Gagner en performance avec son matériel d irrigation

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1 Gagner en performance avec son matériel d irrigation Bruno MOLLE Cyril DEJEAN Daniel COLIN Jean-Marc DEUMIER, Sylvain MARSAC

2 Les défis pour le futur Répondre à l augmentation du coût de l énergie Améliorer l efficacité de l eau d irrigation réduire les pertes améliorer la répartition de l eau Réduire la charge en main d œuvre

3 Augmentation du coût de l énergie électrique HTVA et hors abonnement de 2004 à 2013 Loi NOME Nouvelle Organisation du Marché de l Electricité = les tarifs jaune et vert sont amenés à disparaître progressivement d'ici à la fin 2015.

4 Quelles performances énergétiques des installations aujourd hui? kwh /m 3 Installations électriques canon couverture pivot enrouleur intégrale intégrale Exemples de 20 installations - Etude 2010 IRSTEA - ARVALIS - Volet irrigation EDEN 2012 et 2013 ARVALIS CA31 IRSTEA (financement CASDAR - Agence de L'Eau Adour-Garonne) 0.43 Comparaison électrique/thermique pour canon-enrouleur Ref 11 installations électriques 4 thermiques kwh /m 3 énergie moyenne écartype électrique gasoil Coût énergie /ha - canon-enrouleur 2400 m 3 /ha énergie coût kwh moyenne écartype en électrique gasoil

5 1)l efficacité de l application Quelques données sur l efficacité de l eau d irrigation = Type de matériel efficacité application Canon-enrouleur 80 à 95 % Pivot - Rampe Rampe - enrouleur 90 à 95 % Couverture intégrale 70 à 95 % Goutte-à-goutte proche 95 % Sources J.Granier, J.M. Deumier, 2013, Sciences Eaux et Territoires N 11 volume d eau reçue par la culture et le sol Réduire les pertes - par évaporation : max 5 à 10 % (Ingénierie N 38, juin 2004, CEMAGREF, INRA) - par dérive : max 25 % volume d eau sortie buse 2) la répartition de l eau Qualité de répartition ++ (+) +++ (+++) ++ (+) ++++ (++)

6 Installations d irrigation Quelles innovations aujourd hui et demain pour répondre à ces défis?

7 Canons programmables Quelques matériels proposés arrosage des bordures : Gun Corner de Dipalma, Control Jet de Labi, Rotor Kit de Sime.. angle réglable à distance ou par programmation : Vector de Komet Développements supplémentaires pilotage temps réel pour faire varier les angles (secteur et jet) afin de limiter les effets du vent recherche indispensable pour la programmation des consignes marché? Canons programmables amélioration de la répartition de l eau pas d effet sur énergie sinon au travers d une économie d eau

8 Rampe basse pression tractée par enrouleur Pression entrée enrouleur < 5 bar : gain d environ 3 bar Asperseurs type rotator : 0,7 bar Largeur de rampe de 18 à 72 m, bande arrosée jusqu à 90 m AVANTAGES Economie d énergie 15 à 30 % Dérive réduite Uniformité améliorée INCONVENIENTS Investissement doublé Intensité d irrigation très forte => ruissellement Déplacement de rampe délicat pour les cultures hautes

9 Petite rampe frontale basse pression une travée, 1 ou 2 porte à faux et canons d extrémités alimentation en 4 jusqu à 200 m souple ou mieux PET si faible pression

10 Petite rampe frontale basse pression diamètre minimum du tube de la rampe 3.8 (97mm) - moteur électrique sur motrice *avec câble *ou groupe électrogène - motorisation hydraulique (eau) si pression disponible

11 Petite rampe frontale basse pression déplacement latéral possible : roues orientables Rampe Irrifrance RM2

12 Petite rampe frontale basse pression Investissement équivalent à celui d un enrouleur, mais système moins mobile, parcellaire adapté

13 Pivots Baisse des pressions augmenter le diamètre du tube : réduction des pertes de charge un surpresseur pour le canon d extrémité asperseurs basse pression (attention à l intensité d arrosage) AVANTAGE Economie potentielle d énergie élevée Neutre pour main d œuvre INCONVENIENT Baisse des portées : risque accru de ruissellement Photo Otech

