Protocole¶

Contexte¶

Le projet CASDAR (Compte d’affection Spécial au Développement Agricole et Rural) « Engaged », coordonné par la fédération des CUMA Normandie Ouest, représentée par Florian Frémont et Gauthier Savalle, a pour objectif de trouver des solutions techniques de régulation de couverts végétaux (légumineuses en particulier) en inter-rang d’une céréale d’hiver. La régulation des couverts a pour but d’éviter la concurrence à la céréale pour la lumière et de pouvoir restituer l’azote des débris de légumineuses à la céréale (Sergheraert et al., 2019).

Dans le cadre du CASDAR, la fédération des CUMA Normandie Ouest a commandité un projet de prototypage à la Chaire Agro-Machinisme et Nouvelles Technologies d’UniLaSalle, représentée par Simon Ritz. Le prototypage est mené au sein du module projet de conception et prototypage du parcours d’approfondissement en agroéquipements et nouvelles technologies (AENT). Ce module vise au développement des compétences en prototypage, conception et marketing sur trois semestres académiques. Le groupe impliqué dans le projet en objet se compose de trois étudiants et a pour mission de d’imaginer un prototype en trois étapes :

(1) réaliser un état de l’art et une clarification des besoins et des fonctions attendues sur la base de la bibliographie et d’enquêtes auprès de spécialistes du sujet et d’utilisateurs ;

(2) concevoir un modèle d’outil et en réaliser un prototype à tester ;

(3) déterminer le coût total d’une machine prête à vendre et mener une étude du marché.

L’état de l’art et des besoins (disponible sur la page Recherches Bibliographiques du Wiki) mènent à identifier une machine étant capable de :

(a) couper le couvert de légumineuses,

(b) en sauvegardant le potentiel de repousse du couvert,

(c) sans abimer la culture d’intérêt.

L’objectif de ce document est de présenter le protocole de test des performances du prototype, c’est-à-dire sa capacité à répondre aux trois grandes fonctions précédentes pour lequel il a été développé. Le document se structure en 4 parties dans lequel il sera abordé le test de fonctionnement préalable à l’utilisation en conditions réelles, les hypothèses de performances, la description du dispositif de test de performances ainsi que le traitement des données collectées.

Test de fonctionnement¶

Le tout premier test de fonctionnement du prototype a pour but de s’assurer que le fonctionnement des parties animées et des composants réglables sont bien utilisables et qu’ils répondent aux exigences attendues (sécurité, facilité et accessibilité des réglages, réponses aux besoins élémentaires).
L’ensemble des tests prévus permet de s’assurer de la réponse positive aux objectifs suivants :

 La roue permet l’avancement de la machine sans que les lames touchent le sol. (1)

 Le réglage de hauteur permet au lamier un suivi du terrain à hauteur constante. (2)

 Le réglage de la largeur de travail n’entraine pas de collision avec les lames adaptées. (3)

 Le moteur hydraulique permet l’entrainement de l’axe de fauche et des lames. (4)

Pour répondre à ces différents objectifs, les tests suivants sont envisagés :

 Test de roulage du prototype sur la roue.

 Test d’usage des différents réglages.

 Test de fonctionnement du moteur en rotation.

Les mesures de performances pour ces différents tests se concluent par une réponse favorable ou défavorable à l’objectif en question. Les évaluations en question ne permettent pas de cibler un seuil de référence plus précis. De plus, les appareils de mesure nécessaire ne nous sont aujourd’hui pas accessibles.

La mise en place de ce protocole, permet de renseigner le Tableau 1 présenté ci-dessous :

Tableau 1 : Tableau de synthèse des résultats

Objectif du test de performance et hypothèses¶

L’objectif du test de performance est de montrer que le prototype proposé est capable de réduire le couvert au plus près du rang de la culture d’intérêt et sans l’abimer.

Les hypothèses de performance du prototype découlent des fonctions fixées à l’outil, elles seront les suivantes :

Hypothèse 1 : Le passage de l’outil n’affecte pas le potentiel de repousse de la légumineuse.
Objectif : Varier et maintenir la hauteur de coupe.
Seuil : Laisser une hauteur de tige de 5 à 7 cm.

Hypothèse 2 : Les résidus de légumineuses sont répartis de façon homogène sur tout l’inter-rang pour favoriser leur dégradation.
Objectif : Restituer la biomasse sur le sol.
Objectif : Sectionner la biomasse régulièrement.
Seuils : Conserver des tronçons de luzerne de 10 cm bien répartis.

Hypothèse 3 : L’outil n’affecte pas la culture d’intérêt lors de son passage.
Objectif : Préserver la culture d’intérêt et diviser les tiges.
Seuil : Proportion de dégâts inférieure à 10%, passage de roues compris.

Hypothèse 4 : Les performances de l’outil sont conservées quelques soit l’inter-rang de semis de la céréale dans la plage de valeurs prévue.
Objectif : S’adapter aux différents inter rangs.
Seuil : Précision inférieur à 4cm, débit de chantier, sans bourrage.

