Auteurs : Christophe Gaviglio Philippe Saccharin Nicolas Barthes - IFV pôle Sud-Ouest

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1 Compte rendu ETUDE DES PERFORMANCES ENERGETIQUES DES MATERIELS VITICOLES Auteurs : Christophe Gaviglio Philippe Saccharin Nicolas Barthes - IFV pôle Sud-Ouest Contact : V innopôle BP Lisle sur Tarn Date de publication : 2009

2 SOMMAIRE RESUME 3 1 IDENTIFICATION DE L ACTION 3 2 DESCRIPTION DE L ACTION Motivations et objectifs Protocole expérimental 3 3 RESULTATS Méthodologie Mesures sur le panel de matériels 9 4 CONCLUSION PERSPECTIVES 16

3 ETUDE DES PERFORMANCES ENERGETIQUES DES MATERIELS VITICOLES RESUME Le montage d un débitmètre à gasoil sur un tracteur viticole, associé à un ordinateur pour l enregistrement des données, a permis d élaborer une méthodologie de mesure de la consommation liée au matériel attelé. L utilisation de parcelles de référence sur lesquelles un grand nombre de données ont été acquises, l évaluation de l incidence des facteurs extérieurs sur la consommation, permettent d obtenir des chiffres fiables pour différents matériels viticoles allant du broyeur à sarments au pulvérisateur, dans des configurations d utilisation variables. MOTS CLES : matériel, consommation, gasoil, débitmètre, énergie 1 IDENTIFICATION DE L'ACTION 1.1 Responsables techniques de l'action : Christophe Gaviglio, Philippe Saccharin, Nicolas Barthes 1.2. Situation de l'action : Domaine Expérimental du Vignoble Tarnais (81), V innopôle Midi Pyrénées 1.3 Etat de l'action : action démarrée en 2009, année de mise en place du dispositif et de calage de la méthodologie. 2 DESCRIPTION DE L'ACTION 2.1 Motivations et objectifs La consommation de carburant représente aujourd hui un poste de dépense non négligeable sur les exploitations viticoles. La hausse du cours des énergies fossiles impose de raisonner mieux qu avant le choix du matériel et de porter une attention particulière aux réglages effectués, facteurs de qualité de travail mais aussi d économies de carburant. Il n existait jusqu alors aucune information impartiale sur la consommation liée aux différents matériels viticoles. L objectif du projet est donc de réaliser des mesures par catégories de matériels (pulvérisateur, travail du sol par exemple) et par technologie employée dans chaque catégorie (pneumatique, jet porté, outils animés par prise de force ou non, etc.). En complément, nous étudierons les impacts des réglages effectués. Pour cela, la première phase du projet consiste à établir une méthode de mesure fiable et répétable. 2.2 Protocole expérimental Les différentes expérimentations menées cette année avaient pour but : - de déterminer l incidence de certains facteurs extérieurs sur la consommation : o température o pente de la parcelle utilisée pour la mesure o climatisation o l utilisation des 4 roues motrices - de déterminer l organisation optimale des tests pour obtenir une mesure stabilisée rapidement : quelle est la durée minimale d acquisition? - de mesurer pour un panel d outil la consommation en fonction de différents réglages : Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 3

4 o broyeur à sarments o tondeuse o intercep rotatif o disques de travail du sol o cadre à étançons rigides o pulvérisateur Pour cela, un tracteur vigneron a été équipé d un capteur de débit de gasoil, relié à un microordinateur remplissant la fonction de centrale d acquisition. Une mesure est prise toutes les secondes, avec à chaque fois les informations suivantes : la date, l heure de capture, la consommation totale en L, la consommation instantanée en L/h. Ces informations sont récupérables sous forme de fichier Excel, ce qui en facilite le traitement. Avant chaque prise de mesure, le tracteur est mis en route quelques minutes pour que le moteur monte en température. Pour chaque matériel testé et chaque configuration de travail, une mesure à vide est effectuée afin de pourvoir faire la part des choses entre l énergie consommée pour l avancement du tracteur et celle nécessaire au fonctionnement de l outil. Le capteur nous donnant une information de consommation instantanée, nous pouvons transformer la valeur en consommation par ha à partir des données de vitesse de travail et de nombre de rangs travaillés simultanément. 3 RESULTATS 3.1- Méthodologie Incidence de la température Problématique : en fonction de la température extérieure, les pertes d énergie par déperdition de chaleur peuvent fluctuer et influencer la mesure de consommation. Pour un outil donné, la période d utilisation ne varie pas beaucoup : par exemple une prétailleuse sera toujours utilisée l hiver avec des températures basses. Par contre, on peut se poser la question pour les matériels utilisés lorsqu il y a une forte amplitude thermique entre le matin et l après midi. Cela peut conditionner le moment choisi pour réaliser les mesures. Nous avons relevé la consommation horaire du tracteur à 3 régimes moteur et à 2 températures : 19 C (matin) et 30 C (après midi). Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 4