14 Exemple de redimensionnement d un pivot en sol sableux des Landes(GRCETA-SFA) installation actuelle redimensionnée pivot 7 travées 55.6 ha 55 kw PVC 600 m 10 bar longueur : 396 m SR m 7.4 bar Ø 160 mm Ø tube : 168 mm 30 kw Ø 200 mm Ø tube : 193 mm surpresseur 4 bar pression buse 1 bar Pour 4000 m 3 /ha : énergie consommée/an kwh kwh gain = kwh coût 2013 : 0.06 /kwh augmentation annuelle économie en / kwh en 2023 du kwh en % 10 ans 5% % Surcoût amorti en 6 à 7 ans Chiffrage source IRRIFRANCE et ROVATTI

15 Pivots Autonomie pour l avancement Pivot solaire HRE pour alimenter les moteurs des travées Objectif : évite raccordement électrique Irrifrance Vols de métaux câbles sous cornière ou dans la canalisation alarmes en cas de coupure de câble video-surveillance aux points de passage Installation La Mirandette CACG Photo Irrifrance

16 Irrigation de précision par pivot Principe : apports gérés en fonction des besoins locaux Intérêt attendu économie d eau et d énergie économie azote : fertigation Difficultés cartographie des besoins et vérification des apports image (satellite, drone) ; capteurs parcelle (densité, transmission des données) coût retour sur investissement : encore mal connu faire appel à des consortium fabricants de machines, de capteurs, producteurs de logiciels de cartographie, agronomes Pas de développements en Europe autres qu expérimentaux reste marginal aux USA car service requis pas en place (image, traitement, commande,..) Photo Lindsay

17 La variation de fréquence, une solution miracle? Principe appareil permettant de faire varier la fréquence du courant vitesse de rotation du moteur électrique Courbe de pompe sans variateur vitesse fixe Débit et pression nominal = 175 m 3 /h m Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 17

18 Si demande 150 m 3 /h 135 m Sources : données Rovatti Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 18

19 Si demande 150 m 3 /h 135 m Sans variateur : pression pompe 175 m vannage pour 135 m = perte d énergie Sources : données Rovatti Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 19

20 Si demande 150 m 3 /h 135 m Sans variateur : pression pompe 175 m vannage pour 135 m = perte d énergie Avec variateur : pression pompe 135 m pas de vannage = économie d énergie Sources : données Rovatti Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 20

21 Condition : si installation à demande de débit/pression variable Installation et caractéristiques : plusieurs pompes dont une avec variateur de fréquence moins cher : coût du variateur de fréquence proportionnel à puissance pompe moins de risque si panne du variateur durée de vie 15 ans attention aux moteurs reconditionnés et leur rendement! Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 21

22 Intérêts : économie d énergie : aucun vannage adéquation par rapport à la demande du réseau plus de sécurité : démarrages et arrêts progressifs = moins de coup de béliers, de risque de rupture canalisation moins d usure des pompes : pompes moins sollicitées économie de main d œuvre : limitation des déplacements pour ajustement manuel de débit/pression de pompage puissance appelée inférieure abonnement Colloque 22/05/2014 au champ Irrigation Le Magneraud Organisé par : 22

23 Exemple : 60 ha irrigués, 3 pivots + 1 enrouleur, m 3 Puissance hydraulique max 95 kw Puissance moteur électrique 110 kw Variation débit 55 à 175 m 3 /h Variation pression 10 à 15 bar Puissance à l arbre de la pompe kw Sources : données Rovatti Débit m 3 /h Économie annuelle : kwh = 25 % énergie sans variateur Si 0.06 /kwh économie annuelle : 1300 surcoût armoire : 6950 durée amortissement ~ 5 ans

24 Quel avenir pour le goutte-à-goutte en grandes cultures?

25 Avantages et inconvénients du goutte-à-goutte par rapport à l aspersion Avantages Bonne homogénéité de répartition de l eau et pas de perte par évaporation et dérive Pas de contrainte liée au vent Automatisation : moins de main d œuvre en saison Pression de fonctionnement faible : économie d énergie possible Inconvénients Coût relativement élevé Dispositif d aspersion nécessaire pour la levée des semis en printemps sec Nécessite un dispositif de filtration performant pour éviter le colmatage Chantier de mise en place et enlèvement lourd (goutte à goutte de surface) 25