Description du dispositif de test¶

Le dispositif de test sera une parcelle dédiée représentative des conditions réelles pratiquées par les agriculteurs exerçant le semis direct de céréales sous un couvert de légumineuses vivant. On choisira une parcelle de luzerne, déjà en place qui aura été récoltée ou broyée, dans laquelle une céréale aura été implantée en semis direct. Dans le but de correspondre aux différentes conditions d’utilisation, des zones seront semées à inter rang différents et conduites avec un nombre différents de passage de l’outil de régulation, permettant à l’expérimentation de s’intéresser aux niveaux de rendement de la culture.

Facteurs et niveaux de facteurs du dispositif¶

Les caractéristiques du dispositif retenues sont les suivantes :

• Parcelle implantée en blé d’hiver en utilisant un système de géolocalisation de précision, type GPS RTK avec un niveau de précision de 2 cm.

• Inter rang de semis de 33 et 37,5 cm.

• Une surface « test » sera utilisée pour :

• Régler la hauteur de coupe.
• Effectuer les changements de modalités.

• La surface disponible est de 1000m², hors surface « test ».

• 3 répétitions par modalité, soit environ 100m².

• Un espace est laissé entre les répétitions.

• Le roulage du tracteur est réfléchi pour limiter le piétinement (type controlled traffic farming).

Méthode de test¶

Ce test consiste à évaluer la capacité du prototype à remplir ses fonctions. Les critères d’évaluation utilisés sont présentés dans le Tableau 2 et seront justifiés par la suite.

Afin de mener cette évaluation, des modalités opérationnelles ont été définies (Tableau 3) ainsi qu'un plan d’expérimentation (Tableau 4) distribuant ces modalités dans la parcelle. Ensuite, un tableau de collecte des données (Tableau 6) a été conçu pour récolter les mesures et observations faites au champ pour chaque critère d’évaluation.

Les hypothèses de départ sont testées à l’aide de la mise en place du protocole de test. Cela permet de mettre en pratique le test de chacune de ses fonctions. Les hypothèses comprennent une ou plusieurs fonctions :

Hypothèse 1 : Le passage de l’outil n’affecte pas le potentiel de repousse de la légumineuse.
Fonction : Couper la biomasse en interligne des rangs de la culture d’intérêt
Varier la hauteur de coupe.

Hypothèse 2 : Les résidus de légumineuses sont répartis de façon homogène sur tout l’inter-rang pour favoriser leur dégradation.
Fonctions : Restituer la biomasse sur le sol.
Sectionner la biomasse.

Hypothèse 3 : L’outil n’affecte pas la culture d’intérêt lors de son passage.
Fonction : Préserver la culture d’intérêt.
S’adapter aux différents inter rangs.
Diviser les tiges (couvert VS culture d’intérêt).

Hypothèse 4 : Les performances de l’outil sont conservées quelques soit l’inter-rang de semis de la céréale dans la plage de valeurs prévue.
Fonction : S’adapter aux différents inter rangs.
Diviser les tiges (couvert VS culture d’intérêt).

Les critères présentés dans le Tableau 2 sont propres à chaque fonction du prototype (disponible dans l'onglet Cahier des charges fonctionnel sur le Wiki). Les résultats obtenus à chacun de ces critères permettront de confirmer ou non les hypothèses de performance émises.

Tableau 2 : Critères d’évaluation

Justification des critères¶

Les critères d’évaluation et leurs seuils présentés précédemment ont diverses origines, certains sont hérités des recherches sur les pratiques de semis direct sous couvert que nous avons menés pour la conception de l’outil. Il y a par exemple la proportion de tiges sectionnées, la taille des tronçons ou encore la répartition des résidus, hérités de témoignage d’experts. D’autres sont plus simplement obtenus par les contraintes technologiques ou encore par la bibliographie. La description de chaque seuil ainsi que la méthode est présentée ci-dessous :

• 75 % de tiges sectionnées : raisonnement mathématique : cela correspond à l’espace laissé par la machine au réglage le plus étroit : inter rang de 30 cm avec une proximité du rang de 4 cm (justification à suivre).

• 10 % de perte à l’utilisation : Surdose de semis préconisé en cas de binage de céréales pour compenser les dégâts (Alamome et al., 2012): le prototype pourrait être assimilé à une bineuse et ne doit donc pas faire plus de dégâts.

• Homogénéité de répartition des résidus : permet la maximisation des échanges avec le sol, issu des témoignages de Régis Helias (ingénieur agronome pour Arvalis, spécialiste en semis sous couvert) et Alicia Ayerdi Gotor (enseignante chercheuse en production végétale à l’institut polytechnique UniLaSalle).

• 1 bourrage par modalité : les conditions sont différentes entre chaque modalité (objectif de 0 avec des diviseurs). Ce seuil permet de conserver le débit de chantier prévu.

• Variation de 2 cm de hauteur de fauche : la littérature préconise une hauteur de fauche entre 5 et 7 cm pour une bonne reprise. La roue et le parallélogramme doivent permettre un suivi régulier du terrain et conserver cet intervalle.

• Précision à 4 cm du rang : cela prend en compte l’incertitude du RTK, la largeur du rang, ainsi qu’une marge de sécurité (peut-être à modifier selon les conditions réelles de la parcelle).