5 Nous pouvons constater qu à 1000 ou 1500 tours par minute, la température semble avoir très peu d influence sur la consommation, alors qu à 2000 tours la différence apparaît un peu plus nettement, elle est de l ordre de 10 %. Conséquence : même si les différences sont peu marquées, il est préférable de réaliser les essais destinés à être comparés dans une même plage de température Incidence de la pente de la parcelle de test Problématique : lorsque l on travaille sur une parcelle plane, l incidence de la topographie sur la consommation est nulle. En pente, on peut choisir de réaliser la mesure sur un nombre de rangs pair pour prendre en compte les effets contraires de la montée et de la descente, mais quelle incidence cela a-t-il sur la mesure par rapport à une parcelle plane? Le test a été réalisé à deux vitesses de travail, 3,5 et 6,5 km/h., avec le tracteur seul. La pente de la parcelle choisie était modérée sur l ensemble de la longueur d un rang mais ponctuellement assez marquée (15%). Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 5

6 L écart le plus important (12%) a été observé à 3,5 km/h. Compte tenu du fait que le tracteur fonctionnait seul, on peut imaginer que dans une configuration de travail les écarts auraient été amplifiés. Conséquence : pour les matériels réalisant un travail «marqué» ou «destructif» comme les outils de travail du sol, ou les effeuilleuses, pour lesquels il est impossible de réutiliser les mêmes rangs (donc la même topographie), il faudra impérativement travailler sur une parcelle plane. Pour les autres matériels (pulvérisateurs par exemple), on peut envisager d utiliser les mêmes rangs d essais plusieurs fois pour être vraiment en conditions comparables même si on sait que la mesure sera à chaque fois un peu surévaluée Incidence de la climatisation Problématique : l incidence de la climatisation sur la consommation est connue en voiture par exemple. Elle est inévitable puisque c est un «consommateur» de plus. Il s agit pour nous de quantifier cet effet. Nous avons réalisé la mesure à trois régimes moteur et à 30 C, avec et sans la climatisation, le tracteur étant à l arrêt. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 6

7 La surconsommation liée à la climatisation est plus importante à régime élevé. Conséquence : les écarts mesurés pouvant être significatifs, la climatisation doit être un paramètre constant dans les essais, et systématiquement renseigné dans la base de résultats Incidence de l utilisation des quatre roues motrices Problématique : la traction intégrale est un élément permettant au tracteur d être plus stable en conditions d adhérence difficiles. A priori elle implique aussi plus de frottements mécaniques et peut être une surconsommation. C est ce que nous voulions vérifier. Le test a été réalisé lors des essais de matériel de travail du sol, avec un pulvériseur à disques à 4 km/h, à 2 régimes moteurs différents (exploitation de la plage d utilisation du moteur). Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 7

8 Ce test simple ne met en évidence aucune surconsommation liée à l utilisation des 4 roues motrices. En revanche, à bas régime, l enclenchement du pont avant permet de réduire d environ 12 % la consommation instantanée. Est-ce dû à une meilleure répartition de l effort? Il faudrait peut-être réaliser d autres tests pour affiner ce résultat Incidence du rapport de boîte ou du rapport sous charge Problématique : il s agit ici de bien connaître le tracteur et la manière d exploiter les rapports disponibles. La consommation est très directement liée au régime moteur mais pour un même régime on peut avoir différents rapports enclenchés. Nous avons choisi de passer en revue le sélecteur de gamme (tortue, homme, lièvre), les vitesses 1, 3 et 5 et le rapport sous charge (1 et 2) pour le tracteur à vide à 1500 tours/min. Nous observons que la gamme «tortue» est peu sensible à la démultiplication en ce qui concerne la consommation. En revanche les gammes supérieures induisent des variations assez marquées, d une part pour un même rapport de boîte en enclenchant le rapport sous charge, et d autre part entre rapports. Conséquence : comme il est possible d obtenir la même vitesse d avancement avec différentes combinaisons gammes / rapports, cette information est à enregistrer impérativement à chaque mesure Durée de test minimale pour l obtention d une mesure stable Problématique : le débitmètre à gasoil nous fournit une mesure par seconde. Au cours d un test en conditions constantes une valeur moyenne se forme. En traçant la courbe de cette moyenne en fonction du temps on observe qu un plateau est atteint quand la moyenne est stable. Le temps nécessaire pour cette stabilisation sera le temps minimal de test à respecter pour être sûr d obtenir une valeur fiable. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 8

