aux besoins estivaux en climat de type Méditerranéen.

[386] - Limites à la possibilité d’augmenter le volume du contenant pour respecter les con traintes du gazon [387] Cependant la solution simpliste qui consisterait à quadrupler l’épaisseur des caisses de type Permavoid pour disposer du volume de stockage nécessaire n’est pas réa liste, non seulement du fait de l’impact financier conséquent qui en résulterait mais surtout parce que le niveau de la nappe devrait être trop haut en hiver par rapport aux contraintes du gazon.

[388] Avec un fond fixe, le niveau de la nappe est égal au niveau du fond plus la hauteur du stock d’eau. Si l’on suppose une consommation estivale de 60 cm, cela veut dire qu’en situation basse le niveau de la nappe est égal à l’épaisseur du substrat, plus le vide d’air au-dessus de la situation haute en début d’été plus les 60 cm e réserve d’eau pour l’été

[389] Ce qui fait 80 cm plus le vide au-dessus du niveau haut début d’été pour un substrat de 20 cm d’épaisseur. La condition pour un flux suffisant n’est donc pas remplie, même pour un vide nul. Mais pour un vide nul, la condition d’oxygénation des ra cines depuis la fin de l’hiver et ‘aération en période caniculaire au début de l’été n’est pas non plus remplie.

[390] Si l’on ne baisse pas beaucoup le fond, c’est encore pire pour les conditions d’oxy génation et ‘aération du substrat.

[391] - Limites des créneaux de remplissage du contenant pour respecter les contraintes du gazon

[392] La gestion de la variation de profondeur de la nappe peut et doit être optimisée et des exemples donnés ci-dessous rappellent à la fois les contraintes liées au gazon et es stratégies pour optimiser l’usage des caissons de stockage malgré leurs imita tion de volume.

[393] Avec ce type de stratégie, dans des climats de type océanique où le besoin estival en eau est relativement modéré, avec une évapotranspiration potentielle estivale moyenne de 3 ou 4 mm par jour et avec en outre des pluies relativement bien réparties sur toute l’année, y compris en été, la solution des caisses Permavoid est une solution qui peut permettre de satisfaire selon Is circonstances ente 75% et100 % des besoins annuels en eau dans ce type de climat. En plus des contraintes du gazon, il faut toujours considérer que la couche spécifique de stockage ne peut stocker l’eau issue d’un évènement pluvieux dans une perspective d’ irrigation ulté rieure ou d’écrêtement des crues que si le volume se stockage potentiel n’est pas déjà rempli d’eau au moment où survient l’évènement considéré ; Ceci implique une forte contrainte supplémentaire d’anticipation et éventuellement même de vidange partielle par précaution pour disposer d’un volume dédié à l’écrêtement des crues, en anticipant parfois la simple éventualité d’une précipitation qui peut ne pas avoir lieu, ce qui peut dans certaines réalisations et circonstances diminuer d’autant la capacité de stockage pour une irrigation différée.

[394] Ainsi, pour synthétiser , il est pratique de décrire un exemple préféré de couches de stockage capillaires selon l’invention comme une combinaison de 1 à 7 couches parmi lesquelles :

[395] - une couche de substrat commercialisé sous la dénomination Radicalé d’une épais seur de 4 à 20 cm ;

[396] - une couche de sable dont le D10 est compris entre 200 et 800 pm, d’une épaisseur de 5cm à 200 cm, si elle est présente,

[397] - une couche constituée d’une juxtaposition de caissons du type connu et commer cialisé sous la dénomination commerciale Permavoid d’une épaisseur de 7cm à 15 cm , si elle est présente, lesdits caissons étant dotés d’un faisceau de colonnes capillaires verticales permettant la remontée capillaire à travers le vide rempli d’air au-dessus du niveau de la nappe ;

[398] - une couche de graviers de 7cm à 150 cm, si elle est présente, ladite couche de graviers étant dotée d’un faisceau de colonnes capillaires verticales ou de mèches capillaires permettant la remontée capillaire à travers la barrière capillaire constituée par la porosité essentiellement remplie d’air du gravier au-dessus du niveau de la nappe ;

[399] - une couche du produit commercialisé sous la marque Capillary Concreete de la société Capillary Concreete, d’une épaisseur de 5 à 15 cm si elle est présente ;

[400] - une couche de sable dont le D10 est compris entre 200 et 800 pm située sous la couche du produit commercialisé sous la marque Capillary Concreete, d’une épais seur de 10 à 250 cm, si elle est présente;

[401] - Une couche composée de matériaux fibreux durs ou souples, naturels ou artificiels, matériau fibreux broyés ou en morceaux comme du corail, de la craie, du bois broyé ou des ans ou pelotes de fibres , pelotes naturelles de posidonie, morceaux de mo quette, le tout constitutif d’un milieu poreux à forte macroporosité entre les éléments constitutifs agrégés et un réseau capillaire à l’intérieur même des éléments constitu tifs agrégés. [402] L’agrégation de matériau fibreux, qui peuvent être en particulier des déchets agri coles ou industriels, sont très intéressants pour cette application de stockage avec flux ascendant par capillarité en ce sens qu’ils présentent une double porosité avec les pores fins qui permettent de monter haut et les pores grossiers de monter vite en remplissant les pores fins à chaque hauteur comme il a été vu concernant la modé lisation des flux capillaires en fonction de la caractérisation du milieu poreux pr une double porosité.

[403] Le Capillary Concreete qui a été spécialement élaboré pour cet usage avec une fonctionnalité supplémentaire de stabilité fonctionne sur ce principe et le substrat Radicalé a également cette capacité.

[404] Le cas particulier traité ci-dessous correspond bien en pratique à une des premières questions pratiques que va se poser le marché pour la recherche de produits de création de terrains les plus performants possibles.

[405] L’invention a prévu une approche générale qui peut être appliquée avec divers ma tériaux divers climats, divers budgets et demandes de performances.

[406] Or, parmi les couches drainantes selon l’invention , certaines ont été artificiellement conçues pour leur usage . Il s’agit de couches de stockage capillaire artificielles spécifiquement conçues pour cet usage et qui comprennent :

[407] - soit une couche constituée d’une juxtaposition de caissons du type des caissons connus sous la dénomination commerciale Permavoid, d’une épaisseur de 8cm à 15cm, lesdits caissons étant dotés de haut en bas de la couche d’un faisceau de colonnes capillaires verticales permettant la remontée capillaire à travers le vide rempli d’air au-dessus du niveau de la nappe

[408] - soit une couche du produit commercialisé sous la marque Capillary Concreete de la société Capillary Concreete, d’une épaisseur de 5 à 15 cm

[409] La question ici traitée concerne ces terrains utilisant des matériaux chers et perfor mants de façon à optimiser la qualité du gazon et minimiser les besoins d’eau en provenance du réseau.

[410] Bien entendu, en choisissant un substrat donné et un type de stockage donné et en choisissant le modèle d’un substrat posé sur une couche de stockage, se pose im médiatement la question de déterminer l’épaisseur de substrat et l’épaisseur de la couche de stockage et le but est ici d’utiliser les critères de l’invention pour montrer comment, en fonction de quelques choix, il est possible à la fois de réduire l’épaisseur de substrat et en même temps de réduire la quantité d’eau « gaspillée ».

[411] Le principe de cette solution particulière proposée dans ce cas de figure selon l’invention est d’utiliser le concept de résoudre les problèmes non pas tous en même temps mais chacun au moment où il se pose du fait que la nappe a une profondeur variable dans le temps, ce qui permet non seulement ‘avoir un marnage pour utiliser au mieux le volume de stockage mais ce qui permet aussi d’avoir une influence sur l’oxygénation des racines t sur l’aération en période caniculaire qui dépendra des variations du niveau de la nappe au moment concerné.

[412] L’objectif étant de minimiser l’épaisseur de substrat par une stratégie de profondeur de la nappe, le choix se porte sur une contrainte d’oxygénation

[413] avec PTOR = 5cm, Q AIR MIN TOR = 5 % , Q AIR MIN ETE= 5 % , PMIN = 40 cm

[414] Pour ces différentes solutions, on considérera ensuite la contrainte de souplesse avec plusieurs propositions.

[415] De même on proposera une solution avec PMIN = 45 cm

[416] Le principe de la recherche de gestion de la nappe avec un substrat performant et cher posé sur une couche de stockage performante et chère est à la fois de minimiser l’épaisseur du substrat et en même temps d’ optimiser l’utilisation du stockage pour minimiser les besoins en eau du réseau, ce qui implique de rejeter le moins d’eau possible.

[417] Dans cette stratégie de faible épaisseur de substrat et de variation du niveau de la nappe , le double objectif du choix de l’épaisseur de substrat est sur le plan économique d’avoir la plus faible épaisseur possible et d’économiser autant d’eau d’irrigation que possible avec la contrainte technique de respecter les contraintes d’oxygénation, d’aération, de souplesse et d’irrigation par le choix le plus pertinent possible d’une stratégie de variation du niveau de la nappe selon la saison.

[418] Le scénario ici proposé est d’avoir un niveau de nappe très haut en hiver (et même plus haut que le toit de stockage), niveau qui en dehors des critères de l’invention serait classiquement considéré comme de nature à noyer le gazon, mais en prévoyant selon l’invention de pouvoir effectuer un drainage modéré de la nappe une fois de temps en temps.

[419] Ce drainage devra être suffisamment faible pour ne pas rejeter trop d’eau au total lors des drainages successifs mais suffisamment bien calculé à partir de la courbe de drainage pour assurer à chaque drainage une entrée d’air suffisante (ici 5%) à la profondeur des racines (ici 5cm), de façon à parfaitement oxygéner lesdites racines à ladite profondeur.

[420] Le point important à considérer pour établir les scénario de niveau d’eau de la nappe est que le niveau de la nappe augmente de la hauteur d’eau reçue par apport d’eau volontaire ou par précipitations ou diminue de la hauteur d’eau rejetée par drainage ou consommée par évaporation, de sorte que chaque variation du niveau de la nappe se fait par apport ou diminution équivalente de la hauteur d’eau en stock. Chaque descente du niveau de la nappe par drainage se fait au détriment d’eau stockée qui ne sera plus disponible plus tard.

[421] Le cas d’une couche de caissons à fond mobile selon l’invention n’est donc pas ici considéré car il n’impose pas cette contrainte (et c’est pour cela d’ailleurs que cette solution est par ailleurs proposée selon l’invention).

[422] On peut simplement considérer que la structure se compose d’un Substrat posé sur un Stockage.

[423] La structure ici recherchée est un substrat hybride mince posé sur une couche de stockage, il peut s’agir en particulier d'un substrat hybride mono-couche sur une couche de stockage ou d’un substrat bi-couche avec un substrat hybride sur une couche de sable (mais en considérant le substrat hybride jusqu’à au moins 5 cm de profondeur), et ledit substrat étant posé sur la couche de stockage qui peut être une couche de graviers avec un faisceau de mèches capillaires mais de préférence une couche de Capillary Concreete ou de façon préférée une couche de caissons avec un réseau de colonnes capillaires comme par exemple les caissons de type Permavoid.

