Contexte

RTDriftMODELE PERMETTANT D’EVALUER EN TEMPS REEL LES RISQUES

ENVIRONNEMENTAUX LIES A LA DERIVE DES PRODUITS PHYTOSANITAIRES

ECOTECHS'2011, 17-18 octobre 2011, Montoldre (Allier) Frédéric Lebeau, Mathieu Massinon, Arnaud Verstraete, Marie-France Destain

UMC, Gembloux Agro-Bio Tech, Université de Liège, 2 passage des déportés, 5030 Gembloux., [email protected]

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Contexte

Directive 2009/127/EC amending Directive 2006/42/EC with regard to machinery for pesticide application

2.4.5.2. Distribution, dépôt et dérive de pesticidesLes machines doivent être conçues et construites de manière à assurer que les pesticides sont déposés sur

les zones cibles, à réduire les pertes dans les autres zones et à prévenir toute dérive de pesticides dans l’environnement. Le cas échéant, une distribution égale et un dépôt homogène des pesticides doivent être

assurés.

2ECOTECHS'2011

Objectif

Développer un outil permettant à l’agriculteur d’être informé en temps réel de la qualité de la

pulvérisation et de la dérive dans les zones adjacentes

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Idée maîtresse

- La répartition des produits dans la zone traitée et dérive hors cible résultent d’un phénomène déterministe sous l’influence des conditions météorologiques et opératoires au moment de l’application

- Pour correctement les prédire, il faut connaître précisément les conditions opératoires et météorologiques en cours d’application et donc mesurer toutes celles qui ont un impact significatif ainsi que disposer d’un outil de simulation rapide et reposant sur des bases physiques solides

4ECOTECHS'2011

Moyens

- Une chaîne de mesure embarquée permettant de suivre les paramètres opératoires du pulvérisateur ainsi que les conditions météorologiques

- Un modèle de transport permettant de simuler le transport des gouttes depuis la buse jusqu’à son dépôt

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La chaîne de mesure embarquée

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Traceur fluorescent

ECOTECHS'2011

La chaîne de mesure embarquée

1. Anémomètre à ultrasons biaxial. Capteur simple, robuste, bon marché pour connaître la vitesse et direction du vent par rapport au pulvérisateur à une fréquence de 4 Hz

2. Capteur humidité-température pour déterminer l’évaporation des gouttes

3. GPS + capteur de vitesse pour le positionnement absolu et la vitesse moyenne des buses

4. Distance-mètres pour la mesure de la hauteur des buses par rapport à la culture

5. Accéléromètres pour la mesure des variations de vitesse des buses par rapport à la vitesse moyenne du pulvérisateur

6. Débitmètre, capteur de pression et mesure d’état des électrovannes pour le débit aux buses et la granulometrie.

7ECOTECHS'2011

Traitement de signal de la chaîne de mesure embarquée

1. Calcul du temps passé par les buses à différentes positions dans le plan avec une résolution de 50 cm x 50 cm

2. Pour chacune des buses, détermination des conditions opératoires: débit, pression, hauteur par rapport à la culture, température, humidité relative

3. Pour chacune des positions, calcul de la direction et de la vitesse du vent durant les 30 secondes qui suivent l’émission

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Le choix du modèle

1. Le modèle doit avoir une base physique solide pour être robuste par rapport aux conditions opératoires

2. Le modèle doit être peu gourmand en temps de calcul en vue d’offrir la possibilité d’implantation en temps réel.

Le phénomène étant purement déterministe, il s’agit de trouver un compromis qui permette de limiter la puissance de calcul en posant une composante aléatoire à la limite entre ce qui est mesuré et ce qui ne n’est pas. Pour ce faire, le choix s’est porté vers un modèle de diffusion-advection de type panache gaussien incliné.

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Footprint

z

y

x

Hs

h Pente du panache

qm

σy

σz

Direction du ventModèle de panache gaussien intégrant la sédimentation

2

2

2

2

2220

z

Ps

yzy

mpspm

U

xvH

yexp

U

QvH;,y,xCvq

ECOTECHS'2011

Adaptation du modèle

1. Le jet issus de la buse est divisé en 16 classes de gouttes en fonction de leur diamètre2. La proportion dans chaque classe de goutte est modifiée en fonction de la

température et de l’humidité pour tenir compté de l’évaporation. L’évaporation est calculée sur base du temps de vol moyen estimé de la classe de goutte. Il en résulte une plus grande proportion de fines gouttes.

