Post-équipement de machines agricoles et sylvicoles avec des filtres à particules

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Département fédéral de l'environnement des transports, de l’énergie et de la communication DETEC Office fédéral de l’environnement OFEV Département fédéral de l’économie DFE Station de recherche Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Projet technologique du canton de Berne Post-équipement de machines agricoles et sylvicoles avec des filtres à particules Auteurs Marco Landis, Station de recherche Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Stefan Schär, beco Economie bernoise, Protection contre les immissions Felix Reutimann, Office fédéral de l’environnement OFEV, Division Protection de l'air et RNI Tänikon 2011

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3 Sommaire Résumé . 4 Introduction . 5 Description succincte du projet . 5 Véhicules choisis . 6 Montage et systèmes de filtres . 7 Montage des filtres . 7 Systèmes de filtres utilisés . 7 Véhicules non équipés . 9 Suivi technique et expériences pratiques . 10 Heures de service . 10 Température des gaz d’échappement . 10 Contre-pression des gaz d’échappement . 11 Pannes techniques et recommandations . 11 Avis des participants au projet . 13 Coûts . 13 Coûts d’acquisition . 13 Frais variables . 13 Réduction de la quantité de suie . 14 Perspectives . 15 Conclusion . 15 Remerciements . 16 Bibliographie . 16

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4 Résumé Dans le cadre du projet technologique du canton de Berne, des filtres à particules ont été montés sur 18 véhicules agricoles et sylvicoles. L’objectif était d’acquérir des connaissances et des expé- riences supplémentaires concernant le meilleur mode opératoire pour équiper a posteriori des véhicules de filtres à particules et d’élaborer un guide pratique pour le post-équipement des ma- chines agricoles avec des systèmes modernes d’épuration des gaz. Le canton de Berne a assu- mé la direction du projet ainsi que les trois quarts des coûts d’acquisition et de montage des systè- mes de filtres à particules. La Station de recher- che Agroscope Reckenholz-Tänikon ART a assu- ré l’accompagnement scientifique et technique du projet. Le financement du suivi du projet a été assuré par l’Office fédéral de l’environnement OFEV. Les représentants de l’USM (Union suisse du métal), de l’ASETA (Association suisse pour l'équipement technique de l'agriculture) et de l’OAN (Office de l'agriculture et de la nature du canton de Berne), ainsi que ceux des utilisateurs, ont été régulièrement informés de l’avancement du projet et des étapes ultérieures par la direction du projet.

Tous les filtres installés se sont avérés très effica- ces, avec des taux de rétention des suies de die- sel très élevés. Même en fin de projet, les tuyaux d’échappement ne présentaient aucun dépôt de suie visible. Les agriculteurs et les autres utilisa- teurs se sont déclarés très satisfaits de leur effi- cacité. Les filtres ont pu être montés sur tous les véhicules à l’exception de deux qui ne disposaient pas d’un espace suffisant à cet effet. La manipula- tion des filtres n’a pas posé de problèmes particu- liers. La contre-pression des gaz d’échappement était à peine plus élevée qu’avec le dispositif d’échappement d’origine, et la puissance des moteurs et la consommation supplémentaire de diesel n’ont pas donné matière à discussion. Au- cun des moteurs n’a subi de dommages au cours du projet. Les systèmes de régénération et les filtres étaient pour la plupart adaptés à l’utilisation des véhicules.

Pour les 18 véhicules, les coûts des filtres et du montage se sont élevés en moyenne à 17 500 francs. Le nettoyage des filtres, la consommation d’additif et la consommation supplémentaire de carburant ont entraîné des coûts variables, se situant entre 50 centimes et 2.50 francs par heure de service. Une estimation prudente montre que l’installation de filtres à particules efficaces sur ces machines agricoles et l’utilisation de celles-ci jusqu’à leur fin de vie probable après environ 10 000 heures de service, permet d’éviter le rejet d’environ une ton- ne de suie de diesel.

