Réservé aux membres et partenaires de FPInnovations Vol. 12 No. 5 Juillet 2010NON

Introduction

Les activités de récolte et de sylvicul-ture peuvent créer une perturbation du sol sous forme de compactage et/ou orniérage, entraînant possiblement l’érosion du sol et la perte d’éléments nutritifs. Des effets à court et à long terme de ces perturbations sur la santé des sols forestiers, sur la qualité de l’eau et sur la croissance des arbres peuvent survenir. Elles peuvent devenir suffisam-ment graves ou étendues pour endommager le sol et le site ou pour produire un déplace-ment de sol hors du site.

Le potentiel de perturbation du sol au cours des opérations forestières peut être

réduit par une planification adéquate et par l’utilisation de pratiques de travail optimales. Par exemple, les aires humides peuvent être récoltées en hiver, quand le sol est gelé, ou en utilisant les résidus de façonnage pour recouvrir les sentiers de débardage. FPInnovations a produit plusieurs publica-tions décrivant des techniques d’opération susceptibles de réduire l’impact sur les sols forestiers. (Voir la section Références pour plus de détails.)

L’impact des opérations forestières sur les sols forestiers est également influencé par la pression au sol causée par l’équipement utilisé. Cette pression représente l’intensité de la force que la machine exerce sur le

AuteursMark Partingtonet Mark Ryans

Région de l’Est

Comment déterminer la pression nominale au sol des équipements forestiers

RésuméLa pression nominale au sol est un critère important utilisé pour prévoir les effets

du poids et de la configuration d’une machine sur les sols forestiers durant les activités de récolte. Le présent rapport traite du concept de pression nominale au sol, de la façon dont il s’applique à différents types de machines ainsi que l’effet des diverses configurations des machines.

Mots clésPression nominale au sol, perturbation du sol, logiciel PASCAL.

Contenu

Introduction ............... 1

Qu’est-ce que la pression nominale au sol? ............................ 2

PASCAL : un outil pour calculer la pression nominale au sol ......... 2

Pressions nominales au sol pour les machines forestières courantes .................. 3

Effet des dimensions de pneus et de l’usage de chenilles sur la pression nominale au sol ......................... 5

Mise en application ... 7

Remerciements .......... 7

Références ................ 8

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sol, et joue un rôle clé pour déterminer le risque de compactage et d’orniérage du sol. La sélection d’une machine pour une tâche donnée ou pour une condition particulière du sol peut être facilitée par une bonne connaissance de la pression nominale au sol des équipements d’un parc de machines disponibles. C’est une démarche qui peut contribuer à ce que les opérations forestières puissent respecter les exigences du système de gestion environnementale de même que les règlements gouvernementaux sur la protection du sol et de la végétation.

FPInnovations a produit un outil (le calculateur de pression du sol PASCAL) que les gestionnaires peuvent utiliser pour estimer les pressions nominales au sol exercées par leurs équipements. Le présent rapport décrit le logiciel, et traite des machines de récolte, de leurs configurations, ainsi que de l’effet des dimensions de pneus ou de l’usage de chenilles sur la pression nominale au sol.

Qu’est-ce que la pression nominaleau sol?

La pression nominale au sol est une mesure statique qui considère le poids d’une machine ainsi que sa surface de contact avec le sol. Cette pression sert d’indication de l’impact probable de la machine sur les sols, toutes autres conditions étant égales. La mesure de la pression au sol permet des comparaisons effectives entre des types de machines et prévoit l’effet de changements dans la configuration d’une machine sur sa pression nominale au sol. Cependant, pour estimer l’impact de la machinerie forestière sur les sols forestiers, on doit aussi

tenir compte des autres caractéristiques de la machine, telles que les spécifications des pneus et la vitesse de déplacement, ainsi que des particularités du site, telles que les propriétés du sol et les conditions d’opération qui ne sont pas incluses dans le calcul de la pression nominale au sol. Pour cette raison, la pression calculée peut ne pas être en rapport direct avec le niveau réel de perturbation du sol dans les conditions de terrain.