9 L enregistrement en temps réel de la consommation instantanée montre que la mesure est sujette à des variations parfois importantes, liées au terrain ou aux manœuvres (pics). A partir de ces données, on peut tracer la courbe d évolution de la moyenne de ces valeurs instantanées. Cette courbe nous montre qu il faut attendre environ 180 secondes soit 3 minutes pour être vraiment sur le plateau où nous avons une valeur stabilisée. Conséquence : les tests seront effectués sur une durée minimale de 200 secondes. 3.2 Mesures sur le panel de matériels Pour les mesures qui suivent, la consommation a systématiquement été convertie en L/ha en prenant en compte la vitesse de passage et le nombre de rangs par passage. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 9

10 3.2.1 Le broyeur à sarments Nous avions à notre disposition un broyeur hors sol (avec pick-up pour le ramassage des sarments) de marque Grégoire. C est un outil animé par la prise de force avec lequel nous avons pu évaluer : - l incidence du travail en prise de force économique - l incidence de la vitesse de travail : le débit de chantier compense-t-il la consommation liée à la vitesse? Le broyage est réalisé tous les deux rangs, les sarments étant rassemblés de cette manière la plupart du temps. La faible densité de sarments a permis de travailler de 3 jusqu à 4,6 km/h. Ces résultats nous permettent de quantifier le gain obtenu à vitesse équivalente (2,8 et 3 km/h) avec la prise de force économique (ici notée 750) : la consommation par hectare baisse de 1,79 L soit 26 %! D autre part, nous pouvons voir l incidence très importante du débit de chantier pour un même régime prise de force : la consommation baisse de 46 %! Si la densité de sarments le permet, il est très avantageux de travailler plus vite et si possible en utilisant la prise de force économique. Les chiffres présentés ici peuvent être considérés comme des chiffres annuels puisque l on ne passe qu une fois par an La tondeuse Le matériel testé était de marque Humus Hugg, avec un double rotor. Nous avons pu travailler sur : - l incidence de la hauteur de l herbe fauchée - la vitesse de travail - la prise de force économique Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 10

11 Sur cet histogramme on remarque que l utilisation de la pdf 750 donne un gain de 2,48 L/ha (33%) en travaillant lentement (4km/h) et de 1,91 L/ha (36%) à vitesse plus élevée (6 km/h). On note aussi que réaliser un passage de moins et donc travailler lorsque l herbe est plus haute induit une surconsommation de 0,89 L/ha pour un gain dans des conditions équivalentes de 4,92 L/ha. Le bilan est donc positif si l on ne regarde que les critères consommation de carburant et temps passé. Il faudrait tempérer ces éléments avec l éventuel surplus de concurrence hydrique et azotée si l on ne tond pas assez. L intérêt de l augmentation du débit de chantier est - comme avec le broyeur - très net. Vitesse de travail et prise de force économique permettent vraiment d économiser du carburant. Faucher moins et donc plus tardivement induit une vraie surconsommation instantanée de carburant compensée par le gain en nombre de passage. L aspect agronomique des choses mériterait d être approfondi L intercep rotatif C est le Tournesol Pellenc qui a été utilisé. C est un outil rotatif fonctionnant avec une centrale hydraulique. Il désherbe deux demi-rangs. Nous avons joué sur le régime moteur et la prise de force économique seulement car c est un appareil avec lequel la vitesse de travail est dictée par les conditions de sol, et que l on ne peut pas beaucoup faire varier (ici autour de 2,5 km/h). Le travail reste superficiel. Il a été possible de rouler au ralenti car lors de l essai la terre était suffisamment meuble. Dans cette modalité nous n étions donc pas au régime prise de force. C est la modalité accéléré qui correspond aux conditions d utilisations de l outil à ce régime. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 11

12 Le gain obtenu au ralenti est très significatif, que l on utilise la pdf 750 ou pas. Par ailleurs, celle-ci permet encore une fois des gains de consommation importants : 1,72 L/ha (21%) au ralenti et 3,63 L/ha (27%) au régime accéléré. La consommation de carburant liée au désherbage mécanique sous le rang avec un intercep rotatif est essentiellement due à la faible vitesse d avancement et peut être réduite uniquement en jouant sur le régime moteur si les conditions le permettent et sur la prise de force économique si l outil dispose d une centrale. Si l outil utilise l hydraulique du tracteur, c est la capacité de celle-ci qui dictera les conditions d utilisation optimales Les disques de travail du sol Le matériel de marque Quivogne configuré en X a été utilisé à deux vitesses et à deux régimes moteurs. Les disques réalisent un travail proche du labour, retournant les herbes à enfouir. Le travail au ralenti (1000 trs/min) était possible grâce à l état du sol. Nous pouvons remarquer que la différence entre 4 et 6 km/h au régime de 1500 trs/min est très faible. Ici, contrairement aux autres types d outil, il n y a pas d effet de débit de chantier. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 12

