Bliss, une pulvérisation confinée pour la vigne

L'Irstea a mis au point des descentes aptes à réduire les pertes de produits phytosanitaires quasiment à néant, grâce au confinement de la pulvérisation entre des lames d'air formant un bouclier autour des lignes de sprays.

Le monde agricole doit produire plus tout en respectant l'environnement. La pression sociétale est de plus en plus forte. Pour concilier performance agricole, respect de l'environnement et population riveraine, les agroéquipements doivent proposer des techniques innovantes pour réduire l'utilisation des produits phytopharmaceutiques en apportant la bonne dose au bon endroit. Ces solutions concrètes sont supportées avec le plan Écophyto 2 qui a pour but de réduire de moitié l'usage des produits phyto d'ici 2025, et de garantir une meilleure maîtrise des risques. C'est dans ce contexte qu'a été imaginé Bliss (Blade Low Impact Sprayer System), un pulvérisateur totalement confiné développé par Irstea (Inrae en 2020)(1).

État de l'art

Un parc matériel pas toujours en adéquation avec Écophyto 2

Lors de la pulvérisation de produits phytosanitaires, une quantité importante est dispersée dans l'air ou retombe au sol : on observe jusqu'à plus de 80 % de pertes (expérimentations effectuées sur vigne par Irstea depuis 2000) en début de végétation avec certains appareils de pulvérisation. Le parc de pulvérisateurs se caractérise par une grande diversité tant au niveau des technologies de pulvérisation (pneumatique, jet porté, jet projeté) que des configurations de machines (voûte, aéroconvecteur, « face par face », panneaux récupérateurs, etc.). Malgré l'apparition de technologies améliorées telles le « face par face » ou les panneaux récupérateurs, la majorité de ce parc n'est pas en adéquation avec les objectifs du plan Écophyto 2, et la solution panneaux récupérateurs, bien que performante en termes de qualité d'application, comporte des freins à l'utilisation (temps de chantiers et nettoyages chronophages, coûts importants, etc.). Le facteur principal de perte de produit est l'appareil lui-même dans sa conception, ses réglages et son utilisation. La génération d'air turbulent des pulvérisateurs traditionnels est un facteur générateur amplificateur de la dérive.

En développant le système Bliss pour la vigne étroite puis large (photos 1 et 2), les chercheurs d'Irstea ont travaillé au développement d'une technique d'application des produits phytosanitaires la plus efficace possible, respectueuse de la santé humaine et de l'environnement en réduisant drastiquement les pertes de produits.

Innovation, de la page blanche à la lame d'air

Penser autrement pour innover

La réflexion à l'origine du développement de Bliss était d'agir directement sur les sources de la dérive lors des traitements afin d'en éliminer l'occurrence. Nous avons repensé complètement la conception des organes aérauliques et hydrauliques d'un pulvérisateur afin d'éliminer les pertes induites par l'air porteur de la machine et transportées par le vent naturel en dehors de la cible, la parcelle et au-delà. En parallèle, cette remise en cause conceptuelle de l'architecture de la machine devait impérativement conserver la garantie d'une qualité d'application optimale.

Pour ce faire, nous sommes partis d'une « page blanche » et avons repensé la fonction principale du système afin de confiner totalement les sprays au sein de la sphère végétale. Nous sommes revenus sur les principes fondamentaux de l'hydraulique de la pulvérisation avec comme philosophie d'appliquer la juste quantité de produit suivant l'expression de la vigne en ne portant les sprays que sur le rang ou un demi-rang sans sortie de la végétation.

Le fonctionnement de Bliss a été conçu scientifiquement par modélisations successives (sous Fluent et Ansys) et validations physiques sur banc test de laboratoire.

La barrière d'air, un concept qui change la donne

Le système Bliss exploite l'effet Coanda(2), bien connu en aéraulique, afin de créer une barrière d'air qui empêche la perte de produit et guide le traitement vers la végétation. Un puissant souffle d'air laminaire généré en lame d'air (> 60 m/s, Figure 1) (a contrario des flux turbulents habituels) forme un anneau de confinement autour des sprays jusque dans le coeur de végétation. L'effet Coanda génère une aspiration autour du profil et crée une dépression interne aux anneaux qui emprisonne les gouttes dans la sphère de traitement. Le concept Bliss réside en :

- une pulvérisation confinée dans un volume circonscrit par un anneau 3D fermé ;

- la création d'une lame d'air contrôlée, laminaire et infranchissable, qui ne sort pas de la végétation (Figure 2) ;

- la génération d'une turbulence au centre de la végétation (rencontre des deux lames d'air « face par face ») qui améliore le traitement en coeur de végétation (Figure 3) ;

- la capacité à positionner les buses en 3D sur toute la surface constituée par l'anneau, ce qui permet d'ajuster les réglages de positionnement des buses par rapport à la couverture des sprays, et par rapport aux lames d'air et à la végétation.

Qualité d'application et impact environnemental

Méthodologie pour évaluer la qualité d'application

La qualité de répartition sur feuille de Bliss a été testée en 2018 et 2019 sur le banc d'essai EvaSprayViti (mis au point par l'UMT EcoTechViti Irstea/IFV). Afin de disposer d'une évaluation du dépôt sur l'ensemble du couvert, l'équipe a estimé le dépôt sur rameaux en appliquant une hypothèse de proportionnalité des surfaces (des mesures spécifiques ont permis de vérifier la cohérence de cette hypothèse). La zone de traitement considérée pour cette estimation ne comprend pas le socle, assimilé au sol sous le rang.