[424] La question qui se pose d’emblée dans ce cas de figure est de déterminer la meil leure combinaison possible d’épaisseur de Substrat et d’épaisseur de Stockage pour optimiser l’effet du surcoût d’investissement.

[425] Pour minimiser les coûts et l’impact économique et écologique des travaux, il est clair que la meilleure solution est de rechercher les épaisseurs minimales requises pour les 2 structures et concernant le substrat de choisir pour une épaisseur de couche de stockage déterminé la plus petite épaisseur de substrat possible, c’est à dire la plus grande des épaisseurs minimales obligatoires telles que déterminées selon l’invention pour répondre aux différents critères à respecter et ne pas aller au delà de l’épaisseur qui permet d’y répondre avec un scénario de variation de nappe réaliste car réalisable

[426] Les structures de Stockage sont choisies pour leur capacité théorique de stocker le plus d’eau possible par cm de couche de stockage (c’est le cas des caissons).

[427] Cependant, il faut considérer que le coût d'investissement supplémentaire du cm de stockage sera d’autant mieux justifié que l’ensemble du volume sera vraiment utilisé au maximum pour stocker de l’eau et n’en rejeter que le minimum, l’eau étant le mieux utilisée quand elle est consommée pour l’irrigation et le moins bien utilisée quand elle est rejetée pour faire baisser le niveau de la nappe.

[428] De plus, ces structures de stockage performantes présentent en contrepartie une surface supérieure rigide en interface du substrat, ce qui implique une condition supplémentaire de nappe perchée pour diminuer le manque de souplesse qui sinon en découle

[429] Pour déterminer la bonne épaisseur de substrat, il convient donc de considérer l’une après l’autre toutes les contraintes concernant l’épaisseur du substrat et chercher à chaque période de l’année (avec un scénario climatique implicite) la plus faible épaisseur de substrat permettant de répondre à toutes ces contraintes en fonction d’un scénario explicite de profondeur de nappe.

[430] Il y a lieu de rappeler ici les contraintes :

[431] · Les essais réalisés avec différents substrats montrent de façon générale que pour une bonne souplesse d’un sol sportif constitué d’un substrat posé sur une surface dure, la souplesse augmente au mieux jusqu’à 12 cm de substrat et que la sou plesse n’augmente plus au delà.

[432] · Les racines d’un terrain de sport doivent au moins développer sur 5 cm et sont très satisfaisantes si elles se développent de façon dense à 7 cm ou 8 cm, même si elles peuvent se développer jusqu’à 12 cm , voire 15 cm.

[433] · d’autres essais réalisés avec différents substrats ont montré que la souplesse était augmentée de façon très significative, jusqu’à 40% ou 50% quand il existe une nappe perchée d’au moins 4 cm au-dessus du toit d’une surface dure mais n’aug mente plus de façon significative si cette épaisseur augmente.

[434] · la stratégie visée pour optimiser l’efficacité écologique et économique de la couche de stockage en matière économie d’eau est de remplir « à ras bord » les caissons en hiver quand le bilan pluie-évaporation est positif, puis de laisser baisser le niveau de la nappe jusqu’au fond de la couche de stockage pendant le printemps en irriguant le gazon par la baisse du stock d’eau avec un bilan pluie-évaporation légèrement négatif et d’ajouter autant d’eau que nécessaire pour maintenir la nappe à son niveau en bas de la couche de stockage pendant l’été et l’automne jusqu’à ce que le bilan positif fasse à nouveau remonter le niveau de l’eau.

[435] Plus précisément, il est considéré que le niveau de stockage est le plus bas niveau de la nappe mais en hiver la nappe peut monter plus haut dans le substrat que le haut de la couche de stockage.

[436] Plus précisément, la stratégie visée est alors de laisser monter l’eau en automne et hiver jusqu’à presque saturer le substrat par la frange capillaire jusqu’à à 5 cm de la surface et de descendre le niveau de la nappe autant de fois que nécessaire jusqu’au toit du stockage (en rejetant et en perdant donc la quantité d’eau correspondante), sachant que de toutes façons il n’y aurait plus de place pour de l’eau en plus dans la couche de stockage ni dans le substrat au-dessus et que l’on fait ces rejets tant que le mois suivant a un bilan prévisionnel (pluie moins précipitation) positif.

[437] Ainsi, concernant l’économie en eau, on ne descend jamais en hiver en dessous du toit de la couche de stockage ou pas de plus que 2 ou 3 cm et le substrat sert donc de sur-stockage pendant cette période. L’aspect positif paradoxal est que c’est justement ce sur-stockage qui permet de diminuer les besoins d’épaisseur du substrat pour répondre au besoin d’oxygénation de racines car ce sur-stockage d’eau dans le substrat donne ensuite l’occasion de drainer cette eau sur-stockée et donc de faire pénétrer de l’oxygène au niveau des racines à chaque drainage de l’eau surstockée dans le substrat.

[438] Ceci impose cependant de respecter les contraintes d’oxygénation des racines en hiver et de teneur en eau caniculaire en été selon l’invention mais avec le principe que la nappe est au plus haut en hiver et au plus bas en été avec des modulations à définir plus précisément

[439] Contrainte oxygénation des racines

[440] La teneur en air à 5 cm de la surface doit être supérieure ou égale à 5% quand on redescend le niveau de la nappe au toit de la couche de stockage :

[441] soit PTOR= 5cm, et Q AIR MIN TOR = 5 %

[442] avec PTOR = 5cm, Q AIR MIN TOR = 5 % , Q AIR MIN ÉTÉ 5cm = 5 % , PMIN = 40 cm

[443] P piézo — P piézo AIR MIN ÉTÉ 5cm = 5 CITI + hc j(5) drainage (£ j (5)“ 0 AIR MIN ÉTÉ 5cm ) [444] Pour un sable comme le sable de référence, cela implique une épaisseur de substrat d’au moins 5 cm + 15cm = 20 cm.

[445] En descendant la nappe à 3 cm du haut de la couche de stockage pendant les mois de novembre, décembre, janvier et uniquement jusqu’en haut du toit de la couche de stockage en février, cela permet de gagner 3 cm supplémentaires D = 3 cm.

[446] De plus, certains essais ont montré que même une teneur en air de 3% à 5 cm de la surface peut être en fait suffisante mais avec un pied de pilote nettement plus mince dans la gestion de la profondeur de la nappe qui doit alors être gérée préci sément en fonction de la forme précise de la courbe de drainage capillaire, et no tamment de la hauteur d’entrée d’air.

[447] Dans le cas du substrat Radicalé, c’est beaucoup plus facile à gérer car on a déjà 10% d’air à 5 cm pour une épaisseur totale de substrat de seulement 15 cm

[448] Pour avoir une fourchette moyenne fonctionnant à peu près dans tous les cas de substrats, cette stratégie impose donc, en ce qui concerne l’oxygénation hivernale des racines, que le substrat ait une épaisseur minimum comprise entre 15cm et 20 cm.

[449] Pour permettre une gestion affinée, la règle à respecter est la relation suivante :

[450] Epaisseur Substrat ³ 5cm + hc drainage (e- 5% ) - D = 5cm + h C AIR ( 5 % ) - D

[451] où D représente la petite portion de couche supérieure vidangée (3 cm dans l’exemple donné ci-dessus).

[452] Il semble que D = 3 cm soit acceptable pour des climats suffisamment pluvieux pour remplir le stock, voire le sur-stock dans le substrat après le dernier drainage du sur stock en fin de saison humide avant la saison où le solde (pluie moins évaporation) devient négatif.

[453] · Contrainte estivale

[454] Quand arrive l’été et en particulier en période caniculaire, il est choisi selon l'inven tion d’avoir comme critère une teneur en air « théorique » d’au moins 10% pour les plus petites épaisseurs de stockage et de au moins 15% sinon pour les substrats sableux hybrides classiques.

[455] Pour le Radicalé, on a 10% d’air à 10 cm de la nappe et les expériences estivales ont montré que le comportement estival est parfait pour une hauteur minimale de la surface supérieur ou égal à 20 cm au-dessus de la nappe (en fait déjà satisfaisant à partir de 15 cm, qui correspondent à 10% d'air à 5cm de la surface).

[456] contrainte estivale pour le Radicalé : nappe > 20 cm

[457] et en choisissant un « pied de pilote » D’ = 1 cm, l’épaisseur minimale de Substrat

Radicalé pour pouvoir respecter la contrainte de période caniculaire pour le Radicalé est donc :

[458] 16 cm pour couche de stockage de 5 cm,

[459] 13 cm pour couche de stockage de 8 cm

[460] 6 cm pour couche de stockage de 15 cm

[461] La condition d’aération estivale s’écrit de façon générale :

[462] Epaisseur Substrat ³ 5cm + hc drainage (e- 0 AIR MIN ÉTÉ 5cm ) - épaisseur de stockage + D’

[463] avec D’ ³ 0 D’ est la marge d’épaisseur au dessus du fond à partir de laquelle la condition est vérifiée.

[464] Pour le sable de référence et donc pour la plupart des substrats sableux, on obtient les épaisseurs minimales en fonction de l’épaisseur de stockage et de l’exigence en teneur en air minimale et un pied de pilote choisis de la façon suivante :

[465] * 0 MIN ÉTÉ 5cm ⁼ 10%,

[466] D' = 1 cm

[467] on a hc drainage (e- 10% ) = 19 cm

[468] L’épaisseur minimale de Sable de référence pour pouvoir respecter la contrainte de période caniculaire pour le Radicalé est donc :

[469] 20 cm pour couche de stockage de 5 cm,

[470] 17 cm pour couche de stockage de 8 cm

[471] 10 cm pour couche de stockage de 15 cm

[472] · 0 AIR MIN ÉTÉ 5cm = 15%,

[473] D’ = 1 cm

[474] on a hc drainage (e- 10% ) = 24 cm

[475] L’épaisseur minimale de Sable de référence pour pouvoir respecter la contrainte de période caniculaire pour le Radicalé est donc :

[476] 25 cm pour couche de stockage de 5 cm, [477] 22 cm pour couche de stockage de 8 cm

[478] 15 cm pour couche de stockage de 15 cm

[479] La contrainte pour l’épaisseur de substrat est bien entendu la plus forte pour une petite épaisseur de stockage.

[480] En fait, cela veut dire qu’avec une épaisseur de stockage forte, la contrainte estivale est généralement respectée avant même que la nappe ne soit tout au fond et l’est d’autant plus que la nappe descend et d’autant plus longtemps avant et après qu’elle ne soit tout en bas.