13 La résistance à l avancement rencontrée dans la terre est proportionnelle à la vitesse recherchée et la consommation instantanée augmente dans des proportions qui ne sont pas compensées au niveau de la consommation par hectare par le gain de temps. Seul le régime moteur est un facteur de gain, nettement plus à 6 km/h qu à 4 km/h. Le travail du sol avec un pulvériseur à disques consomme toujours environ 5 L/ha quelque soient les conditions d utilisation. Le choix d une vitesse de travail est plus déterminé par des considérations sur le travail à fournir (effet de projection de la terre, etc.) que par la recherche d un effet d économie de carburant par le débit de chantier Le cadre à étançons rigides C est un cadre Ferrand qui nous a permis de réaliser les mesures. Les facteurs que nous avons fait varier sont : - la profondeur de travail (surface pour couper le chevelu racinaire des adventices ou profond) - l état du sol au moment du passage (sec ou humide) La profondeur de travail a une incidence considérable sur la consommation : + 50 %! Selon l objectif du travail : ameublissement ou désherbage mécanique, travailler en profondeur s impose ou non. L état d humidité du sol joue assez peu sur la consommation, mais plus sur la qualité du travail réalisé Le pulvérisateur Avec le pulvérisateur Nicolas Tornado (pneumatique) la vitesse de travail était fixée à 6 km/h. Nous avons travaillé sur l incidence : - du réglage de la turbine (vitesse de rotation pour le flux d air) - de la prise de force économique Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 13

14 Avec la turbine à vitesse maximale, le gain de consommation par hectare atteint 28 % si la prise de force économique est enclenchée. Ce gain est comparable avec la turbine ralentie (30 %). Comparativement au travail du sol, la consommation à l hectare du pulvérisateur est assez faible, grâce à une vitesse élevée et des passages tous les deux rangs. En revanche, la consommation annuelle sera forte en raison du nombre de traitements potentiels. Le gain de consommation entre turbine accélérée et ralentie est d environ 10 %. Cela a un sens si la densité de végétation n est pas trop importante ou en début de saison car abaisser la vitesse de la turbine pourrait provoquer une pénétration de la bouillie de pulvérisation dans le feuillage moins efficace Vue d ensemble des consommations par matériel Ici nous proposons une vue synthétique des consommations pour les différentes catégories de matériels dans leurs conditions d usage courantes. La consommation annuelle prend en compte le nombre d interventions. Grâce à la mesure de consommation à vide avant chaque test de matériel, nous pouvons identifier la part de l avancement du tracteur ainsi que la part réellement à mettre au compte de l outil attelé. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 14

15 Tous les chiffres donnés dans le graphique ci-dessus sont donnés pour un régime moteur de 2000 trs/min, à l exception des outils de travail du sol (pulvériseur à disques et cadre), pour lesquels le régime maximum lors des essais était de 1500 trs/min. La consommation instantanée la plus élevée est à mettre au compte du pulvérisateur alors que pour quasiment tous les autres outils elle se situe autour de 7 à 8 L/h. Pour la tondeuse on peut descendre ce chiffre à 5 L/h, pour le broyeur à 6 L/h, pour l intercep à 5 L/h, tout dépend des conditions d utilisation. Avec les chiffres ramenés à l hectare parcouru, l intercep rotatif est le premier consommateur de carburant à l hectare et par passage, loin devant les matériels de travail du sol interligne et le pulvérisateur. Nous pouvons constater que ce n est pas du tout la puissance requise par l outil qui est à l origine de ces chiffres élevés, mais bien la part liée à l avancement du tracteur qui est due à la faible vitesse de travail. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 15

16 Outil Nombre de passages intercep 4 pulvérisateur 9 travail du sol 3 tondeuse 5 disques 3 broyeur 1 Finalement l outil le plus énergivore sur une saison sera le pulvérisateur, alors que le broyeur à sarments qui est demandeur de puissance instantanée, ne réclamera pas beaucoup de carburant sur sa période d utilisation. 4 CONCLUSION - PERSPECTIVES Cette première année d étude sur la performance énergétique des matériels viticoles nous a permis de nous équiper en matériel de mesure ainsi que de définir notre méthodologie et les protocoles à mettre en place pour l étude des différentes catégories d outils. Nous avons pu faire un premier classement des matériels utilisés couramment et mis en évidence les facteurs de gain de consommation existant pour chacun d entre eux. Les années à venir seront consacrées à l étude des consommations en fonction de la technologie employée pour un même type d outil, afin que le viticulteur dispose de cette donnée en complément des critères de choix habituels. Etude des performances énergétiques des matériels viticoles page 16