Quelques pannes se sont produites au cours du projet, qui allaient de modifications à apporter afin d’améliorer l’installation jusqu’à l’endommagement des filtres, en passant par des problèmes liés à l’alimentation en additif. Les filtres de six véhicules ont été endommagés, ce qui a nécessité leur remplacement et entraîné des coûts supplémen- taires. Les causes de ces dommages sont diver- ses. Pour un modèle de filtre, les jonctions entre les différents éléments en céramique du monolithe n’ont pas résisté aux sollicitations. Dans un autre cas, des problèmes liés au système de régénéra- tion et l’augmentation de la contre-pression des gaz d’échappement qui en a découlé ont endom- magé le filtre. Les défaillances de la régénération étaient dues à des relais de chauffe défectueux et à une alimentation en additif insuffisante. Le gel des tubes sous pression de l’alimentation en addi- tif a notamment donné lieu à des signaux de pres- sion erronés, qui ont entraîné un sous-dosage de l’additif. Les moteurs répondant aux exigences de la phase III A en matière de gaz d’échappement ont fréquemment eu des pannes, qui étaient dues à la commande électronique du moteur et qui étaient liées à la recirculation des gaz d'échappe- ment. Une légère augmentation de la contre- pression des gaz d’échappement entraîne une élévation du taux de recirculation de ceux-ci et, partant, une augmentation des émissions de suie qui a pour effet d’augmenter encore la contre- pression. La contre-pression d’un filtre à particules peut ainsi augmenter rapidement dans un moteur conforme à la phase III A, ce qui ne laisse prati- quement pas le temps de prendre des mesures pour contrer cette élévation. La plupart des pan- nes sont donc dues à des défauts découlant du montage ou à des problèmes liés au système de régénération.

Les véhicules utilisés dans l’agriculture et la sylvi- culture sont soumis à des conditions de travail difficiles: encrassement, utilisation par tous les temps, utilisations de brève durée et travaux de nature diverse sollicitant faiblement ou fortement le moteur. De ce fait, dans ce secteur, l’utilisation de systèmes de filtres à particules est plus difficile et pose des exigences particulières quant à leur

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5 installation et à leur robustesse. Il y a toutefois lieu de relever qu’à une exception près, toutes les pannes ont pu être réparées et que tous les véhi- cules (certains équipés de nouveaux filtres) ont pu à nouveau être utilisés. L’acceptation des filtres à particules dans la prati- que agricole est mitigée. L’enquête menée dans le cadre du projet a montré que les coûts d’acquisition élevés et la crainte de problèmes techniques étaient les principaux arguments contre un post-équipement des véhicules. La per- te de la garantie sur le moteur donnée par le constructeur du moteur ainsi que la charge de travail supplémentaire et les frais d’entretien éle- vés ont également été des motifs invoqués pour ne pas participer au projet technologique.

Malgré les nombreux petits problèmes techniques qui ont pu aller jusqu’à l’endommagement des filtres, on peut conclure que, lorsqu’ils sont mon- tés correctement et que le système de régénéra- tion est adapté à l’utilisation du véhicules, les fil- tres fonctionnent de manière fiable et à la satisfac- tion des utilisateurs et qu’ils présentent un taux de rétention de suie très élevé. Figure 1: Pot d’échappement exempt de suie après 1600 heures de service avec un filtre à par- ticules.

Introduction Dans le secteur non routier, les véhicules agrico- les sont les principaux responsables des rejets de suie de diesel cancérogène (Schäffeler et Keller 2008). L’agriculture et l’exploitation forestière contribuent pour près de moitié à ces rejets. Contrairement aux engins de chantier pour les- quels on a pu bénéficier de la longue expérience en matière de systèmes de filtres dans l’exploitation minière souterraine, un retard impor- tant doit être comblé en ce qui concerne le post- équipement des véhicules agricoles. En 2007, on a pu montrer, dans le cadre d’un projet réalisé par la Station de recherche Agros- cope Reckenholz-Tänikon ART, que les filtres étaient extrêmement efficaces, mais que leur ins- tallation et leur utilisation devait être planifiée avec soin. Chaque filtre doit être adapté au véhicule ainsi qu’au type d’utilisation, et régulièrement en- tretenu. De plus amples informations sur ce projet sont données dans le rapport ART n° 677 (Landis et al. 2007).