[481] Par ailleurs, il faut vérifier que l’hydratation est suffisante.

[482] On a vu que cette condition se vérifie dès lors que le substrat est un substrat dans la gamme des sables moyens et pour une nappe dont la profondeur est inférieure à 40cm.

[483] Ceci implique simplement pour un fonctionnement parfaitement satisfaisant sur le plan de l’hydratation du gazon et l’utilisation rationnelle de tout le volume de stock age, la nappe puisse encore alimenter correctement le gazon quand elle est tout en bas de la couche de stockage (sinon cette partie du bas de la couche de stockage est inutile).

[484] On doit donc avoir : épaisseur de (substrat ) + épaisseur de ( Stockage ) < 40 cm

[485] Dans le cas d’une épaisseur de stockage de 15 cm, cela implique une épaisseur de substrat inférieure à 25 cm pour une hydratation suffisante.

[486] Bien entendu, si l’épaisseur du substrat était par exemple de 35 cm, la nappe aura à descendre jusqu’à 50 cm de la surface pour utiliser au mieux la couche de stock age et à 50 cm de a surface gazon ne va probablement pas montrer des signes de manque d’eau mais sur une période prolongée et au moment où le gazon en a le plus besoin, l’irrigation risque d’être inférieur aux besoins pour une croissance opti male.

487. Il reste la contrainte de souplesse qui doit être croisée avec les précédentes, mais ne concerne pas l’épaisseur de substrat. Il n’est d’ailleurs pas forcément obli gatoire d’imposer toute l’année un gazon souple pour le jeu car il arrive très souvent que le gazon soit au repos pendant la période estivale.

[488] En tout état de cause, la souplesse du terrain impose une nappe perchée d’au moins 4 cm au-dessus du toit dur de la couche de stockage. [489] Cela signifie que les conditions de souplesse ne sont remplies que si la profondeur de la nappe par rapport au toit de la couche de stockage est inférieure à l’épaisseur de la frange capillaire (soit la hauteur du point d’entré d’air) diminuée de 4 cm.

[490] Dans le cas du sable de référence, la frange capillaire a une épaisseur de 13 cm environ, ce qui implique de ne pas dépasser la profondeur du toit de a couche de stockage de plus de 9 cm.

[491] Pour une couche de stockage de 15 cm, les 6 cm du fond ne remplissent pas la condition.

[492] Les sables plus fins ont une frange plus épaisse et la condition serait donc mieux remplie mais au contraire le Radicalé a une frange capillaire plus mince. Il pourrait être judicieux dans la perspective d’utilisation estivale du terrain d’avoir un bicouche avec du Radicalé en haut et 5 cm de sable de référence entre le Radicalé et le toit de la couche de stockage

[493] Cette contrainte est importante pour la gestion de la nappe et du calendrier sportif mais n’impacte pas l’épaisseur de la couche de substrat.

[494] Il importe de rappeler que les problèmes de manque d’oxygène sont beaucoup plus graves pour les racines en saison chaude qu’en saison froide et que les racines supportent d’autant mieux en saison froide le manque d’oxygène qu’elles ont fait des réserves dans la saison chaude précédente. Or, la stratégie proposée en matière d’oxygène respecte le cycle naturel du gazon en ayant une oxygénation parfaite du gazon pendant toute l’année et une oxygénation plus faible mais convenable seule ment en hiver.

[495] Les scénarios de baisse de la nappe en été et de nappe très haute en hiver proposés selon l’invention ci-dessous peuvent paraître compliqués mais ils ne font eux aussi que reproduire le principe des cycles de profondeur des nappes d’eau dans la nature

[496] Si l’on récapitule l’ensemble des contraintes concernant l’épaisseur du substrat au- dessus de la couche de stockage, on constate que l’épaisseur du substrat doit être :

[497] - de préférence inférieure égale à 25 cm pour une épaisseur de stockage de 15 cm

[498] - au moins supérieure à entre 15cm et 20 cm pour l’oxygénation des racines

[499] - au moins supérieure à entre 10 cm et 19 cm pour la teneur en air en période caniculaire.

[500] Le cas du substrat Radicalé est beaucoup plus facile à traiter pour l’oxygénation des racines et en ce qui concerne la teneur en air estivale des essais nombreux ont montré qu’une teneur à l’air minimale de 10% à 5 cm, c’est à dire une profondeur de nappe de plus de 15 cm par rapport à la surface donne des résultats parfaits. Dans ce contexte, les épaisseurs minimales nécessaires pour le substrat Radicalé sont inférieures aux épaisseurs ans le sable de référence de 5 cm pour la contrainte d’oxygénation des racines et de 4% à 9% selon que l’on choisit une contrainte d’aération à 5 cm de 10% ou de 15% pour le sable de référence.

[501] Pour le sable de référence, il a été choisi de retenir deux valeurs de teneur en air minimale en été 10% à 5 cm et la base prudentielle d’une teneur en air de 15% à 5 cm pour déterminer les épaisseurs minimums de substrat.

[502] Compte tenu par ailleurs des différences dans les substrats, de la marge de manœuvre avec les pieds de pilote ( D et D’), il n’est pas possible de déterminer avec précision « LA » bonne épaisseur mais il est préférable de donner des fourchettes d’épaisseur minimum de substrat, sachant que la seule borne maximum est par ailleurs la profondeur maximum pour une bonne irrigation en été. Cependant là encore, il existe une marge de manœuvre et même beaucoup plus important car entre un flux parfait en toutes circonstances avec une nappe de 40 cm et un flux d’irrigation presque toujours satisfaisant à 60 cm, il y a là aussi une marge d’appréciation. De toutes façons, la plus grande des valeurs retenues pour la somme dans les choix de paramètres ci-dessous est inférieure à 40 cm.

[503] C’est évidemment avec un stockage de faible épaisseur, de 5 cm, que la contrainte estivale est la plus importante, impliquant une épaisseur minimale de substrat entre 20cm et 25 cm selon le choix de la valeur minimale de teneur à l’air à 5cm entre 10% à 15%.

[504] La contrainte d’oxygénation implique quant à elle une épaisseur minimale de 19 cm qui peut descendre à 16 cm si l’on fait fluctuer la nappe jusqu’au point bas à 1 cm du fond lors des drainages d’hiver (choix de D 1 à D = 4) .

[505] On voit donc que pour une petite épaisseur de stockage c’est la contrainte estivale qui impose la contrainte.

[506] Pour le substrat Radicalé, toutes choses égales par ailleurs, la fourchette la contrainte estivale est de 16 cm et la contrainte hivernale entre 12 et 15, c’est donc aussi la contrainte estivale de 16 cm qui doit être retenue, mais les 2 contraintes sont presque équivalentes. [507] Cette solution est intéressante pour une gestion du gazon mais peu pertinente pour un stockage conséquent d’eau de précipitation, mais permettant cependant de jouer un rôle d’écrêtement des crues et de conserver des pluies orageuses avec jusqu’à 20 ou 30 mm de possibilité de retenue d’eau, ce qui peut constituer une intéressante possibilité de profiter des pluies orageuses.

[508] Pour un stockage de moyenne épaisseur, de 8 cm, la contrainte estivale est moins importante, impliquant cette fois une épaisseur minimale de substrat entre 17cm et 22 cm selon le choix de la valeur minimale de teneur à l’air à 5cm entre 10% à 15%.

[509] La contrainte d’oxygénation implique quant à elle une épaisseur minimale entre 17 et 19 cm selon le choix de D entre 1 et 3.

[510] On voit donc que pour une épaisseur moyenne de stockage les 2 contraintes, esti vales et hivernales imposent une même plage de contrainte d’épaisseurs mini males, entre 17 cm et 22 cm.

[511] Le substrat Radicalé permet, sans changer de critères ni de scénario de profondeur de nappe, de descendre cette fourchette entre 12 cm et 15 cm.

[512] Cette solution est intéressante pour une gestion du gazon et pertinente sans être optimale pour un stockage conséquent d’eau de précipitation, mais permettant ce pendant de bénéficier d’une hauteur d’eau vraiment utile de 50 à 60 mm à faire fluctuer entre consommation et irrigation.

[513] Pour un stockage d’épaisseur encore supérieure, de 15 cm, la contrainte estivale n’a plus d’impact, impliquant cette fois une épaisseur minimale entre 10cm et 15 cm selon le choix de la valeur minimale de teneur à l’air à 5cm entre 10% à 15%. Et c’est alors la contrainte d’oxygénation qui impose ses valeurs, impliquant quant à elle une épaisseur minimale entre 13 cm et 19 cm selon le choix de D entre 1 et 7 cm.

[514] Cette solution est plus onéreuse en stockage mais permet de descendre l’épaisseur de substrat tout en ayant pour le substrat lui même une bien plus forte marge de manœuvre, aussi bien en hiver qu’en été. Malgré les limites déjà explicitées des stockage à volume fixe qui ne peuvent pas utiliser l’eau de l’hiver pour arroser en été en climat méditerranéen, c’est la solution la plus pertinente avec un stockage très conséquent d’eau de précipitation, permettant l’autonomie en eau en dehors des longues sécheresses estivales et permettant de profiter à plein des précipitations orageuses estivales, surtout si des moyens additionnels permettent d’augmenter le bassin versant collecté.

[515] Cependant, pour une épaisseur de nappe supérieure à 9 cm, se pose le problème de la souplesse du terrain.

[516] En effet, il a été vu que la souplesse du terrain implique une épaisseur de nappe perchée de 4 cm au-dessus du toit du stockage, ce qui implique une nappe qui ne descende pas à plus que l’épaisseur de frange capillaire diminuée de 4 cm, soit pour le substrat de référence 13 - 4 = 9 cm.

[517] Le type de substrat juste au dessus de la nappes important car la nappe au dessus du toit de stockage ne dépend pas du substrat tout entier mais du substrat juste au dessus de la nappe. Dans le cas préféré du substrat Radicalé qui a une très faible épaisseur de frange capillaire, il faut envisager un bi-couche Radicalé posé sur sable avec au moins 5 cm de sable en ba.s

[518] Le substrat Radicalé en bi-couche dont 5 cm de couche de sable permettrait, avec la même stratégie de profondeur de nappe ( D = 8) de descendre cette fourchette entre 7 cm et 15 cm . Mais pour avoir 5 cm de sable en dessous du Radicalé et être dans le Radicalé à 5 cm sous la surface, il est préférable d’avoir un bi-couche de 7 cm de Radicalé au-dessus de 5 cm de sable soit 12 cm.

[519] Donc en Radicalé, le minimum de l’épaisseur minimum de substrat est entre 12cm et 15 cm pour un stockage de 15 cm.

[520] Avec D =7 cm, on permet de descendre plus bas pour mieux oxygéner le substrat mais le niveau étant au-dessus de la profondeur de 9 cm par rapport au toit de la couche de stockage qui est la profondeur à ne pas dépasser pour ne pas perdre la souplesse du terrain.