PASCAL: un outil pourcalculer la pressionnominale au sol

FPInnovations a développé un outil (le calculateur PASCAL) pour aider à déterminer la pression nominale au sol de 15 types d’équipement forestier, en se basant sur la méthode de calcul de Mellgren (1980) (figure 1).

L’avantage de la méthode ACPP est la facilité des comparaisons relatives entre les machines. La méthode pose une hypothèse importante, à savoir que les pneus ou les chenilles de la machine pénètrent dans le sol jusqu’à une profondeur de 15 % du diamètre de la roue. Ceci détermine la superficie (empreinte) qui est en plein contact avec le sol, laquelle est alors utilisée pour calculer la pression au sol. Cependant, en fonction des conditions du sol, les pneus (ou chenilles) de la machine peuvent ne pas s’enfoncer jusqu’à cette profondeur de 15 % du diamètre de la roue. Si ce 15 % n’est pas atteint, la superficie de l’empreinte peut se trouver réduite et, comme résultat, la pression réelle de la machine au sol sera plus élevée que ce qu’indique le calcul ACPP. La méthode ACPP ne fait pas la différence entre les types de chenilles qui peuvent être installés sur les essieux tandem.

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Certains modèles de chenilles offrent une aire de contact plus élevée que d’autres.

Pour ces raisons, les pressions au sol calculées à l’aide de la méthode ACPP et par PASCAL ne devraient être considérées que comme des moyens de comparaison relative entre les machines, et non comme un indicateur prévisionnel de la perturba-tion réelle du sol.

Avec le logiciel PASCAL, l’utilisateur décrit la configuration de l’équipement existant ou proposé (poids aux essieux, dimensions de la machine, poids de la charge, etc.) et choisit ensuite parmi un éventail de dimensions de pneus et de types de chenilles. Il peut aussi choisir parmi les caractéristiques additionnelles des roues, des chaînes et des chenilles qui sont emmagasi-

nées dans les bases de données du logiciel. PASCAL évalue ensuite les effets de change-ments des caractéristiques sur la pression nominale au sol, ainsi que la gamme de pressions au sol exercées par les divers types d’équipement considérés. On trouvera de l’information additionnelle sur PASCAL en consultant le site Internet de FPInnovations (www.feric.ca/pascal-fr).

Pressions nominales ausol pour les machines forestières courantes

La pression au sol exercée par la partie arrière d’une machine chargée est le facteur clé quand on considère l’impact de la machine

R

LB

p = pression au sol (kPa)W = poids sur la roue ou la chenille (kg)R = rayon de la roue (m)B = largeur de la roue, du pneu ou de la chenille (m)L = distance entre les centres des roues dans un essieu tandem (m)

Pour calculer la pression au sol (p) selon la méthode ACPP, on utilise les paramètres suivants :

B

p = W / (R × B)

p = W / [(1,25 R + L) x B]

R

Figure 1. Calcul des pressions au sol d’après la méthode ACPP.

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sur le sol, puisque le poids de la charge est porté principalement sur l’essieu arrière. Par exemple, un porteur forestier transportant une pleine charge de bois verra sa pression au sol à l’extrémité avant augmenter de 7 à 8 %, alors que celle exercée par les roues arrière pourrait augmenter de 200 à 300 %. Avec un débardeur à grappin ou à câble, ou un semi-porteur, la charge n’est pas entière-ment supportée par la machine; elle est plutôt traînée et une portion demeure en contact avec le sol. Il en résulte que la charge a un impact différent sur la pression au sol. Avec un débardeur à grappin ou à câble transportant

une pleine charge, la pression au sol exercée par les roues avant de la machine diminuera de 20 à 40 % par suite de la modification dans la répartition de la charge et, dépendant de la configuration de la machine, la pression au sol exercée par les pneus arrière pourrait augmenter de 150 à 170 %.

