gagner en performance avec son matériel d’irrigation

Gagner en performance avec son matériel d’irrigation

Bruno MOLLE Cyril DEJEAN

Daniel COLIN

Jean-Marc DEUMIER,

Sylvain MARSAC

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Colloque au champ Irrigation 2014 - Le Magneraud

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Avec le soutien financier de : En collaboration avec :

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 ARVALIS

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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….

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Quelles performances énergétiques des installations aujourd’hui ?

canon couverture pivot enrouleur intégrale

kWh /m3 Installations électriques

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)

Comparaison électrique/thermique pour canon-enrouleur Ref 11 installations électriques 4 thermiques

kWh /m3

énergie moyenne écartype

électrique 0.55 0.07

gasoil 1.49 0.18

Coût énergie €/ha - canon-enrouleur 2400 m3/ha

énergie coût kWh en €

moyenne écartype

0.06 79 110.08 106 140.10 132 18

gasoil 0.10 392 44

électriqueintégrale

0.54

0.37

0.43

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Quelques données sur l’efficacité de l’eau d’irrigation

Sources J.Granier, J.M. Deumier, 2013, Sciences Eaux et Territoires N° 11

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 %

2) la répartition de l’eau

Qualité de répartition

++ (+)

+++ (+++)

++ (+) ++++ (++)

1)l’efficacité de l’application = volume d’eau reçue par la culture et le sol

volume d’eau sortie buse Réduire les pertes - par évaporation : max 5 à 10 % (Ingénierie N° 38, juin 2004, CEMAGREF, INRA)

- par dérive : max 25 %

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Installations d’irrigation Quelles innovations aujourd’hui et demain

pour répondre à ces défis ?

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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

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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 INCONVENIENTS

• Economie d’énergie 15 à 30 % • Dérive réduite • Uniformité améliorée

• Investissement doublé • Intensité d’irrigation très forte

=> ruissellement • Déplacement de rampe délicat pour

les cultures hautes ARVALIS

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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

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Petite rampe frontale basse pression

- moteur électrique sur motrice *avec câble *ou groupe électrogène - motorisation hydraulique (eau) si pression disponible

diamètre minimum du tube de la rampe 3.8’’ (97mm) ARVALIS - I

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Petite rampe frontale basse pression déplacement latéral possible : roues orientables

Rampe Irrifrance RM2

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

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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 INCONVENIENT

• Economie potentielle d’énergie élevée

• Neutre pour main d’œuvre

• Baisse des portées : risque accru de ruissellement

Photo Otech ARVALIS - I

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pivot 7 travées 55.6 ha 55 kW PVC 600 m 10 bar longueur : 396 m SR 100 25 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 m3/ha : énergie consommée/an 68000 kWh 37000 kWh gain = 31000 kWh

Exemple de redimensionnement d’un pivot en sol sableux des Landes(GRCETA-SFA)

actuelle

redimensionnée

installation

coût 2013 : 0.06 €/kWhaugmentation annuelle

du kWh en %€/ kWh en 2023 économie en

10 ans €5% 0.10 250008% 0.13 29000

Surcoût 15000 € amorti en 6 à 7 ans

Chiffrage source IRRIFRANCE et ROVATTI

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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

Photo Irrifrance

Installation La Mirandette CACG

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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

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• Principe appareil permettant de faire varier la fréquence du courant vitesse de rotation du moteur électrique

La variation de fréquence, une solution miracle ?

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Courbe de pompe sans variateur vitesse fixe Débit et pression nominal = 175 m3/h - 155 m

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22/05/2014 18

Si demande 150 m3/h 135 m

Sources : données Rovatti

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22/05/2014 19

Sans variateur : pression pompe 175 m vannage pour 135 m = perte d’énergie



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Avec variateur : pression pompe 135 m pas de vannage = économie d’énergie

Sans variateur : pression pompe 175 m vannage pour 135 m = perte d’énergie



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• 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…!

22/05/2014 21

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• 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

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Exemple : 60 ha irrigués, 3 pivots + 1 enrouleur, 130000 m3 Puissance hydraulique max 95 kW Puissance moteur électrique 110 kW Variation débit 55 à 175 m3/h Variation pression 10 à 15 bar

Économie annuelle : 21000 kWh = 25 % énergie sans variateur Si 0.06 €/kWh économie annuelle : 1300 € surcoût armoire : 6950 € durée amortissement ~ 5 ans

Puissance à l’arbre de la pompe kW

Débit m3/h Sources : données Rovatti

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

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Avantages et inconvénients du goutte-à-goutte par rapport à l’aspersion

Avantages Inconvénients • 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

• 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)

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Avantages et inconvénients du goutte-à-goutte par rapport à l’aspersion (suite)

Avantages Inconvénients • 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

• Surveillance de la distribution de l’eau difficile

• Risque de dégât d’acariens accentué sur maïs

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Spécificités du goutte à goutte enterré

Avantages Inconvénients • 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

• 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 ARVALIS

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Spécificités du goutte à goutte enterré (suite)

Avantages Inconvénients • Matériel à l’abris sous terre : pas de

dégâts d’oiseaux, de rongeurs, d’insectes perforateurs

• Moins d’adventice : sol sec en surface

• Mise en place plus ou moins facile voire impossible selon la pierrosité du sol

• Si sol compacté : sous-soleuse et décompacteur interdit !

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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) ARVALIS

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Installation pour 30 ha de maïs irrigué, dose 3 000 m3/ha en année sèche Type de matériel

enterré goutteurs

plats

surface goutteurs

cylindriques récupérables

surface goutteurs

plats récupérables

surface gaine souple

canon enrouleur pivot

Investissements valeur à neuf

(euros) 118 900 115 590 54 870 45 900 40 590 46 650

Investissements valeur à neuf

(euros/ha) 3 963 3 853 1 829 1 530 1 353 1 555

Charges fixes (euros/ha.an) 659 692 571 767 167 220

Charges opérationnelles (euros/ha.an) 37 37 37 37 61 74

Charges de main d’œuvre (euros/ha.an) (14 € /h) 14 147 189 133 92 5

Charges totales, matériel en cours d’amortissement

(euros/ha.an) 710 866 830 937 320 299

Coûts comparés du goutte-à-goutte enterré, de surface et de l’aspersion

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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 ARVALIS - I

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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

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