[521] Dans le cas d’un stockage de 15 cm, on a le choix entre ne pas jouer pendant une partie de l’été (ce qui est le cas dans beaucoup de terrain pendant la trêve estivale) ou accepter un terrain dur en été ou ne pas descendre la nappe en dessous de 9 cm sous le toit du substrat pendant une partie de l’été. En tout état de cause, l’épais seur du substrat n’y change rien.

[522] C’est évidemment un inconvénient important des stockages à volume fixe et une raison supplémentaire de proposer une solution alternative sous la forme de cais sons à fond verticalement mobile.

[523] En résumé, on choisit de respecter les règles suivantes : [524] · hydratation suffisante :

[525] épaisseur de substrat + épaisseur de stockage < 50 cm, de préférence < 40 cm

[526] Oxygénation suffisante :

[527] Epaisseur Substrat ³ 5cm + hc drainage (e- 5% ) - D = 5cm + hc _AiR ( 5 % ) - D

[528] où D représente la petite portion de couche supérieure de la couche de stockage vidangée lors des drainages hivernaux.

[529] D< épaisseur de stockage

[530] Selon les scénarios choisis D varie entre 0cm et 3 cm si épaisseur de stockage < 9 cm et D varie entre 0cm et 8 cm si épaisseur de stockage < 9 cm.

[531] Aération estivale :

[532] La condition d’aération estivale s’écrit de façon générale :

[533] Epaisseur Substrat ³ 5cm + hc drainage (e- 0 AIR MIN ÉTÉ 5cm ) - épaisseur de stockage + D’

[534] avec A’ ³ 0 et D’ < épaisseur de stockage D’ est la marge d’épaisseur au-dessus du fond à partir de laquelle la condition doit être vérifiée

[535] Dans les scénarios retenus on a choisi D’ = 1

[536] On a aussi une règle de souplesse qui impose d’avoir la sur-profondeur de la nappe d’eu par rapport au toit du stockage inférieure à l’épaisseur de la frange capillaire du substrat juste au dessus des toit de stockage diminuée de 4 cm :

[537] pour le sable de référence, on a un choix pour Q AIR _{MIN ÉTÉ} 5 _cm entre 10% et 15%

[538] pour le substrat Radicalé, on a Q AIR MIN ÉTÉ 5cm qui vaut 10%

[539] En faisant varier D, ce qui permet d’augmenter l’oxygénation à cm à chaque drai nage hivernale mais au détriment d’une plus grande quantité d’eau rejetée, et en faisant varier 0 AIR MIN ÉTÉ 5cm entre 10% et 15% qui sont toutes eux des valeurs ac ceptables pour déterminer une profondeur de nappe en période caniculaire, et en faisant varier l’épaisseur de la couche de stockage entre 3 valeur (5cm, 8cm et 15 cm) chaque choix de ces 4 paramètres permet de déduire le minimum de l’épais seur minimum de substrat par les règles déterminées selon l’invention à partir de la courbe principal de drainage.

[540] A partir de cette détermination, en considérant les 3 profondeurs de stockage et les 2 catégories de substrat, cela fait pour chaque épaisseur de stockage 2 cas ayant chacun un intervalle dans lequel varie le minimum de l’épaisseur minimum de subs trat qui correspond à une épaisseur de substrat qui permet de mettre en œuvre une stratégie de profondeur de nappe satisfaisante.

[541] Plus l’épaisseur de stockage augmente et plus il est possible de faire diminuer l’épaisseur de substrat posé au-dessus, de sorte que les valeurs trouvées pour une épaisseur de stockage donnée fonctionne pour une épaisseur supérieure ou égale à ladite épaisseur.

[542] Un objectif important pour le marché étant de déterminer une épaisseur de substrat dont on sait qu’il est possible de la faire fonctionner correctement avec une règle simple à mettre en œuvre, ce qui est le cas de la stratégie de variation de profondeur de nappe déterminée à partir du choix de D , on peut donc considérer pour chaque épaisseur de stockage que la bonne épaisseur minimale de la couche de substrat est déterminée par l’intervalle entre le minimum et le maximum obtenus en faisant varier le substrat, D et l’exigence sur Q _{AIR MIN} ÉTÉ 5 _cm et en se souvenant que chaque scénario doit satisfaire la condition hivernale et la condition estivale

[543] Ainsi

[544] avec Epaisseur ( STOCKAGE) ³ 15 cm on doit vérifier :

[545] min Epaisseur (SUBSTRAT) situé entre 12 et 19 ou plus, et entre 6 et 15 ou plus

[546] soit : Epaisseur (SUBSTRAT) dans l’intervalle [12 , 19 ]

[547] avec Epaisseur (STOCKAGE) ³ 8 cm on doit vérifier :

[548] min Epaisseur (SUBSTRAT) situé entre 12 et 19 ou plus et entre 12 et 22 ou plus

[549] soit : min Epaisseur (SUBSTRAT) dans l’intervalle [13 , 22 ]

[550] avec Epaisseur (STOCKAGE) ³ 5 cm on doit vérifier :

[551] min Epaisseur (SUBSTRAT) situé entre 12 et 19 ou plus, et entre 16 et 25 ou plus

[552] soit : min Epaisseur (SUBSTRAT) dans l’intervalle [16 , 25 ]

[553] Ainsi, on considère les réalisations selon l’invention où la couche de stockage capil laire est une couche de stockage capillaire spécifiquement conçue pour cet usage et qui comprend :

[554] - soit une couche constituée d’une juxtaposition de caissons du type des caissons connus sous la dénomination commerciale Permavoid, d’une épaisseur de 8cm à 15cm, lesdits caissons étant dotés de haut en bas de la couche d’un faisceau de colonnes capillaires verticales permettant la remontée capillaire à travers le vide rempli d’air au dessus du niveau de la nappe ;

[555] - soit une couche du produit commercialisé sous la marque Capillary Concreete de la société Capillary Concreete, d’une épaisseur de 5 à 15 cm.

[556] Une version préférée de réalisation de l’invention concerne une structure de cons truction de terrain composée d’une couche de substrat de culture (SUBSTRAT) posée sur une telle couche de stockage capillaire spécifiquement conçue pour cet usage, d’épaisseur supérieure ou égale à 15 cm, l’épaisseur du substrat étant com prise entre 12 cm et 19 cm.

[557] Une autre version préférée de réalisation de l’invention concerne une structure de construction de terrain composée d’une couche de substrat de culture (SUBSTRAT) posée sur une telle couche de stockage capillaire spécifiquement conçue pour cet usage, d’épaisseur supérieure ou égale à 8 cm, l’épaisseur du substrat étant com prise entre 13 cm et 22 cm.

[558] Une autre version préférée de réalisation de l’invention concerne une structure de construction de terrain composée d’une couche de substrat de culture (SUBSTRAT) posée sur une telle couche de stockage capillaire spécifiquement conçue pour cet usage, d’épaisseur supérieure ou égale à 5 cm, l’épaisseur du substrat étant com prise entre 16 cm et 25 cm.

[559] H - Proposition de caissons de stockage à fond mobile à volume de stockage va riable et proposition de gestion utilisant ces caissons pour l’autonomie en eau et G 'oxygénation et le conditionnement climatique du substrat

[560] Les couches de stockage sans fond mobile ne permettent pas de réaliser l’en semble des objectifs selon l’invention:

[561] - en mode passif, un flux capillaire suffisant mais sans gêner l’oxygénation du gazon en hiver ni en période caniculaire et avec une capacité de stockage de l’eau quand elle tombe ( hiver et orages) pour disposer d’assez d’ eau en été pour irriguer en autonomie le gazon avec un flux capillaire capable de soutenir une éva potranspiration réelle au niveau de l’évapotranspiration potentielle ;

[562] - et en mode actif, les moyens de réchauffer le substrat et le gazon en hiver ou de le rafraîchir en été tout en remplaçant l’air vicié par de l’air renouvelé issu de l’atmosphère. [563] Le type de caissons déjà connus sans fond mobile ne permet pas encore de répondre totalement à l’objectif, préféré selon l’invention, d’autonomie en eau grâce au stockage hivernal d’une importante quantité d’eau destinée à l’hydratation estivale du gazon. Dans cette perspective, l’invention propose la constitution de réservoirs artificiels avec moyens capillaires rajoutés sous forme de caissons solidairement juxtaposés et caractérisés par un fond horizontal mobile verticalement et doté de moyens pour monter et descendre selon un mode de gestion adapté selon l’invention.

[564] Aussi, dans le cadre des solutions préférées répondant à une très forte exigence concernant le stockage de l’eau de précipitation, la présente invention propose une solution préférée caractérisée par des moyens et un mode de gestion nouveaux, avec un réservoir de stockage artificiel à fond verticalement mobile, avec des moyens capillaires rajoutés adaptés à un fond mobile et qui confèrent aux terrains de sport qui en sont dotés cette fonctionnalité d’autonomie en eau impossible à obtenir autrement.

[565] De plus, seuls les réservoirs à fond mobile permettent extrêmement facilement et de façon extrêmement économique de gérer la souplesse du terrain, l’oxygénation du terrain et la température du terrain sans consommation d’eau supplémentaire.

[566] Aussi, il a été imaginé selon l’invention une couche de stockage spécifique constituée d’une juxtaposition de caissons vides suffisamment épais, avec une gille et un géotextile en partie supérieure et un fond horizontal mobile verticalement :

[567] - pour pouvoir stocker toute l’eau nécessaire à l’autosuffisance visée,

[568] - pour pouvoir ajuster parfaitement le niveau de la nappe à tout moment en fonction de l’épaisseur d’eau stockée au moment considéré et des exigences selon l’invention concernant le niveau souhaitable de la nappe.

[569] - et pour pouvoir faire monter l’eau dans le substrat et la faire redescendre en aspirant l’air de surface.

[570] Ainsi, cette technique constructive par caissons à fond coulissant verticalement permet :

[571] - d’avoir à la fois une capacité de stockage maximale avec un niveau de nappe réglable et en même temps sans la contrainte de devoir rejeter de l’eau de pluie en hiver ou en période de canicule pour que le niveau de la nappe respecte les conditions de profondeur exigées selon l’invention ; [572] - de disposer de l’eau stockée dans les caissons et d’un moyen simple, peu coûteux et d’une efficacité incomparable pour pouvoir faire à tout moment un cycle rapide de montée et descente dans le substrat de la nappe d’eau stockée dans ces caissons , tout simplement en montant et en descendant le fond des caissons . Ceci permet donc d’agir sur la température du substrat et du gazon puis d’aspirer de l’air depuis l’atmosphère en surface pour renouveler l’air du substrat sans besoin d'eau supplémentaire venant de l’extérieur et sans autres moyens que le fond des cais sons coulissant verticalement.

