Essais terrain¶

Présentation¶

Les essais ont comme objectif de valider le prototype par rapport au cahier des charges dressé au début du projet. Ces essais ont été divisés en plusieurs phases, tout d’abord sur des aspects purement fonctionnels, puis de plus en plus vers le besoin agronomique auquel le prototype doit répondre.
Le premier essai complet du prototype « Strip-Cut » s’est déroulé chez Jean-Luc ORTEGAT, le 7 octobre 2021. La parcelle qui nous a été mise à disposition est une parcelle de chaumes écartées de 32 cm d’inter-rang. Une luzerne a été semée sur cet inter-rang au début du printemps et s’est développée sous couvert de la céréale jusqu’à la moisson, où elle a pu pousser et atteindre une quarantaine de centimètres.
Il sera tout d’abord présenté les résultats du test de fonctionnement se déroulant hors des champs, puis les résultats des tests au champ avec le test de couteau et le test de performance.

Tests préalables¶

Test de fonctionnement¶

La première phase d’essai consiste à s’assurer que le prototype est capable d’assurer ses fonctions sans problème et d’évoluer sans présenter de danger pour les opérateurs de par le détachement des pièces en mouvement. Cet essai s’est déroulé en amont du test du 7 octobre. Les paramètres évalués durant ce test sont la bonne évolution de la machine sur un terrain accidenté sans que les organes en mouvement ne touchent le sol, le réglage de hauteur de travail, l’absence de collision entre les pièces en rotation et fixes ou encore l’entrainement de l’axe. La réussite à chacune de ces fonctions est vérifiée sur critère visuel uniquement et répertorié dans le Tableau 1. Comme le montre ce tableau, les résultats sont positifs avec toutefois des pistes d’amélioration, notamment pour le réglage de la hauteur de fauche. En effet les vibrations de l’engin faisaient tourner la manivelle de réglage, une calle de blocage a donc été ajoutée (Figure 1).

Figure 1 : Cale de blocage

Tableau 1 : Objectifs et résultats du test de fonctionnement

Test des couteaux¶

Le test des couteaux est la première étape du test au champ. Ce test permet de déterminer quels couteaux et quelle combinaison de couteau sont les plus adaptés aux conditions de l’essai pour une coupe optimale de la luzerne. La combinaison choisie doit évidemment correspondre à la largeur des inter-rangs. Les différents couteaux disponibles sont visibles en Figure 2. Ils ont des profils différents : lisses, crantés ou incurvés, et sont tous adaptés à des modalités d’inter-rang de 37,5 cm et plus. La largeur d’inter-rang de 32 cm de l’essai n’a donc pas permis d’essayer ces couteaux pour le test de performance, seules différentes combinaisons de couteaux auront été testés.

Figure 2 : Les différents types de couteaux

Les différentes combinaisons testées sont :
• 4 couteaux en haut / 4 couteaux en bas
• 2 couteaux en haut / 2 couteaux en bas
• Pas de couteaux en haut / 4 couteaux en bas
Visuellement, c’est la dernière combinaison qui donnait les meilleurs résultats, la première combinaison à 8 couteaux emmêlait la matière et faisait des tresses de luzerne (Figure 3). La deuxième solution n’était pas assez efficace et ne coupait pas les brins de luzerne.

Figure 3 : Tresse de luzerne créée par le prototype

La méthode du test est détaillée dans le protocole, elle repose sur de l’appréciation visuelle de la qualité de travail et une pesée de biomasse pour confirmer les observations. Les pesées de biomasse après le passage du prototype ont montré que les différences entre les montages à 4 couteaux en haut et en bas, et 4 couteaux en bas, ne présentent pas de différences significatives.
Le test de performance a été réalisé avec seulement 4 couteaux en bas.

Note : En fin de journée, après que toutes les modalités et prélèvements associés aient été effectués, nous avons réalisé un test non documenté. On a effectué un remplacement des petits couteaux correspondant à la modalité de semis de la parcelle par des couteaux plus grands et plus coupant qui ont donnés des résultats plus satisfaisants. On peut donc être amené à penser que les couteaux utilisés lors de ce test ont biaisé les résultats, ce qui expliquerait l’absence de différence significative lors des pesées de biomasse.

Test de performance¶

La première étape a été de standardiser les données brutes dans un Excel, de manière que l’utilisation de R-Studio soit possible. Il a donc été question d’uniformiser le nom des variables pour faciliter le codage sur le logiciel et éviter les erreurs. Les variables étudiées exprimant la qualité de coupe de la luzerne après le passage de Strip-Cut sont les suivantes :
• Proportion de tiges (de luzerne) coupées en %
• Proportion de résidus (de luzerne) inférieurs à 10 cm en %
• Hauteur des éteules (de luzerne) en cm
• Proportion de dégâts sur la culture en %
• Masse sèche de luzerne en g

Les résultats se présentent sous forme graphique, dans le but de comparer entre une vitesse d’avancement de 3.5 et 7 km/h.

Figure 4 - Proportion de tiges de luzerne coupées selon la vitesse d’avancement

En établissant une base de 100% pour le témoin qui a été coupé à la main, on remarque un effet vitesse décroissant sur la quantité de tiges coupées. La qualité de coupe, particulièrement sa régularité, est dégradée avec l’augmentation de la vitesse, l’écart-type est 2 fois plus important à 7 km/h qu’à 3.5 km/h (Cf. figure n°4).