La figure 2 illustre les pressions moyennes au sol à l’essieu arrière pour différents types de machines. Les valeurs dans ce graphique représentent des moyennes pour un large éventail de configurations (p. ex. poids, capacité de charge, pneus) et de marques dans chaque type de machines.

Avec chenilles Sans chenilles

40

30

0

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Pression au sol à l’essieu arrière (kPa)

Figure 2. Pressions nominales moyennes au sol à l’essieu arrière pour une machine transportant une pleine charge, dans plusieurs catégories courantes d’équipement d’extraction. Les valeurs ont été calculées à l’aide du logiciel PASCAL.

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qu’on peut s’attendre à des niveaux plus élevés de perturbation du sol quand le bois sera extrait par un débardeur ou un porteur qui exerce des niveaux comparables de pression, puisque ces machines passent de façon répétée au même endroit.

Effet des dimensionsde pneus et de l’usagede chenilles sur la pression nominale au sol

Une sélection appropriée de machine et des modifications au train roulant sont des moyens importants de réduire la perturba-tion potentielle du sol. Il existe cependant

Les pressions au sol créées par des machines de récolte à chenilles sont normale-ment plus faibles que celles de machines comparables montées sur roues. Ainsi une abatteuse multifonctionnelle ou une abatteuse-groupeuse montée sur un châssis d’excavatrice aura une pression au sol d’approximativement 50 kPa, ce qui est similaire à la pression au sol de l’essieu arrière d’un porteur forestier à six ou à huit roues équipé de chenilles à essieu tandem. Cependant, une abatteuse ou abatteuse-façonneuse à chenilles se déplace lentement et ne fera pas de passages multiples sur le même sentier. C’est pourquoi l’impact de cette pression au sol sur la perturbation du terrain (compactage et orniérage) sera généralement peu préoccupant durant la récolte. Si l’orniérage du sol survient durant la phase d’abattage, c’est une bonne indication

40

50

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4000 6000 8000 10 000 12 000 14 000 16 000

Empreinte du pneu (cm²)

Pre

ssio

n a

u s

ol à l’e

ssie

u a

rriè

re (

kP

a)

24,5-32

30,5-32

35,5-32

73×44-3268×50-32

68×70-32

Poids à vide = 15 595 kg

Figure 3. Effets de changements dans l’empreinte du pneu sur la pression au sol à l’essieu arrière, exercée par un débardeur à grappin typique à quatre roues. Les valeurs ont été calculées à l’aide du logiciel PASCAL.

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quelques moyens de modifier la pression nominale au sol pour les équipements existants; les principales options concernent les dimensions de pneus, la largeur des chenilles, la configuration des patins de chenilles et l’ajout de chenilles sur les roues ou le tandem.

L’utilisation de pneus plus larges ou de plus grand diamètre peut réduire de façon significative la pression au sol d’une machine (Heidersdorf et Ryans, 1984; Meek, 1994). Dans les deux cas, les dimensions accrues du pneu en augmentent l’empreinte, et par le fait même la surface de contact avec le sol, surface sur laquelle le poids de la machine est réparti. Un pneu plus large augmente l’empreinte en

élargissant la surface de contact ; un pneu de plus grand diamètre en l’allongeant. La figure 3 offre un exemple de la façon dont un changement de dimensions des pneus affecte la pression au sol à l’essieu arrière d’un débardeur à grappin à quatre roues. Nous n’avons présenté de résultats que pour l’essieu arrière, puisque c’est cet essieu qui recevra la plus lourde charge (et ainsi, produira la plus forte pression au sol) quand la machine sera chargée.

Pour les machines équipées d’essieu tandem, telles que porteurs et quelques gros débardeurs, l’ajout de chenilles de tandem peut réduire de façon significa-tive la pression nominale au sol parce

Sans chenilles Avec chenilles

53,4107,7Pression au sol (kPA)

20 2909330Surface de contact (cm²)

Note : Exemple d’un porteur de 14 tonnes à huit roues.