[573] Selon une réalisation préférée de l’invention, la couche de stockage de la structure du terrain est constituée par une juxtaposition de caissons, tel que celui représenté schématiquement en coupe verticale à la figure 6 et désigné dans son ensemble par la référence 10, ayant en partie fixe des bords verticaux 11 et 12 en périphérie et une grille horizontale 13 en partie supérieure, avec un géotextile hydrophile (non représenté) posé sur la grille horizontale 13, le substrat (non représenté) reposant sur ledit géotextile hydrophile.

[574] Comme à tout moment, le niveau de la nappe dans les caissons est égale au niveau du fond plus l’épaisseur d’eau stockée, il suffit donc à tout instant d’ajuster le niveau du fond, qui est donc mobile 14, pour que le niveau de la nappe soit au niveau souhaité. Le réglage très simple du niveau du fond mobile 14 est alors le suivant : niveau du fond = niveau d’eau souhaité moins épaisseur du stock d’eau.

[575] Les moyens de gestion du niveau de la nappe permettent de connaître le niveau de la surface de la nappe et d’ajuster le niveau du fond mobile 14 en fonction des con signes relatives à la profondeur de ce fond mobile 14 et de suivre l’épaisseur du stock d’eau (qui peut éventuellement être confirmé par croisement d’informations si des capteurs de conductivité électrique sont installés dans le volume des caissons.)

[576] Le fond mobile 14 de chaque caisson 10 peut monter et descendre par tout moyen adapté.

[577] Un exemple de moyen proposé selon l’invention consiste en l’utilisation d’un cric 15 ou une multitude de crics. Les crics peuvent être choisis hydrauliques ou électriques.

[578] De plus, pour créer une convection d’eau dans le substrat et que l’eau stockée re monte jusqu’à remplir la porosité jusqu’en surface, sans besoin de moyens supplé mentaires pour faire venir de l’eau d’ailleurs et en gérer la pression pour la faire percoler à travers le substrat, il suffit de remonter suffisamment le fond mobile 14 des caissons.

[579] Il faut simplement pour cela :

[580] - que le fond mobile 14 des caissons soit équipé d’un moyen capable d’exer cer une force verticale capable de porter le poids du stock d’eau pour les objectifs de capillarité en mode passif et de vaincre la résistance exercée par le substrat à la percolation de l’eau de bas en haut pour les objectifs de gestion active des conditions de culture par convection d’eau à travers le substrat ;

[581] - d’avoir un volume d’eau stockée dans la nappe à l’intérieur des caissons supérieur au volume d’air de la porosité du substrat à remplacer par de l’eau.

[582] Dans une réalisation citée au seul titre d’exemple, la mise en place d’un cric central 15 ou d’un réseau de crics positionnés de façon équilibrée pour soutenir et déplacer verticalement chaque fond mobile 14 de caisson permet de porter le fond mobile 14 du caisson 10 et le poids du stock d’eau et en mode actif de vaincre la résistance exercée par le substrat à la percolation de l’eau de bas en haut.

[583] Chaque cric 15 doit lui-même reposer sur une surface 16 stable et capable de résis ter sans bouger à la force exercée en sens inverse pour soutenir ou faire monter le fond du caisson supportant l’eau. Les caissons peuvent avoir partie fixe portante sur lequel repose le cric qui porte le fond mobile. Un exemple de réalisation concerne une juxtaposition de 400 caissons de 20 m2 chacun de 16 tonnes par caisson, un cric, constituant une partition d’un terrain de 8 000 m2, avec dans chaque caisson un cric 15 hydraulique soulevant 20 tonnes, avec une course de 1 mètre, ce qui permet en position basse d’avoir une réserve de 80 cm d’eau sous la profondeur minimale hivernale, dès lors que l’on installe les caissons de façon que la profondeur du fond des caissons dans sa position la plus basse soit 80 cm en dessous de la profondeur minimale hivernale (et estivale) déterminée selon l’invention en fonction des caractéristiques hydriques du substrat.

[584] Dans une version préférée, les caissons sont des éléments préfabriqués conçus pour être facilement transportés et installés sur le terrain.

[585] Un tel caisson 10 peut être préfabriqué en kit. La largeur d’un caisson est légèrement inférieure à 2 mètres et la longueur est par exemple de 12 mètres correspondant à une longueur classique de plateau semi-remorque et le fond de chaque caisson est une pièce indépendante dotée d’une part de connections pour être connectée de façon solidaire au fond d’un caisson d’un côté et au fond d’un autre caisson de l’autre côté et dotée d’autre part de connections permettant de solidariser une paroi verti cale du caisson d’un côté, la paroi verticale de l’autre coté étant solidarisé au caisson suivant. De la même façon les parois verticales sont connectées et solidarisées aux grilles supérieures, qui sont également connectées et solidarisées aux grilles supé rieures du caisson précédant et du caisson suivant. Dans cette logique, les caissons sont conditionnés pour le transport en paquets de 2 caissons à installer connectés et solidarisés, chaque paquet ayant une épaisseur correspondant à 2 fois l’épaisseur des fonds de caisson plus 2 fois l’épaisseur des grilles supérieures de caisson plus l’épaisseur des connections fond- cloison verticale et grille supérieure- cloison verti cale. Un certain nombre de ces paquets sont ensuite empilés sur un plateau de semi- remorque pour être transportés jusqu’au terrain en construction avec la principale contrainte en terme de transport, compte tenu d’une très faible contrainte de poids, de ne pas dépasser les hauteurs autorisées sur la route.

[586] Les couches de stockage de l’eau de précipitation destinée à utilisation d’irrigation différée sont constituées de façon innovante selon l’invention par des caissons vides juxtaposés, dont les parois verticales et la face horizontale supérieure sous forme de grilles sont fixes mais dont le fond horizontal est équipé de moyens pour coulisser verticalement entre les parois verticales du caisson entre une profondeur maximale et une profondeur minimale.

[587] Ces caissons sont par ailleurs équipés selon l’invention d’un réseau de chemins ca pillaires additionnels qui en présence d'une nappe d’eau à un niveau quelconque à l’intérieur des caissons, permettent à l’eau de remonter par capillarité depuis ladite nappe d’eau jusqu’au substrat situé au-dessus.

[588] Pour assurer l’étanchéité du volume situé entre les parois au-dessus du fond coulis sant, on peut de façon préférée y installer une membrane imperméable, qui peut être par exemple une membrane 17 d’EPDM, fixée en partie supérieure en périphé rie du caisson et non fixée aux parois verticale ni au fond mais dont les dimensions permettent avec la pression de l’eau d’être posée sur le fond et d’épouser les parois quand le fond des caissons est à sa profondeur maximale et qui s’adaptera sponta nément en faisant des plis lorsque le fond du caisson remonte.

[589] Le réseau de chemins capillaires peut être réalisé de préférence par un faisceau de mèches souples en fibres capillaires reliées à la grille supérieure des caissons et qui pendent jusqu’au fond du caisson quand le fond est au plus bas et qui se replient librement autant que de besoin lorsque le fond des caissons remonte.

[590] Dans le cas où l’eau du fond risque d’être salée, les mèches souples en fibres capil laires reliées à la grille supérieure des caissons peuvent ne pas pendre jusqu’au fond du caisson mais avoir une partie non capillaire rigide attachée au fond pour laisser une réserve d’eau potentiellement plus salée et donc plus lourde non utilisée au fond du stock d’eau.

[591] Au lieu de mèches souples, des colonnes capillaires peuvent aussi être utilisées mais avec une fixation supérieure autour d’un axe de rotation permettant à la colonne capillaire de pendre verticalement jusqu’en bas lorsque le fond mobile est au plus bas, le bas de la colonne capillaire étant poussé par le haut quand le fond remonte par glissement du bas de la colonne sur le fond et rotation du haut de la colonne sur son axe de rotation.

[592] Par ailleurs, dans le cas des réservoirs artificiels, il peut être intéressant de doter la grille supérieure d’un moyen supplémentaire favorisant l’amortissement.

[593] Quand un point se trouve par exemple à la verticale d’une grille supérieure de cais son en un point situé entre deux parois verticales du caisson sans être au voisinage d’aucune de ces parois, la structure de la grille va avoir une certaine tendance à fléchir et rebondir ensuite selon son élasticité propre sous l’effet d’une sollicitation mécanique verticale relativement ponctuelle transmise par le substrat et l’amplitude de ce mouvement et son effet amortissant sont quasiment nuis quand le point d’im pact est à la verticale d’une des parois verticales du caisson mais d’autant plus im portants que l’on s’éloigne de la paroi verticale la plus proche, avec le double incon vénient de ne pas amortir assez près des parois et de créer une hétérogénéité de comportement mécanique sur l’ensemble du terrain.

[594] Un moyen prévu selon l’invention pour palier ces inconvénients est d’avoir une grille supérieure dont la capacité de flécher est relativement négligeable par rapport à l’amplitude de mouvement de ses appuis au niveau des parois verticales des cais sons. Il est prévu dans ce but d’avoir des grilles supérieures horizontales suffisam ment rigides par rapport à la distance entre les parois verticales parallèles , ces grilles horizontales s’appuyant à leurs extrémités sur les parois verticales des cais sons, lesdits caissons étant équipés à leur extrémité supérieure d’un ou plusieurs éléments de jonction avec les grilles permettant de fixer et supporter les grilles à leurs extrémités , lesdits éléments de jonction étant dotés d’une fonctionnalité amortissante spécifiquement réglée pour fournir à la surface du terrain un amortissement adéquat des sollicitations mécaniques correspondant au sport considéré.

[595] La résistance au fléchage d’une grille constituée d’un assemblage de lames parallèles reposant aux deux bouts de la longueur sur les parois verticales des caissons, avec la largeur des lames orientée selon la verticale et leur section dans le plan horizontal est déterminée selon le matériau par la largeur des lames en fonction de leur longueur.

[596] Le procédé de construction et de gestion du terrain se distingue aussi, dans une autre version préférée de l’invention, compatible avec les versions précédentes, par la proposition d’un ensemble de moyens et procédés nouveaux pour une gestion active du stockage d’eau pour une irrigation du terrain en autonomie d’eau avec des caissons à fond mobile pour pallier les inconvénients des réservoirs d’eau par juxtaposition de caissons à fond fixe.

[597] L’objectif est d’utiliser la présence de la nappe dans la structure combinée au type de substrat choisi dans le cadre de l’invention pour optimiser de façon active la climatisation et l’oxygénation du substrat, dans un mode de gestion particulièrement efficace et peu coûteux en énergie par l”utilisation des ressources énergétiques à faible température naturellement disponibles, assez souvent, dans l’environnement du terrain.

[598] En hiver, le fait d’oxygéner régulièrement le substrat par une convection d’air de surface pénétrant dans le substrat pour remplacer l’eau de submersion est le moyen le plus efficace qui soit pour renouveler l’air et donc l’oxygène de l’air de la porosité, permettant non seulement de supprimer tout risque d’anoxie mais également de procurer une oxygénation optimale pour la pousse et la vitalité des racines, même si la teneur en air était faible tout l’hiver.