Afin de recueillir des expériences supplémentaires sur l’installation a posteriori de filtres à particules sur des machines agricoles, le canton de Berne a encouragé le post-équipement d’un nombre limité de véhicules agricoles dans le cadre d’un projet technologique, dont il a par ailleurs assumé les trois quarts des coûts. Les raisons qui motivent les agriculteurs à équiper leurs machines agricoles de filtres à particules sont diverses. Il peut s’agir du souci de leur santé et de celle de leur prochain, de la protection des travailleurs, de motifs écologiques, d’image ou de marketing, ou des avantages qu’ils confèrent pour l’obtention de mandats des pouvoirs publics, les filtres à particules étant de plus en plus souvent un critère de sélection. Ce projet vise à ouvrir la voie à l’équipement ou au post-équipement volon- taire de véhicules agricoles avec des filtres à par- ticules dans le canton de Berne. Il doit en outre permettre l’élaboration de recommandations clai- res permettant d’installer des systèmes modernes d’épuration des gaz d’échappement sur les ma- chines agricoles.

Description succincte du projet Dans le cadre de ce projet technologique, 18 vé- hicules agricoles du canton de Berne ont été équipés de filtres à particules et soumis à un test de deux ans sur le terrain. La Station de recher- che ART s’est chargée pendant deux ans de l’accompagnement scientifique et technique et a soutenu les propriétaires des véhicules grâce à des informations et des conseils sur le choix et l’utilisation du filtre à particules. L’efficacité des systèmes de filtres à particules a été contrôlée périodiquement par des spécialistes, les cas po-

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6 Agriculteurs Commune bourgeoisie Communes d'habitants Exploitations cantonales Fondation Coopérative agricole 9 1 4 2 1 1 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Heures de service lors de l'installation du filtre Véhicule sant problème ont été analysés et les systèmes sujets à défaillances remplacés. Les ateliers de réparation de machines agricoles avaient un rôle clé à jouer en tant qu’interlocuteurs directs: ils conseillaient les agriculteurs et étaient responsa- bles de l’installation et de l’entretien des systèmes de filtres à particules. Ils ont, par conséquent, été intégrés en tant que partenaires actifs dans le projet.

L’expérience et les connaissances acquises au cours de ce test sur le terrain doivent permettre d’ouvrir la voie, dans le canton de Berne, à l’équipement volontaire de véhicules agricoles neufs en filtres à particules ou à l’installation de ceux-ci a posteriori. L’objectif visé est un rapport technique comportant des recommandations pra- tiques sur la manière de procéder lors du post- équipement des machines agricoles avec des systèmes de filtres à particules fermés éprouvés, conformes à la liste de filtres de l’OFEV (Office fédéral de l'environnement OFEV 2010) et à la règle suisse SNR 277205 (Association suisse de normalisation 2009), et sur l’entretien des filtres à particules. Il est également prévu d’élaborer un guide destiné avant tout aux agriculteurs et aux ateliers de réparation de machines agricoles, mais aussi aux services communaux ainsi qu’à d’autres entreprises impliquées dans l’installation de ces filtres, regroupant les principales connaissances et expériences concernant le post-équipement ou l’équipement de machines agricoles neuves avec des systèmes de filtres à particules, ainsi que leur installation, leur utilisation et leur entretien. Véhicules choisis Les agriculteurs ont eu connaissance du projet par le biais de courriers adressés aux ateliers de réparation de machines agricoles et d’annonces dans la presse spécialisée. L’inscription provisoire a été suivie d’une inspection des véhicules par des collaborateurs d’ART et du beco. Après avoir été intégrés définitivement dans le projet, 13 trac- teurs, deux transporteurs, une faucheuse à deux essieux, un mélangeur automoteur et un tracteur forestier ont été équipés de différents systèmes de filtres à particules. Les propriétaires des véhi- cules étaient pour moitié des agriculteurs; ve- naient ensuite des exploitations cantonales, deux communes d’habitants, une commune bourgeoi- se, une fondation et une coopérative agricole (fi- gure 2).

Figure 2: Profil des propriétaires des véhicules inclus dans le projet. Les moteurs des véhicules participant au projet présentaient des puissances allant de 31 à 130 kW, soit en moyenne 80 kW. Dans deux cas, le filtre a été installé sur des véhicules neufs. S’agissant du transporteur Schiltrac, le filtre a été monté sur le véhicule neuf par le constructeur. Pour les autres véhicules, les systèmes de filtres à particules ont été installés sur des véhicules déjà en exploitation. Le tracteur le plus ancien avait 9,5 ans au moment où il a été équipé d’un filtre. Les véhicules accusaient de zéro à 6400 heures de service (figure 3). Le véhicule ayant 6400 heures de service était un tracteur forestier en très bon état technique, pour lequel on pouvait tabler sur une durée de vie de 6000 heures sup- plémentaires.