Figure 5 - Proportion de résidus de moins de 10 cm selon la vitesse d’avancement

Le témoin étant réalisé à la main, il n’y a pas de hachage. On remarque qu’il y a très peu d’impact de la vitesse sur le séquençage des tiges de luzerne entre 3.5 et 7 km/h. Concernant les écart-types, ils sont très similaires (Cf. figure n°5).

Figure 6 - Hauteur des éteules de luzerne selon la vitesse d’avancement

On constate une dégradation de la hauteur de coupe avec l’accroissement de la vitesse d’avancement. L’objectif initial était de couper la luzerne 7cm au-dessus du collet. On notera que la régularité n’est cependant pas dégradée, la hauteur reste sensiblement identique pour une vitesse donnée (Cf. figure n°6).

Figure 7 - Proportion de dégât sur la culture selon la vitesse d’avancement

Par l’absence d’un système d’aide au guidage, on constate une évidente dégradation du suivi de l’inter-rang, d’autant plus importante avec l’accroissement de la vitesse d‘avancement. L’objectif était de 10% de dégât au maximum. Ce stade n’est pas encore atteint à 3.5 km/h (Cf. figure n°7).

Figure 8 - Masse sèche de luzerne récoltée selon la vitesse d’avancement

La masse de matière sèche de luzerne récoltée selon la vitesse d’avancement est difficilement exploitable étant donné de l’irrégularité du développement de la luzerne au sein de la parcelle. Les essais ont été réalisés sur des bandes d’inter-rang à la suite d’une appréciation visuelle et subjective pour tenter d’être le plus répétable possible. Cependant, on remarque tout de même qu’il y a plus de matière sèche de récoltée à 7km/h qu’à 3.5km/h (Cf. figure n°8). Cela est directement lié au développement des pieds de luzerne, étant donné que la densité de semis est la même sur toute la parcelle et que pour une surface donnée, retrouve le même nombre de pieds.

Validation des objectifs¶

Les seuils de performance fixés lors de l’établissement du cahier des charges sont repris dans le Tableau 2, et comparés aux résultats obtenus lors du test. Les résultats insuffisants comparés aux attentes sont signalés en rouge et les critères de performance validés sont en vert. Seul le critère portant sur la précision de travail n’a pas été relevé puisque la préconisation sur le guidage du tracteur n’a pas pu être respectée lors du test, les lignes de guidage du semis n’ayant pas pu être réutilisées.

Tableau 2 : Comparaison des objectifs avec les résultats

Dès à présent l’enjeux est de pouvoir expliquer l’origine des manquements du prototype lors du test. Pour chacun des critères de performance où des valeurs inférieures aux objectifs ont été relevés, nous proposons une explication qui remet en cause la conception du prototype, les conditions globales du test, ou les deux :
• Hauteur de fauche : Pas assez de rappui sur l’élément, hausse du niveau de coupe probablement due à un effet de pianotement, ce qui est assez facilement corrigible en mettant plus de poids ou en exerçant une pression sur le parallélogramme de l’outils.
• Part de tiges coupées : Problème venant des couteaux. Les petits couteaux nécessaires pour le respect de l’inter-rang de la parcelle sont moins coupant que les grands à notre disposition.
• Un essai non documenté en fin de journée a permis d’apprécier un gain énorme en qualité de coupe avec les grands modèles. Des couteaux plus aiguisés pourraient suffire à corriger le problème, à vérifier.
• Part de dégâts : Faible écart avec l’objectif, probablement dû à l’absence de guidage GPS. Un chauffeur seul ne pouvant pas rester dans le rang avec une précision inférieur à 2cm à 7 km/h, ce qui implique des dégâts sur la culture d’intérêt.
• Répartition des résidus : Source non clairement identifiée. Des performances de coupe insuffisantes peuvent en être la cause en provoquant des paquets de matière par l’arrachement ponctuel de tiges.
• Qualité de fragmentation : La confection de brin de 10cm est normalement permise par le double étage de couteau. Or, à la suite du test de coupe, le deuxième étage de couteau a été retiré.
Il est cependant bon de préciser que la modalité à 3,5 km/h correspond beaucoup aux performances attendues et que les résultats de la modalité à 7 km/h ne sont pas pour autant aberrante par rapport aux objectifs, d’autant plus avec des améliorations suggérées facilement réalisables.

Hypothèses de réserve pour l’amélioration des performances¶

• Le moteur hydraulique ne tourne pas assez vite pour garantir une coupe optimale dans toutes les conditions.
> Solution envisageable : Tester avec un moteur de plus petite cylindrée, qui tournerait donc plus vite pour un même débit hydraulique.

• Les petits couteaux ne sont pas assez grands pour garantir une coupe optimale
> Solution envisageable : Préconiser un inter-rang plus important pour utiliser les grands couteaux, qui possède différents profils de coupe, ce qui pourrait avoir un impact sur la qualité de réalisation.

• Les petits couteaux ne sont pas assez tranchants
> Solution envisageable : Affûter les couteaux (sous réserve qu’ils ne s’émoussent pas trop rapidement).

• La luzerne n’a pas été régulée assez régulièrement , il y a donc une formation de fibre dans les tiges.
> Solution envisageable : Tester des fréquences de fauche variables, dans le but de déterminer celle qui est optimale.