[599] Le reliquat de course du cric donné dans l’exemple permet de continuer à monter et le reliquat de force du cric hydraulique permet de vaincre la force de résistance à la percolation du substrat de culture situé au-dessus de la couche spécifique de stockage lors des opérations actives de convection d’eau à travers le substrat en cycles d’inondation suivie de vidange, lesdits cycles de submersion-vidange étant utilisés selon l’invention aussi bien pour conditionner la température du substrat que pour oxygéner sa porosité. [600] De façon passive déjà, la simple combinaison d’une nappe d’eau peu profonde et d’un profil de teneur en eau inversé avec une relativement faible teneur en eau près de la surface constitue un contexte favorable en terme de climatisation spontanée du substrat par conduction car cette disposition du profil hydrique tend à favoriser le flux de chaleur naturel par conduction depuis la nappe et à isoler le substrat de l’in fluence de la température en surface, ce qui permet à la nappe de tempérer le subs trat par son inertie thermique , étant plus fraîche en été et moins froide en hiver que l’air de surface. Dans une version préférée de l’invention, l’utilisation active de moyens créant une convection d’air ascendante combinée à la structure avec nappe d’eau incorporée permet une optimisation éco responsable de la climatisation esti vale et hivernale du substrat et aussi des brins de gazon de la surface engazonnée, en utilisant l’air porté à une température favorable, basse mais suffisante dans ce type d'échange par convection, et permettant ainsi l’utilisation judicieuse des res sources énergétiques naturelles disponibles dans l’environnement du terrain, ce pro cédé convectif ne consommant, avec le type de substrat choisi dans le cadre de l’invention, qu’une énergie mécanique marginale par rapport à l’énergie calorique transportée et échangée avec le substrat et le gazon , même dans le cas visé d’une faible différence de température entre l’air circulant et le substrat à climatiser.

[601] Dans une autre version préférée de l’invention, qui peut être combinée à la précé dente, une circulation active d’air à l’intérieur du substrat est également utilisable pour augmenter l’oxygénation ou pour accélérer le séchage du substrat de culture.

[602] Dans une autre version préférée de l’invention, et qui peut aussi être combinée à la précédente, un cycle rapide de montée suivi d’une descente du niveau de l’eau est également utilisable pour un échange encore plus rapide de calories entre l’eau et le substrat, suivi quand l’eau redescend, d’un renouvellement de l’air de la porosité par de l’air de l’atmosphère et donc d’un renouvellement de l’oxygénation du subs trat. l’inertie thermique de l’air étant faible par rapport à celle du substrat, l’air renou velé prend ensuite la température du substrat, en ne modifiant cette dernière que de façon marginale.

[603] Il convient également de remarquer que le vide d’air à l’intérieur du caisson entre l’eau de la nappe et le substrat posé par dessus constitue une voie de pénétration homogène et sans résistance vers ledit substrat, parfaitement adaptée pour une climatisation d’entretien des conditions climatiques du substrat et du gazon en sur face par convection d’air ascendante à travers le substrat, avec un réseau de distri bution d’air en amont correspondant au calepinage de juxtaposition des caissons, en utilisant l’intérieur des cloisons verticales des caissons comme réseau de distri bution d’air depuis l’extérieur jusqu’au vide d’air entre la nappe et le haut du caisson.

[604] Aussi, dans une version préférée de l’invention, les caissons sont des éléments pré fabriqués en plastique avec des parois verticales à double paroi autoportantes, le creux entre les deux parois servant de tuyau d’amenée d’air en pression pour les opérations de convection d’air ascendant, et servant aussi pour les transferts d’eau en import ou en export.

[605] La convection thermique par eau est plus efficace dans le substrat pour une montée rapide (en hiver) ou descente ( en été ) de la température du substrat mais la con vection d’air est un complément pour l’entretien de cette température et de l’oxygé nation des racines, et l’avantage de l’a est de concerner également la surface du sol et les brins de gazon ce qui est intéressant en cas de neige ou de gel pour en préserver la surface.

[606] Dans le but de gérer un important volume d’eau dans une perspective d’autonomie en eau, une autre solution que celle des caissons à fond mobile selon la présente invention a déjà été proposée dans l’état de l’art pour pallier les inconvénients des caissons à volume constant. Il s’agit de deux couches de stockage d’eau l’une au- dessus de l’autre et séparée entre elles par une paroi étanche, la couche située en dessous ayant la dimension voulue pour stocker toute l’eau nécessaire pour une saison d’irrigation et avec des moyens de pompes et tuyaux d’adduction pour appro visionner en eau la couche de stockage supérieure à partir du stock d’eau de la couche de stockage inférieure.

[607] Cette solution est utilisable dans le cadre de l’invention mais ne semble pas particu lièrement judicieuse ni satisfaisante en ce qu’elle double les infrastructures de stock age et implique une grande complexité et lenteur des flux de transfert de la couche inférieure de stockage à la couche supérieure de stockage ou réciproquement , ce qui ne semble pas facilement réalisable dans des conditions économiques et pra tiques satisfaisantes et en ce qu’elle ne permet pas d’utiliser la nappe d'eau supé rieure pour des cycles rapide et peu energétivores de saturation drainage du subs trat, que ce soit soit pour l’oxygénation ou la température du substrat et en ce qu’il arrivera souvent que la quantité d’eau totale des deux réservoirs soit trop faible pour réaliser ce type d’ opérations de convection qui nécessite e remplir tout l’espace vide au dessus de la nappe puis le volume de la porosité ( à l’aller et en vidange au retour) soit un très grand volume d’eau à déplace si il est disponible tandis que le caisson à fond mobile n’a besoin que d’une quantité d’eau infime correspondant au volume de la porosité du substrat pour réaliser ces opérations.

[608] I - Description de la méthode de gestion et de construction de terrains selon l’inven tion

[609] Un terrain de sport selon l’invention comprend une structure (S) posée sur un fond (F) , ladite structure comprenant (i) N couches poreuses ( Couche Ci ), i étant compris entre 1 et N, superposées, avec N ³ 1 , la première couche en partant du haut étant comprise entre la surface de profondeur nulle Y0 = 0 et le bas de la couche (Couche C1) de profondeur Yi et toutes les couches étant comprises entre la profondeur -i du bas de la couche immédiatement supérieure (Couche CM ) si i > 1 ou Y ₀ si i =1 et la profondeur Y, du bas de la couche (Couche Ci) , et avec au moins une couche hybride (H) parmi les N couches, (ii) un gazon dont les racines sont ancrées dans cette couche hybride (H) et (iii) des moyens (M) permettant d’introduire de l’eau dans la structure (S) ou de l’en évacuer, d’y constituer une nappe d’eau et d’en gérer le niveau piézométrique à l’intérieur de la structure (S) à une faible profondeur (Ppiézo), qui peut varier entre une profondeur minimale (Ppiézo min) et une profondeur maxi male (P piézo max)

[610] La méthode de gestion et de construction de terrains selon l’invention comprend une étape d’installation d’un gazon à la surface de la couche supérieure (C1 ) , ladite installation dudit gazon pouvant être réalisée par semis une fois ladite couche supé rieure (Ci) installée à sa place définitive lors de ladite étape de construction de ladite structure (S) ou bien pouvant être réalisée préalablement en pré-cultivant ledit ga zon sur une couche de substrat qui est ensuite décomposée en une partition de sous éléments comportant chacun un volume de substrat de même épaisseur avec le gazon précultivé à sa surface et les racines installées dedans , ces sous-éléments étant transportés puis finalement rassemblés et installés pour finaliser la construction de ladite structure (S).

[611] De plus, il existe au moins parmi les N couches une couche hybride (H), constituée soit (i) d’un substrat de culture qui comprend des éléments synthétiques de renforcement, soit (ii) d’un substrat de culture qui se partage l’espace de la couche hybride (H) avec des éléments synthétiques de renforcement.

[612] Ensuite, un point essentiel de l’invention concerne l’étape de gestion de la profondeur maximale (Ppi _ézo ) du niveau piézométrique de la nappe d’eau à l’intérieur de la structure (S), pour permettre une bonne hydratation du gazon par flux capillaire depuis ladite nappe.

[613] Dans une version préférée, le procédé de construction comprend une étape de définition :

- de la profondeur P _T OR d’une tranche d’oxygénation des racines du gazon depuis la surface jusqu’à ladite profondeur P _TO R, qui est supérieure ou égale à 5 cm et de préférence comprise entre 5 et 15 cm ;

- de la teneur en air minimale Q _A IR MI _N TOR exigée à l’intérieur de ladite tranche d’oxygénation des racines, ladite teneur en air minimale 0 _A IR MI _N TOR étant supérieure ou égale à 5% et de préférence comprise entre 5 % et 15 % ;

[614] Pour permettre une bonne hydratation du gazon et pour respecter une bonne oxygénation des racines à l’intérieur de la tranche d’oxygénation des racines entre la surface et ladite profondeur PTOR, on doit maintenir la profondeur Ppiézo du niveau piézométrique de la nappe d’eau à l’intérieur de la structure (S) pendant au moins une partie du temps de l’année entre une profondeur minimale PpiézoMiNTOR et la valeur maximale PpiézoMAX qui vérifient les relations suivantes :

[615] - Ppiézo MAX £ 2m

[616] - PpiézoMiNTOR ³ PMIN TOR = MAX [ Zi + h _c i drainage (Zr Q AIR MIN TOR ) ]l < i < n(PTOR)

[617] où n(PTOR) est le nombre de couches entièrement ou partiellement au-dessus de ladite tranche minimale d’oxygénation des racines (TOR) d’épaisseur PTOR et en prenant comme définition d’une couche entièrement ou partiellement comprises dans ladite tranche superficielle d’oxygénation des racines (TOR) le fait que Y < PTOR , ce qui permet de définir l’entier n (PTOR) £ N par la relation :

1 < n (PTOR) £N avec Y r _t fPTO M ^< PTOR et Y _n (PTOR) ³ PTOR où e, est la porosité totale caractéristique de la couche (Ci) dans son état de compaction in situ ; où la fonction h _{C i drainage} est la fonction caractérisant la capillarité théorique de la couche (Ci) dans son état de compaction in situ, définie comme la fonction qui a une valeur 0 _eau de teneur en eau volumique strictement comprise entre la teneur en eau e, à saturation et la teneur en eau au point de flétrissement associe la valeur h _cdrainage (Q _eau ), qui est la hauteur capillaire équivalente exprimée en cm correspondant à Q _eau sur la courbe strictement décroissante de teneur en eau par rapport à la pression capillaire sur un chemin de drainage quasi statique à partir de l’état initial saturé ;

- en définissant Z,, pour i < n (PTOR), par la relation Z , = Y, pour i < n (PTOR) et

Z n (PTOR) = PTOR

[618] De plus, dans tous les cas, et même en l’absence d’étape explicite de définition de PTOR et de la teneur en air minimale exigée selon l’invention à l’intérieur de la tranche d’oxygénation des racines, une exigence minimale est implicitement exigée selon l’invention, correspondant à ce qui est considéré selon l’invention comme l’exigence minimale nécessaire : PTOR = 5 cm et Q _A IR MIN TOR = 5%.