26 Avantages et inconvénients du goutte-à-goutte par rapport à l aspersion (suite) Avantages Fertigation : bonne productivité de l azote Pas de mouillage des feuilles des cultures : moins de risque maladie Moins d adventices particulièrement en goutte-à-goutte enterré Dispositif discret Inconvénients Surveillance de la distribution de l eau difficile Risque de dégât d acariens accentué sur maïs 26

27 Avantages Moins de perte par évaporation de l eau du sol (sol sec) et pas d évaporation et de dérive de l eau d irrigation => économie d eau possible jusqu à 20 % Main d œuvre très réduite : pas de pose et dépose chaque année Spécificités du goutte à goutte enterré Inconvénients Coût élevé / goutte-à-goutte de surface : pose et nécessité d une conduite enterrée de purge Rotations de cultures irriguées pour rentabiliser le matériel Filtration avec maintenance régulière (injection acide et javel) pour maintenir le système fonctionnel 27

28 Spécificités du goutte à goutte enterré (suite) Avantages Matériel à l abris sous terre : pas de dégâts d oiseaux, de rongeurs, d insectes perforateurs Moins d adventice : sol sec en surface Inconvénients Mise en place plus ou moins facile voire impossible selon la pierrosité du sol Si sol compacté : sous-soleuse et décompacteur interdit! 28

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31 Maïs irrigué par goutte-à-goutte enterré : des rendements élevés mais très dépendants des écartements entre lignes de goutteurs Essai IRSTEA Domaine de La Valette Montpellier De très bons rendements équivalents à ceux avec aspersion Rendements très dépendants des écartements entre lignes de goutteurs Économie d eau estimée : 20 à 25 % (mais pas de courbe de réponse à l eau pour canon et goutte-à-goutte) 31

32 Coûts comparés du goutte-à-goutte enterré, de surface et de l aspersion Installation pour 30 ha de maïs irrigué, surface dose m 3 /ha en année sèche Type de matériel Investissements valeur à neuf (euros) Investissements valeur à neuf (euros/ha) Charges fixes (euros/ha.an) Charges opérationnelles (euros/ha.an) Charges de main d œuvre (euros/ha.an) (14 /h) Charges totales, matériel en cours d amortissement (euros/ha.an) enterré goutteurs plats surface goutteurs cylindriques récupérables goutteurs plats récupérables surface gaine souple canon enrouleur pivot

33 Gagner en performance avec son matériel d irrigation : à retenir Préparer l irrigation de demain c est se demander si son installation est adaptée à : - l augmentation du coût de l énergie : quelle performance énergétique de la pompe au dernier arroseur? - la diminution de la ressource en eau : quelle efficacité de l eau d irrigation? - l augmentation de la surface de mon exploitation : quelle main d œuvre dédiée à l irrigation? En quoi les innovations actuelles répondent-elles à ces défis? Remplacer le canon-enrouleur, matériel très intéressant mais énergivore : Les rampes basse pression tractées par enrouleur : une véritable amélioration de la performance énergétique et de la répartition de l eau, mais un coût élevé, des difficultés de manipulation pour les cultures hautes et des risques de ruissellement élevés. Les petites rampes frontales basse pression : une véritable amélioration de la performance énergétique et de la répartition de l eau et un coût abordable mais le parcellaire doit être adapté. Canon-enrouleur avec plus gros diamètre de PET : gain 1 à 1.5 bar

34 Gagner en performance avec son matériel d irrigation : à retenir Le redimensionnement des pivots : une amélioration de la performance énergétique et plus de robustesse pour un appareil pourtant déjà plutôt économe en énergie, avec une bonne qualité de répartition de l eau, un coût attractif et des charges de main d œuvre faibles L irrigation de précision : un gain potentiel élevé d économie et d efficacité de l eau d irrigation, mais encore des très peu de références La variation de fréquence : pour des installations à consignes de débit/pression variable, une amélioration élevée de la performance énergétique, plus de sécurité (moins de risque de casse), une économie de main d œuvre et un retour sur investissement rapide Le goutte-à-goutte de surface : très bonne performance énergétique, de répartition de l eau, d efficacité de l eau mais un coût élevé, des chantiers de pose et dépose très gourmands en main d œuvre et une durabilité des performances parfois réduite Le goutte-à-goutte enterré : très bonne performance énergétique, de répartition de l eau, d efficacité de l eau et des charges de main d œuvre faibles mais un coût très élevé nécessitant une rotation de cultures irriguées, un maintien des performances en cours d évaluation et un recyclage à inventer