Méthodologie pour évaluer l'impact environnemental

Pour évaluer les pertes directes issues du pulvérisateur, sources principales de la dérive, Irstea a étudié un nouveau protocole de mesure en positionnant des capteurs directement aux interfaces du pulvérisateur avec le milieu extérieur (liaisons pulvérisateur/sol de l'interrang/air). La mesure tient compte des surfaces d'échange ainsi considérées entre chaque compartiment.Ainsi, outre l'évaluation de la quantité totale sur le couvert et de la répartition des dépôts sur les feuilles, l'équipe a mesuré les pertes aériennes et au sol avec quatre dispositifs, deux statiques et deux dynamiques déplacés en même temps que le pulvérisateur (Figure 4 page suivante). Les dispositifs statiques caractérisent les pertes dans l'air et sur le sol, les mobiles, les pertes dans l'air sur le pulvérisateur.

Le dispositif de mesure étend le protocole utilisé pour la qualité de répartition avec le banc EvaSprayViti, en utilisant le même matériau de collecte des dépôts pour la mesure dans les compartiments de pertes.

Expérimentation en vigne étroite

Bliss permet d'atteindre une couverture optimale de 87 %, avec moins de 0,3 % de perte de produit dans l'air et moins de 2,5 % au sol. Le reste représente la quantité apposée sur les rameaux et ceps qui diffère suivant le cépage (8 à 12 % mesurés sur banc).

Les essais ont confirmé une répartition transversale homogène sur toute la hauteur de végétation (Figure 5 page suivante). La turbulence créée par la rencontre des lames d'air améliore considérablement le traitement au coeur de la végétation. La répartition totale et transversale montre un coefficient de variation(3) de 6 %, paramètre essentiel pour l'évaluation des matériels.

La répartition des gouttes sur feuilles est aussi homogène en fines qu'en grosses gouttes. De plus, les gouttes sont totalement confinées par le bouclier d'air sur le dessus comme le dessous.

Bliss permet une qualité d'application avec des pertes quasi nulles sans avoir besoin des buses antidérive à injection d'air. Que ce soit avec des buses classiques ou antidérive, la qualité reste équivalente. La dérive directe des produits lors de l'application devient négligeable.

Expérimentation en vigne large

Bliss a été évalué dans sa configuration initiale pour déterminer les évolutions à effectuer pour l'adapter en vigne large. Les répartitions transversales homogènes sont confirmées avec un coeur de végétation quasi aussi bien traité que les bords. Les premières mesures de Bliss adapté pour les vignes larges permettent de le positionner au niveau des meilleurs systèmes actuels, avec un potentiel d'amélioration qui le situerait à un niveau de performances équivalent, voire meilleur qu'en vigne étroite.

Perspectives

Avantages connexes

La qualité d'application et la garantie d'un traitement optimal sur les feuilles permettent d'envisager le raisonnement des doses en toute sécurité et répondent donc à la volonté de labellisation qualité telle que le LabelPulvé(4). La réduction du risque doit permettre une utilisation mieux acceptée des méthodes de raisonnement telles que l'outil d'aide à la décision Optidose.

En outre, le procédé apporte :

- une conception permettant une consommation d'énergie réduite, a minima d'un facteur 2 ;

- un faible encombrement similaire à un « face par face » classique et une maniabilité facilitant le travail des opérateurs et diminuant les temps de chantier (inconvénient majeur des panneaux récupérateurs) ;

- une simplicité de réglage et d'utilisation ;

- une conception facilitant son intégration et sa maintenance (installation, temps de nettoyage réduits, etc.) ;

- une compatibilité avec tous les types de distribution de spray (circulation simple, continue, mixte, etc.).

Diffusion et recherches

Le système est couvert par un brevet international(5). Bliss est en cours de transfert industriel avec la Satt(6) AxLR auprès de la profession. Divers scénarios sont envisagés pour mettre à disposition de l'ensemble de la filière la solution dès 2020.

Bliss offre une capacité d'automatisation intégrale qui ouvre la porte à la pulvérisation de précision. Il équipera les robots expérimentaux synchronisés Adapt2E d'Irstea. Toutes les voies d'automatisation apportant des solutions durables à l'amélioration des traitements extrapolables aux porteurs classiques (modulation des sprays et gestion de l'air par rapport à la végétation, détection des rangs, etc.) seront étudiées.

(1) Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture - Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement.(2) Selon l'effet Coanda, un fluide en mouvement rapide (gaz ou liquide) a tendance, lorsqu'il entre en contact avec une surface courbe, à suivre cette surface et le profil aérodynamique de celle-ci.(3) Le coefficient de variation de la répartition des gouttes caractérise l'homogénéité des dépôts sur les feuilles dans tous les compartiments de mesure sur le banc EvaSprayViti. Moins il y a d'écart entre les dépôts entre compartiments, meilleure est la qualité d'application.(4) voir « Workshop régional Innoseta sur la pulvérisation en viticulture », Phytoma n° 728, p. 12-16.(5) Brevet « Système et procédé de pulvérisation de produit, notamment de produit phytosanitaire » du 22/12/2017. N° EP 2018/086355.(6) Société d'accélération du transfert de technologies.