[619] Ainsi, dans tous les cas, le procédé de gestion impose que soit respectée, au moins une partie du temps, la condition :

[620] P piézo — PiézOMIN TOR ^— MAX [ Zi + hc i drainage (Ci - 5% ) ] _{l < i <} P (5cm)

[621] Or, l’invention concerne également les terrains réalisés selon ce procédé de construction. Le terrain selon l’invention doit en tous cas respecter de façon préférée la relation ci-dessus correspondant à l’exigence minimale selon l’invention : PTOR = 5 cm et Q AIR MIN TOR = 5%.

[622] Et de façon générale, en fonction des exigences en terme de profondeur d’oxygénation des racines et de teneur en air dans la tranche d’oxygénation des racines, le terrain doit vérifier de façon préférée la relation : YN ³ Ppi _{ézoMiN TOR}

[623] soit :

[624] YN ³ PMIN = MAX [ Z _| + hc i drainage (Cr Q AIR MIN TOR ) ]l < i < P (PTOR) [625] Ainsi, dans tous les cas, pour garantir une oxygénation des racines considérée selon l’invention comme minimale, un terrain de sport selon l’invention doit toujours vérifier la relation pour :

[627] Pour une oxygénation des racines considérée selon l’invention comme plus facile à réaliser par un scénario de profondeur de nappe adéquat, un terrain de sport selon l’invention doit vérifier la relation _{YN > PMIN pour} P _TOR = 8 cm et Q _{AIR MIN TOR} = 10%

[628] Soit ! YN ³ MAX [ zi + hc i drainage (C i- 10% ) ] _{l <} i < n ( 8 cm)

629. Pour une oxygénation des racines considérée selon l’invention comme très facile à réaliser par un scénario de profondeur de nappe adéquat un terrain de sport selon l’invention doit vérifier la relation YN ³ P _piézoMiNT oR pour PTOR = 12 cm et Q AIR

MIN TOR = 15 %.

[630] Soit + hc i drainage (£i - 15% ) ]l < i < n ( 12 cm)

[631] De préférence, pour répondre aussi aux exigences de chaque réalisation concernant la teneur en air estivale suffisante requises près de la surface pour ne pas favoriser les maladies, la profondeur du niveau piézométrique de la nappe en été, en période caniculaire, lorsque la température nocturne dépasse 18 ° C , est réglée de façon que soit aussi vérifiée la relation :

[632] P piézo — 5 Cm + hc j drainage (£ j - Q AIR MIN ÉTÉ 5cm )

[633] - où j est le numéro de la couche dans laquelle se situent les points à 5 cm de profondeur

[634] .où 0 _{AIR MIN ÉTÉ} 5 _cm est la teneur en air estivale minimale à l’équilibre capillaire à 5 cm de la surface, exigée selon l’invention en fonction du niveau d’exigence de chaque réalisation.

[635] En fonction de l’ensemble des exigences de chaque réalisation, la valeur exigée pour la teneur en air estivale minimale à 5 cm de la surface Q 5cm est variable mais au moins égale à 10 % et de préférence supérieure à 15 %.

[636] Aussi, pour pouvoir respecter cette exigence estivale de lutte contre les maladies avec la valeur minimale implicite de teneur en air estivale à 5 cm de la surface qui vaut 10%, un terrain selon l’invention doit donc, de façon préférée, respecter la rela tion : [638] - où j est le numéro de la couche dans laquelle se situent les points à 5 cm de pro fondeur

[639] - où Q AIR MIN ÉTÉ 5 _cm est la teneur en air estivale minimale à l’équilibre capillaire à 5 cm de la surface, exigée selon l’invention en fonction du niveau d’exigence de chaque réalisation pour ne pas favoriser les maladies estivales en période canicu laire.

[640] Concernant la couche hybride (H) constituée qui comprend des éléments synthé tiques de renforcement, ou qui se partage l’espace de la couche hybride (H) avec des éléments synthétiques de renforcement, cette couche hybride _(H) comprend de préférence :

[641] - un substrat de culture essentiellement sableux (SUB _sa )

[642] - des éléments synthétiques de renforcement (SYNT _renf ) qui peuvent être :

[643] - (a) fragmentés et incorporés au substrat ₍ su _{B sab)} lors de la fabrication du substrat ;

[644] - (b) fragmentés ou continus et incorporés in situ au substrat après que le substrat ₍ SUB sab ) a déjà été installé sur place ;

[645] - (c) constitués en une structure organisée préalablement installée in situ à l’empla cement de la couche de jeu, le substrat (SUBSTRAT) lui-même étant ultérieurement incorporé à l’intérieur de ladite structure

[646] De préférence, la couche hybride ( H ) appartient à l’une des configurations suivantes

[647] - les éléments synthétiques de renforcement (SYNT renf) sont des éléments allongés ou surfaciques de renforcement comme par exemple des fibres et le subs trat (SUB sab) et ces éléments allongés ou surfaciques sont mélangées préalable ment ; C’est le cas classique des substrats fibrés;.

[648] - les éléments synthétiques de renforcement _{(SYNT renf)} sont des fibres longues qui sont incorporées au substrat par, une fois que le gazon est installé ; C’est le cas classique des terrains hybrides renforcés sur place avec des fibres longues qui sont implantées dans le substrat in situ, une fois le gazon installé par la technique connue sous le nom de « tuftage » , ces techniques de création de terrains hybrides étant aussi connues sous le nom de « solutions stichées » ; [649] - les éléments synthétiques constituant une structure sont une moquette syn thétique imitation gazon avec un substrat incorporé ente les brins de gazon synthé tique, un semis étant ensuite réalisé pour constituer finalement une moquette syn thétique semée dans laquelle pousse un vrai gazon naturel.

[650] De préférence, la couche hybride est constituée du substrat breveté connu sous le nom commercial Radicalé.

[651] De préférence, le terrain de sport hybride engazonné comprend une structure de bassin avec un fond de forme (F) et des bords et une membrane imperméable posée sur le fond de forme (F ₎ et sous la structure (S) et remontant sur les bords de ladite structure de bassin, de sorte que la structure (S) a son fond et ses bords périphé riques verticaux isolés de l’extérieur par ladite membrane imperméable.

[652] De préférence, le terrain de sport hybride engazonné comprend une couche consti tuée d’un béton poreux breveté, à porosité très grossière, à la fois très perméable et très capillaire, connu sous la marque Capillary Concreete®.

[653] De préférence, le terrain de sport hybride engazonné comprend une combinaison de 1à 5 couches parmi :

[654] - une couche de top « dressing » de 1 à 3 cm située si elle est présente tout en haut de la pile de couches superposées

[655] - une couche de substrat Radicalé d’une épaisseur de 4 à 20 cm

[656] - une couche de sable dont le D10 est entre 200 et 800 pm située sous le Radicalé, d’une épaisseur de 10 à 250 cm si elle est présente

[657] - une couche de Capillary Concreete d’une épaisseur de 5 à 10 cm si elle est présente

[658] - -une couche de sable dont le D10 est entre 200 et 800 pm située sous le Capillary Concreete, d’une épaisseur de 50 à 250 cm si elle est présente

[659] J - Exemples de réalisations de structures selon l’invention

[660] L’organisation de la structure et les relations à respecter selon l’invention sont illus trées dans G exemple « cas d’école » représenté par la figure 1 , où N = 5 et n = 3, c’est à dire que l’on a 5 couches dans la structure dont 3 sont complètement com prises pour les deux premières couches et partiellement comprise pour la troisième couche à l’intérieur de la tranche (TOR) où l’on exige selon l’invention une teneur en air suffisante pour garantir une oxygénation des racines satisfaisante. [661] La description, qui ne présente aucun caractère limitatif, doit être lue en regard des figures suivantes:

[662] - La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un terrain comportant 5 couches selon la présente invention

[663] - La figure 2 comprend les 4 figures 2A, 2B, 2C et 2D qui sont 4 exemples de com positions à partir de 3 types de couches qui peuvent être repérées par le motif utilisé pour les symboliser :

[664] - un type de couche constituée de substrat Radicalé, repérable sur les figures 2 par des ovales et notée (Ra) ,

[665] - un type de couche constituée de Capillary Concreete, repérable repérable sur les figures 2 par des triangles et notée ( CC )

[666] - un type de couche constituée de sable siliceux, repérable repérable sur les figures 2 par des rectangles avec une croix et notée ( SS )

[667] Dans les 4 cas, les figures représentent la partie aérienne du gazon qui est notée (g) et figure une membrane imperméable notée (M.l) et des moyens figurés comme sur la figure 1 par une flèche reliant les couches à un récipient plein d’eau dont le niveau détermine le niveau piézométrique de la nappe.

[668] Les niveaux le plus haut et le plus bas prévus par le procédé gestion de la nappe et le niveau à l'instant t de la nappe sont représentés notés respectivement Ppiézo mini, Ppiézo mini et P piézo et le marnage noté (D ) qui est la différence entre le plus haut niveau et le plus bas niveau de la nappe.

[669] En comparant les 4 figures correspondant à des exemples différents, on y constate en particulier que les marnages ne sont pas forcément les mêmes.

[670] - La figure 2A est une vue en coupe schématique d'un terrain selon l'invention com portant 1 seule couche, constituée de substrat Radicalé,

[671] - La figure 2B est une vue en coupe schématique d'un terrain selon l’invention com portant 2 couches : une couche de substrat Radicalé en haut et une couche de sable en bas.

[672] - La figure 2C est une vue en coupe schématique d'un terrain selon l’invention com portant également 2 couches : une couche de substrat Radicalé en haut et une couche de Capillary Concreete en bas.

[673] - La figure 2D montre de haut en bas : substrat Radicalé en haut puis Cpillary Con creete et enfin une couche de sable en bas. [674] - La figure 3 est un graphique comparant 4 courbes de potentiel matriciel correspon dant à 4 types de sol.

[675] Les 4 types de sols sont un sol argileux (courbe du type T1 ) , un sol limoneux (courbe du type T2), un sol sableux (courbe du type T3) et un sol substrat correspondant au type de profil hydrique recherché dans l’invention (courbe du type T4).