Figure 3: Nombre d’heures de service des véhicu- les au moment de l’installation du filtre. La plupart des véhicules étaient équipés de mo- teurs répondant aux prescriptions d’émission de la phase II. Six véhicules étaient équipés de moteurs les plus récents, conformes à la phase III A, et

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7 deux de moteurs conformes à la phase I. Un mo- teur ne répondait à aucune prescription relative aux gaz d’échappement. A l’exception d’un trac- teur avec moteur à aspiration naturelle, tous les moteurs disposaient d’un turbocompresseur. Les véhicules sont principalement utilisés pour des tâches agricoles classiques, telles que l’exploitation des herbages, la culture en plein champ et le transport (figure 4). Figure 4: Domaines d’utilisation des véhicules participant au projet.

Six véhicules sont utilisés en forêt, dont trois par des entreprises d’exploitation forestière, les autres dans des forêts paysannes. Cinq véhicules sont équipés de chasse-neiges en hiver et cinq sont utilisés par des communes, notamment pour l’entretien des routes. Montage et systèmes de filtres Montage des filtres Le montage des filtres a été effectué par des ate- liers de réparation de machines agricoles ou par des entreprises spécialisées dans l’installation a posteriori de filtres à particules. La Station de recherche ART a conseillé les agriculteurs et les personnes effectuant le montage. Les systèmes montés ont été testés et plombés pour la durée du projet.

Les entreprises suivantes (listées par ordre al- phabétique) ont été impliquées dans l’équipement des tracteurs avec des filtres à particules: • Bühler Landtechnik, Lenk • Clean-Life Umwelttechnik AG, Huttwil • esytec AG, Feusisberg • H. Anliker AG, Fraubrunnen • HSM Schweiz AG, Holziken • LMG, Grasswil • Matra, succursale de Robert Aebi AG, Lyss • Minelli AG, Pfäffikon • Odermatt Landmaschinen, Hunzenschwil • Oscar Fäh AG, Oberbühren • Schiltrac Fahrzeugbau, Buochs • Schuler Landmaschinen, Schindeleggi • Stucki Landtechnik, Belp • Studer AG, Lyssach • Zaugg Heinz, Landtechnik, Trubschachen Figure 5: Tous les filtres ont été plombés pour toute la durée du projet.

Systèmes de filtres utilisés Sept véhicules ont été équipés de systèmes de filtres passifs (systèmes avec additif ou systèmes CRT) et onze de systèmes de régénération com- binés (apport d’additif et chauffage électrique ou filtre avec revêtement et chauffage électrique). Aucun système de régénération active (brûleur diesel ou chauffage électrique) n’a été installé. Les équipements ont été montés entre août 2008 et octobre 2009. On a uniquement utilisé des sys- tèmes de filtres fermés et éprouvés figurant sur la liste des filtres de l’OFEV (Office fédéral de l'envi- ronnement OFEV 2010).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Grünland Ackerbau Transport Forst Winterdienst Kommunal Fütterung Nombre de réponses Domaine d'utilisation Nombre total: 18 véhicules Utilisations possibles dans plusieurs domaines prairies culture transport forêt service hivernal communal affourragement

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8 9x HJS SMF/AR (système combiné actif / passif) L’additif a pour effet d’abaisser la température d’inflammation de la suie. Lors d’utilisations à charge élevée, la température des gaz d’échappement suffit pour brûler la suie. Lorsque la température des gaz d’échappement est relati- vement basse et que le filtre est chargé, le filament incandescent chauffe la suie qui s’enflamme. 2x Johnson Matthey CCRT (système passif) Le catalyseur en amont du filtre à particules produit du dioxyde d’azote (NO2) par oxydation du mo- noxyde d’azote (NO). De par l’apport de l’atome d’oxygène, la combustion de la suie s’effectue déjà à des températures relativement basses. Le revê- tement du filtre abaisse en outre la température d’inflammation de la suie. Le revêtement du cata- lyseur et du filtre réduit les émissions d’hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO).