3. Pour chaque classe, une hauteur Hs est calculée qui sur base de la vitesse initiale des gouttes et du frottement dans l’air estime la réduction de hauteur du point d’émission. Hs est d’autant plus différent de H que les gouttes sont grosses en raison de leur plus grande inertie.

4. Le transport de chaque classe est estimé indépendamment par le modèle selon la direction du vent. Les coefficients de diffusion sont constants. La vitesse du vent diminuée est modifiée sur base d’un profil logarithmique et corrigée de la vitesse d’avancement

5. Les contributions de chaque classe sont sommées pour calculer l’empreinte totale en Z=0 et l’ensemble des contributions des différentes buses est intégré et ajouté à la carte des dépôts

11ECOTECHS'2011

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Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne

Quantité de bouillie pulvérisée

Pression moyenne de pulvérisation

Orientation moyenne du pulvérisateur % Nord

Vitesse moyenne du vent

Direction moyenne du vent % Nord

Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne






Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne






ventvent

Fines gouttes

Grosses gouttes

Fines gouttes

Grosses gouttes

Caractéristiques du jet

Conditions atmosphériques

FootprintDérive

partielle

Dérive locale

Discrétisation de la granulométrie en

classes de gouttes

Fraction du jet

% volume

% volume

% volume

a b

c d

e f

Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne






Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne






Coordonnée X

Coordonnée Y

Hauteur moyenne






ventvent

Fines gouttes

Grosses gouttes

Fines gouttes

Grosses gouttes

Caractéristiques du jet

Conditions atmosphériques

FootprintDérive

partielle

Dérive locale

Discrétisation de la granulométrie en

classes de gouttes

Fraction du jet

% volume

% volume

% volume

a b

c d

e fECOTECHS'2011

Résultat de la modélisation

13ECOTECHS'2011

Validation de la modélisation

14ECOTECHS'2011

Modélisation lors de traitements

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N° essai

datevent moyen

(m/s)température

(°C)humidité

relative (%)culture sous le

vent

pression moyenne

(bars)

débit de pulvérisation

(l/ha)

hauteur moyenne de la rampe (m)

1 26/06/08 4,8 21,0 55,2 féverolles 2,2 200 0,66

2 01/07/08 1,2 27,0 50,8 blé 2,1 200 0,80

3 23/07/08 2,8 22,1 63,4 blé 3,4 200 0,71

4 29/07/08 3,5 26,0 57,9 féverolles 1,9 200 0,63

5 31/07/08 2,0 26,4 68,3 féverolles 1,8 200 0,68

6 22/04/09 3,2 14,7 63,9 chicorée - blé 5,2 300 0,76

7 30/04/09 1,0 16,9 52,6 chicorée 1,5 170 0,80

8 29/05/09 4,8 19,0 33,2 chicorée 5,7 250 0,71

9 18/06/09 3,5 21,4 52,0 féverolles 3,8 250 0,78

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Exemple de modélisation lors de traitements

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Cartographie de l'essai 8ECOTECHS'2011

Problème des turbulences de large échelle

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Cartographie de l'essai 7ECOTECHS'2011

Conclusions

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• L’approche de modélisation utilisée par RTDrift permet d’exploiter les informations mesurées sur le terrain en cours d’application et de les transformer en une information utile pour le praticien

• Des améliorations sont souhaitables comme la meilleure prise en compte du champ de vitesse pour les turbulences de grande échelle, l’effet du véhicule sur la mesure du vent,...

ECOTECHS'2011

Perspectives

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• Traçabilité de la qualité des traitements et du respect des normes environnementales en vue de sécuriser le travail de l’agriculteur (i.e. par rapport aux courbes de Ganzelmeier)

• Possibilité d’avertissement de l’utilisateur à proximité des zones sensibles

• Possibilité d’asservissement d’actionneurs (hauteur de pulvérisation, pression de pulvérisation, changement de buses)

ECOTECHS'2011

Documents

Contexte