• Tronçon de 10 cm : Stade d’intervention lorsque la luzerne fait 20-30 cm : Il s’agit d’une préconisation agronomique pour limiter la concurrence. C’est pourquoi le prototype possède 2 hauteurs de lames pour couper des tronçons de longueur égales de la plante.

Modalités opérationnelles¶

Afin d’évaluer ces critères objectivement, plusieurs modalités opérationnelles seront suivies pour correspondre au mieux à des conditions réelles d’utilisation du prototype. Ces modalités sont elles aussi inspirées des recherches bibliographiques agronomiques ou des enquêtes utilisateurs faite en amont de la conception (Tableau 3).

Tableau 3 : Modalités opérationnelles

Plan d'expérimentation¶

Tableau 4 : Plan de collecte

Collecte des données¶

Le fichier de collecte des données permettra de relever les observations et mesures faites au champ et cela pour chaque critère d’évaluation. Les relevés seront effectués pour les 3 répétitions de chaque modalité, au nombre de 8, plus les témoins.

Le nombre de prélèvement, permettant l’appréciation des 7 critères d’évaluation, sera fixé à 1 par répétition de modalité. Le temps disponible pour effectuer ce test y jouant pour beaucoup, l’objectif étant de pouvoir réaliser les relevés en une demi-journée.

Le prélèvement de chaque répétition de modalité sera effectué dans la zone la plus représentative possible et sur une surface de 0,25 m². Cette surface permet, quel que soit la modalité, de prendre en compte 2 rangs de culture d’intérêt pour les critères concernant les dégâts. Par conséquent cette surface inclura plus d’un inter rang de culture d’intérêt pour les critères concernant la régulation du couvert.

Tableau 6 : Tableau de collecte des données

Matériel nécessaire¶

Les relevés nécessaires au test ne demandent pas de matériel de mesure spécifique. Il sera tout de même indispensable d’avoir 3 outils majeurs et en plusieurs exemplaires pour pouvoir faire les relever en simultané et gagner du temps. Les outils sont :
• Mètre ruban
• Ordinateur avec Excel et le Tableau de synthèse des résultats téléchargé sous ce même logiciel
• Cadre en bois de 50x50cm (0,25m²) pour faciliter l’identification de la zone de prélèvement

Temps de collecte¶

Les temps de collecte des données sont estimés à priori en se basant sur des temps de relevés moyens :

8 modalités x 3 répétitions = 24 zones
7 critères à mesurer x 24 zones = 168 relevés
168 relevés x 1min 30s (en moyenne) = 252 min, soit 4h 15min

2 modalités témoin x 3 répétitions = 6 zones
1 critère x 6 zones = 6 relevés
6 relevés x 30s = 3 min

Les temps annexes aux relevés (préparation du matériel, déplacement entre les zones) ne sont pas prévus ci-dessus. Ils sont estimés à un pourcentage de 15 % du temps de relevé. Le temps total de mise en pratique des relevés est de 5 heures.

Gestion des données collectées¶

Les données collectées lors du test seront directement entrées sur le fichier Excel dédié. Ce procédé permettra d’éviter les erreurs potentielles lors du transfert des feuilles de relevés papier au format numérique. Les données seront ainsi directement utilisables pour réaliser les analyses, faites sur ce même logiciel.

Ces calculs en question porteront majoritairement sur des formules de statistique descriptive. En effet nous accorderons de l’importance au calcul de moyenne et d’écart type de chaque modalité, ce qui permettra de se rendre compte de la variabilité entre les répétitions.

Notre cible est d’atteindre 90% des relevés correspondant aux seuils fixés pour pouvoir annoncer des performances constantes. Les modalités ne permettant pas l’atteinte de ces seuils conduiront à refuser, au moins partiellement, l’hypothèse de performance concernée.

Une hypothèse refusée amènera soit à une remise en cause des performances du prototype, soit à une réévaluation du seuil du critère.

Remerciements¶

Le projet ENGAGED est financé à 80 % par des fonds issus de l’appel à projet « Innovation et Partenariat » du Compte d'Affectation Spécial Développement Agricole et Rural (CASDAR) et à 20 % par les structures impliquées dans le projet. Les membres du projet de prototypage tiennent à remercier Simon Ritz, titulaire de la Chaire AMNT, pour le suivi académique, et Florian Fremont et Gauthier Savalle de la Fédération CUMA Normandie Ouest.

Bibliographie¶

ALAMOME, D., BRETAGNE, F., GARNIER, F., MOULIN, V., PRIEUR, L., MIDI, C., RODRIGUEZ, A., ET VACHER, C. 2012. DÉSHERBER MÉCANIQUEMENT LES GRANDES CULTURES. p. 82

SERGHERAERT, T., CHAUVEL, B., FREMONT, F., CORDEAU, S., BERNARD, P.-Y., ET BLOUX, A. 2019. Retour d’expérience sur le semis direct sous vouvert sans glyphosate. In Journée internationale sur la lutte contre les mauvaises herbes. Décembre 2019, Orléans, FRA. p. 10.