Figure 4. Pression nominale au sol exercée par un porteur à huit roues de 14 tonnes transportant une pleine charge, avec et sans chenilles de tandem. Les valeurs ont été calculées à l’aide du logiciel PASCAL.

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que les chenilles augmentent la surface de l’empreinte de la machine en fournis-sant une plus grande aire de contact sur laquelle la charge est répartie. Ceci peut être particulièrement efficace pour l’essieu arrière de porteurs transportant une pleine charge. Pour des porteurs travaillant en éclaircie commerciale ou autres applica-tions de coupe partielle, il peut être difficile d’utiliser des pneus larges à cause des espaces étroits entre les arbres; l’utilisation de chenilles est donc un moyen efficace de réduire la pression au sol. L’ajout de chenilles à un essieu tandem peut réduire la pression au sol d’approximativement 50 %, comme le montre la figure 4 en utilisant l’exemple d’un porteur de 14 tonnes.

Les chaînes de pneus n’augmentent pas la flottation d’une machine, et augmentent légèrement la pression au sol de la machine à cause de leur poids ajouté. La princi-pale fonction des chaînes est d’accroître la traction, réduisant ainsi le patinage des roues et diminuant l’usure des pneus. Un certain degré de patinage est inévitable, mais un patinage excessif augmente l’orniérage et le compactage du sol, réduit la productivité et augmente la consommation de carburant. Des chenilles pour pneu simple sont aussi disponibles, et peuvent accroître légèrement la surface de l’empreinte de la machine; elles diminuent par conséquent la pression nominale au sol.

Le changement de dimensions des pneus et l’ajout de chenilles sur les essieux tandem sont des stratégies régulièrement utilisées pour réduire la pression au sol. Cependant, ces modif ications peuvent également affecter les coûts d’opération,

la productivité, la consommation de carburant et le confort de l’opérateur. Sutherland (2005a) présente une discus-sion plus détaillée des effets de ces variables entre autres.

Mise en application

Lors de l’évaluation de l’impact potentiel d’une configuration particulière de machine sur le sol, il est important de considérer les effets sur la pression nominale au sol de la machine. On doit également tenir compte d’autres facteurs, tels que le nombre de voyages que la machine fera sur une partie donnée de sentier pour extraire le bois. Le choix d’une machine plus petite peut réduire la pression au sol comparativement à une plus grosse, mais si la machine plus petite nécessite des voyages multiples pour extraire le même volume de bois, le choix n’en est peut-être pas justifié.

La comparaison relative de la pression nominale au sol pour l’équipement forestier est facilitée par le logiciel PASCAL, développé par FPInnovations. Le fait de connaître la pression nominale au sol de l’équipement et de comprendre les options disponibles pour la réduire vous permettra d’améliorer l’efficacité de vos opérations de récolte et d’en réduire l’impact environnemental.

Remerciements

Cette étude a été financée par Ressources naturelles Canada dans le cadre de l’Entente de contribution RNCan/FPInnovations.

FPInnovations

Région Est 580, boul. St-Jean Pointe-Claire, QC, H9R 3J9

(514) 694–1140 (514) 694–4351 admin@mtl.feric.ca

Région Ouest 2601 East Mall Vancouver, BC, V6T 1Z4

(604) 228–1555 (604) 228–0999 admin@vcr.feric.ca

Mise en gardeCe rapport est publié uniquement à titre d’information à l’intention des membres de FP�nnovations. �l ne doit pas �tre considéré commeFP�nnovations. �l ne doit pas �tre considéré comme. �l ne doit pas �tre considéré comme u ne approbation par FP�nnovations d’un produit ou d’un service àFP�nnovations d’un produit ou d’un service àd’un produit ou d’un service à l’exclusion d’autres qui pourraient �tre adéquats.

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�mprimé au Canada sur du papier recyclé fabriqué par une compagnie membre de FP�nnovations.Poste-Publications #40008395 �SSN 1493-3713

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