2x Airmeex Carmex SC (système passif) Un additif, par exemple à base de fer ou de plati- ne, est ajouté au carburant en très faible concen- tration (env. 0,5 ‰). Après la combustion du carbu- rant, cet additif est uniformément réparti dans la suie et agit comme un catalyseur, en abaissant sa température d’inflammation. 2x Dinex DPX (système passif) Le catalyseur en amont du filtre à particules pro- duit du dioxyde d’azote (NO2 Additivtank Treibstofftank Einspritzpumpe Motor T p Überwachung Partikelfilter Dosierpumpe Heizelement Relais Batterie + - ) par oxydation du monoxyde d’azote (NO). De par l’apport de l’atome d’oxygène, la combustion de la suie s’effectue déjà à des températures relativement basses. Le revê- tement du filtre abaisse en outre la température d’inflammation de la suie. Le revêtement du cata- lyseur et du filtre réduit les émissions d’hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO).

T p Überwachung Partikelfilter Treibstofftank Einspritzpumpe Motor Katalysator Beschichtung Additivtank Treibstofftank Einspritzpumpe Motor T p Überwachung Partikelfilter Dosierpumpe T p Überwachung Partikelfilter Treibstofftank Einspritzpumpe Motor Katalysator Beschichtung pompe d‘injection contrôle pompe doseuse réservoir de carburant réservoir d‘additif batterie relais élément chauffant filtre à particules contrôle filtre à particules pompe d‘injection réservoir de carburant revêtement catalyseur moteur moteur réservoir de carburant réservoir de carburant réservoir d‘additif contrôle pompe doseuse pompe d‘injection moteur filtre à particules réservoir de carburant contrôle revêtement pompe d‘injection moteur filtre à particules catalyseur

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9 1x Daugbjerg PF (système passif) Un additif, par exemple à base de fer ou de plati- ne, est ajouté au carburant en très faible concen- tration (env. 0,5 ‰). Après la combustion du carbu- rant, cet additif est uniformément réparti dans la suie et agit comme un catalyseur, en abaissant sa température d’inflammation. 1x HUG mobiclean electro (système combiné actif /passif) Lorsque la suie entre en contact avec le revête- ment du filtre, elle réagit avec l’oxygène à des températures basses et brûle en formant du dioxy- de de carbone (CO2). Lorsque la température des gaz d’échappement est trop basse, le filtre peut être raccordé à une unité de régénération à l’aide d’un coupleur rapide. Le réchauffement électrique du filtre entraîne alors la combustion de la suie. Grâce au revêtement du filtre, la température d’inflammation de la suie est plus basse lors de la régénération active, de sorte qu’il est possible de travailler avec une tension de 230 V.

1x Pirelli Feelpure AR (système combiné actif /passif) L’additif a pour effet d’abaisser la température d’inflammation de la suie. Lors d’utilisations à charge élevée, la température des gaz d’échappement suffit pour brûler la suie. Lorsque la température des gaz d’échappement est relati- vement basse et que le filtre est chargé, les bou- gies à incandescence chauffent la suie qui s’enflamme.

Véhicules non équipés Parallèlement aux véhicules participant au projet, 19 autres véhicules s’étaient également inscrits et ont été inspectés. Trois d’entre eux n’ont pas été admis dans le cadre du projet par ART et le beco. Un des véhicules avait presque atteint la fin de vie technique et allait être remplacé prochainement par un véhicule neuf, une machine n’était pas utilisée dans l’agriculture et, pour un des véhicu- les, le modèle de démonstration était déjà équipé d’un filtre depuis un an. S’agissant des autres véhicules, ils ont été retirés du projet par leur pro- priétaire. Les principales raisons invoquées pour ce retrait étaient les coûts d’acquisition trop éle- vés, la crainte de problèmes techniques, la perte de la garantie sur le moteur fournie par le cons- tructeur du moteur, la crainte d’un surcroît de tra- vail et des frais d’entretien trop élevés (figure 6). Additivtank Treibstofftank Einspritzpumpe Motor T p Überwachung Partikelfilter Dosierpumpe Regenerationsschrank T p Überwachung Partikelfilter Treibstofftank Einspritzpumpe Heizelement p Beschichtung Motor Katalysator Treibstofftank Einspritzpumpe Motor Additivtank T p Überwachung Partikelfilter Dosierpumpe Heizelement Relais Batterie + - Glühstifte catalyseur réservoir de carburant réservoir d‘additif contrôle pompe doseuse pompe d‘injection filtre à particules moteur réservoir de carburant revêtement contrôle pompe d‘injection filtre à particules élément chauffant moteur unité de régénération réservoir de carburant réservoir d‘additif contrôle relais filtre à particules bougies à incandescence élément chauffant batterie pompe d‘injection pompe doseuse moteur