[676] Les courbes donnent la relation entre la pression capillaire en échelle logarithmique en ordonnée par rapport à la teneur en eau volumique q _EA u bh échelle normale

[677] Dans l’exemple de la figure 1 , on a donc N = 5 et dans cet exemple, la couche hybride est la 2ième couche (C2), représentée avec un motif graphique pour suggé rer l’aspect drainant et élastique de cette couche

[678] La figure 1 montre un bloc de 5 couches Ci, C2, C3, C4, C5 posées sur un fond de forme (f), et les paramètres de construction Y1, Y ₂ , Y3, Y4 et Y ₅ .

[679] On y trouve la profondeur de 5cm correspondant aux critères d’aération estivale et PTOR la profondeur de la tranche d’oxygénation des racines (TOR). Dans l’exemple de la figure 1 , on a n (PTOR) = 3.

[680] Toujours à droite de ce bloc, figure un système de vase communiquant avec un ré servoir (R) qui monte et descend et dont le niveau d’eau impose le niveau de la nappe et avec une membrane imperméable (M.l) . La figure montre également le marnage (D) entre les niveaux minimum et maximum de la nappe. Plus à droite, des vecteurs représentent les conditions à remplir.

[681] Zi £ RM _IP - XI, Z2 £ RM _IP - X2 et Z3 £ RM _IP - X3, avec :

[682] Xi = h _c 1 drainage ( 1 - Q AIR MIN TOR ) et X2 = h _{c 2} drainage ( 2 - Q AIR MIN TOR )

[683] Dans la figure 1 , sont donc également représentées par des vecteurs ces grandeurs Zi , Z ₂ , Z ₃ et Xi , X ₂ et X ₃ correspondant à l’exemple . Ces grandeurs apparaissent sur la partie droite de la figure 1 comme des vecteurs dirigés vers le haut avec leur ori gine à la profondeur P _Min et cela permet de constater si la pointe du vecteur Xi est plus bas ou plus haut que la pointe du vecteur Zi dirigé vers le bas à partir de la surface car la condition à respecter selon l’invention est graphiquement d’avoir la pointe du vecteur Zi située plus haut que la pointe du vecteur Xi.

[684] On constate ainsi que dans l’exemple illustré en figure 1 , les 3 relations sont en effet respectées, puisque Zi < P _M in - Xi , Z ₂ < P _M in - X2 et Z ₃ £ RM _IP - X3.

[685] Par ailleurs, la figure 1 illustre également la possibilité de respecter la condition es tivale. En effet, pour pouvoir respecter les conditions estivales selon l’invention quand on baissera le niveau de la nappe au maximum jusqu’à Ppiézo Max, on doit également vérifier dans cet exemple la relation suivante : 5 cm < P’pi _{ézo Max} - X’ avec : X’ = h’ _c drainage ( e ₂ - 0 _A iR MIN ÉTÉ 5 cm ), où h’c est la fonction du profil à partir de la profondeur Ppiézo Max.

[686] Selon cet exemple, on constate que si Ppi _{ézo Min} avait été plus petit et/ou X3 avait été un peu plus grand, la relation n’aurait pas été respectée . On voit aussi que si le substrat de la couche2 avait été le substrat de la couche 1 on aurait eu X1 = X2 et dans ce cas on aurait eu : Z ₂ > P _{piéZo Min} - X2 .

[687] Si l’exigence OAIR MIN TOR avait été une teneur en air supérieure, on aurait eu X1 , X2 et X3 plus grands et donc au moins pour la couche 3, la relation n’aurait pas été respectée.

[688] De même, si l’exigence 0AIR MIN TOR avait été celle de l’exemple de la figure 1 mais si le substrat de la couche 3 avait été constitué d’un substrat à la granulométrie plus fine, la fonction h _c 3 drainage aurait été plus rapidement décroissante et du coup X3 aurait également été plus grand, et la relation n’aurait pas non plus été respectée.

[689] Tout à fait à droite de la figure 1 figurent enfin le vecteur 5cm à partir de la surface et le vecteur X’ à partir de la profondeur maximale Ppiézo max pour vérifier si la pointe de ce vecteur est plus bas que la pointe du vecteur 5cm, ce qui correspond à la condition estivale, dont on constate en effet qu’elle est respectée sur l’exemple figuré en figure 1.

[690] Ainsi, la figure 1 représente tous les éléments qui permettent de constater visuellement de façon graphique que l’exemple représenté est bien conforme aux conditions recherchées par l’invention.

[691] Un exemple de 4 réalisations typiques est illustré par la figure 2 qui représente 4 structures particulières.

[692] De plus, le lien entre les caractéristiques intrinsèques du sol et la structure selon l’invention sera ensuite illustré par l’analyse de 4 sols représentant 4 cas d’école relativement typés et représentés sur la même figure 3 par leurs courbes de potentiel capillaire.

[693] On peut trouver différentes combinaisons de couches diversifiées en partant de la surface comme par exemple la succession ci-dessous donnée à titre d’exemple : [694] - A la surface, on peut trouver un top dressing d’une épaisseur de quelques millimètres à 1 ou 2 cm pour donner des fonctionnalités spécifiques à cette interface, notamment la gestion de la glissance.

[695] - A la surface ou juste sous le top dressing, se trouve normalement la couche hybride car c’est cette couche superficielle qui doit jouer un rôle mécanique biomécanique qui donne à la surface sortie ses qualités spécifiques. Cette couche peut avoir une épaisseur comprise entre 5 et 25 cm selon le sport considéré et le niveau d’exigence, sachant que l’épaisseur de cette couche a une incidence significative sur le prix revient global de la structure

[696] - Sous la couche hybride, on peut avoir une couche de sable qui prend le relais de la couche hybride, moins performante sur le plan mécanique et hydrique mais plus économique.

[697] Sous ces couches, on peut avoir une couche d’un matériau (CC) connu sous la marque Capillaire Concreete, qui est un béton capillaire extrêmement poreux. De façon idéale cette couche de (CC) présente une très forte macro-porosité et présente donc une capacité de stockage maximale par centimètre de couche et une résistance mécanique au flux particulièrement faible, qui permet une parfaite homogénéisation horizontale des flux de convection et une puissance de résistance mécanique au flux presque négligeable.

[698] Sous la couche hybride, on peut trouver une couche de sable qui peut avoir une épaisseur de plusieurs dizaines de cm à 1 ou 2 mètres et qui sert à la fois à faire descendre le niveau de la nappe pour l’été et à stocker de l’eau de pluie hivernale pour utilisation estivale.

[699] Enfin, sous ces couches, on peut trouver une membrane imperméable qui par ailleurs remonte en périphérie sur les bords de la structure.

[700] Les quelques exemples ci-dessous de réalisations préférées et qui ne sont pas non plus limitatifs permettent d’illustrer de façon concrète différents modes de construction et de gestion de terrains de sport selon l’invention.

[701] Puisque l’invention concerne une structure comprenant une ou plusieurs couches superposées, les exemples ci-dessous seront donnés en prenant des exemples avec 1 puis 2 puis 3 couches, principalement choisies pour leurs caractéristiques et leurs fonctions différentes. [702] Ainsi, une première variante est possible avec une seule couche, comme l’illustre la figure 2A.

[703] Il s’agit d’une couche unique de substrat Radicalé d’une épaisseur de 20 à 40 cm , posée sur une membrane imperméable qui remonte en périphérie sur les bords jusqu’à la surface.

[704] Une seconde variante illustrée par la figure 2B est possible, selon le même modèle mais en remplaçant la couche unique de substrat Radicalé par une couche de Radi calé de 8 à 30 cm ( selon le sport considéré et le niveau de performance recherché) sur une couche de sable grossier de 20 à 200 cm.

[705] Cette constitution en bicouche n’altère pas exagérément les performances , dès lors que la couche supérieure en Radicalé est suffisamment épaisse pour résister aux sollicitations mécaniques du sport considéré. Une structure très profonde avec une couche de sable épaisse et une nappe plus profonde à la fin d’une période estivale de sécheresse prolongée dans des climats arides est certes moins performante mais elle permet en revanche d’avoir un rôle écologique important du gazon avec un stockage d’eau économique.

[706] De façon idéale sur le plan de la qualité du gazon, on peut avoir une couche supé rieure en Radicalé d’une épaisseur de 8 cm à 12 cm et une couche de sable de 30 à 50 cm, avec une nappe à 40 cm au moment de la canicule en juillet et qui peut continuer à descendre jusqu’à 60 cm jusqu’aux premières pluies d’automne. Ainsi, on peut avoir une nappe oscillant entre 15 cm et 60 cm de profondeur et étant la plupart du temps au-dessous de 20 cm et autour de 40 cm au moment des canicules.

[707] Une troisième variante présentée en figure 2C, également en bi-couche est aussi possible en remplaçant le sable par un produit connu sous le nom de CC ou Capillary Concreete (« béton capillaire ») qui est un béton à la fois très poreux avec des ma cropores de très grande dimension et en même temps à forte capillarité.

[708] Un premier avantage du CC est que le volume de stockage supplémentaire par 10 cm de couche supplémentaire est de l’ordre de 7 cm d’eau et que surtout, il n’y a pas besoin de drains pour répartir horizontalement l’air ou l’eau en pression ou dé pression pour créer un mouvement ascendant ou descendant d’air ou d’eau car la perméabilité est telle que le CC fournit sans délai et sans résistance mécanique si gnificative une parfaite couche de répartition qui permet de créer une convection verticale dans le substrat placé au-dessus à partir d’ une base horizontale homo gène.

[709] Un second avantage du CC est qu’il constitue une chape parfaitement stable sur laquelle on peut faire circuler des véhicules ou installer des tribunes et qu’une couche de Radicalé peut être installée sur du CC et enlevée puis remise ultérieure ment en laissant entretemps une surface parfaitement propre, portante et drainante qui peut être utilisée pour les stades multi- fonctionnels.

[710] La question du coût économique reste cependant problématique si l’on veut des couches très épaisses en CC pour une grande capacité de stockage

[711] D’autres exemples importants ont déjà été décrits dans le chapitre concernant les structures constituées d’une couche mince de substrat sur couche de stockage ca pillaire artificielle spécifiquement conçue et concernent par ecemple :

[712] - des terrains de sport dont la couche de stockage capillaire est une couche de stockage capillaire artificielle spécifiquement conçue pour cet usage d’une épaisseur ³ 5 cm et dont le substrat de culture posé dessus a une épaisseur comprise entre

12 ccm et 19 cm.

[713] - des terrains de sport dont la couche de stockage capillaire est une couche de stockage capillaire artificielle spécifiquement conçue pour cet usage d’une épaisseur ³ 8 cm et dont le substrat de culture posé dessus a une épaisseur comprise entre

13 cm et 22 cm.

[714] - des terrains de sport dont la couche de stockage capillaire est une couche de stockage capillaire artificielle spécifiquement conçue pour cet usage d’une épaisseur ³ 15 cm et dont le substrat de culture posé dessus a une épaisseur comprise entre 16 cm et 25 cm.