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10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Anschaffungskosten zu hoch Unterhaltskosten zu hoch Befürchtung von technischen Problemen Befürchtung vor Mehraufwand Platzprobleme keine Angabe von Gründen andere Gründe Nombre de réponses 19 véhicules n'ayant pas participé au projet. Réponses multiples possibles Coûts d'acquisition trop élevés Coûts d'entretien trop élevés Crainte de problèmes techniques Crainte d'un surcroît de travail Problèmes de place Aucune raison indiquée Autres raisons Figure 6: Nombre citations des raisons invoquées pour renoncer au-post-équipement. Suivi technique et expériences pra- tiques Les véhicules ont été suivis de l’été 2008 à l’automne 2010 dans le cadre de leur utilisation sur le terrain. Le suivi comprenait un relevé régu- lier des données enregistrées, le contrôle visuel des systèmes de filtres et la documentation des pannes. L’efficacité des systèmes de filtres a été vérifiée par des mesures des gaz d’échappement effectuées juste après l’installation des filtres ainsi qu’à la fin de la durée du projet. Les résultats des enregistrements ont été comparés avec les don- nées figurant dans le journal de bord du véhicule afin d’obtenir des indications sur la température des gaz d’échappement lors de différents travaux. Les pannes et les dommages aux filtres ont été analysés afin d’en déterminer la cause et de prendre les mesures nécessaires en vue de les supprimer.

Heures de service Jusqu’à mi-octobre 2010, les véhicules équipés de filtres ont effectué jusqu’à 1600 heures de ser- vice. La plupart a fonctionné pendant environ 800 heures avec un filtre à particules (figure 7). Figure 7: Nombre d’heures de service effectuées après le post-équipement avec un filtre à particu- les. Température des gaz d’échappement L’évaluation des valeurs enregistrées pour la tem- pérature a clairement mis en évidence que les sollicitations des moteurs des véhicules agricoles et sylvicoles étaient irrégulières. Les véhicules étaient utilisés à charge élevée pour des travaux lourds de transport ou de culture, notamment, mais aussi pour des travaux sollicitant très peu le moteur, se traduisant par des températures bas- ses des gaz d’échappement. Sont considérés comme des travaux à faible charge les travaux forestiers, tels que le débardage ou l’utilisation du tracteur devant une arracheuse de pommes de terre. Les températures maximales des gaz d’échappement ont atteint 500 à 600 °C; les tem- pératures moyennes se situaient entre 180 et 300 °C.

Figure 8: Tous les systèmes de filtres étaient équipés d’une surveillance électronique du filtre et d’un enregistreur de données. 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Heure de service [h] Véhicule Heures de service avec un filtre à particules

11 100 200 300 400 500 600 970 973 976 978 981 984 987 989 992 995 998 1001 1003 1006 1009 1012 1014 1017 1020 1023 1026 1028 1031 1034 1037 1039 1042 Heures de service Contre-pression des gaz d'échappement [en mbar] Température des gaz d'échappement [en °C] Figure 9: Exemples de températures des gaz d’échappement lors de travaux lourds et légers. Contre-pression des gaz d’échappement Un dimensionnement suffisant du filtre est un élément déterminant pour que la contre-pression soit faible. Dans les véhicules équipés de grands systèmes de filtres, la contre-pression des gaz d’échappement a atteint des valeurs maximales de 100 mbar. Dans ces moteurs, la contre- pression se situait en moyenne entre 15 et 20 mbar. Dans les véhicules dont le moteur était fortement sollicité et qui étaient équipés de filtres plus petits, la contre-pression moyenne était d’environ 60 mbar. En cas de panne des systè- mes de filtres, des pics de plus de 500 mbar ont pu être mesurés. Les moteurs sont certifiés par les constructeurs pour des contre-pressions com- prises entre 120 et 200 mbar. Sur un des véhicu- les, le filtre dont le volume était trop faible a dû être changé. D’une manière générale, le projet a mis en évidence que les pannes étaient moins fréquentes avec des filtres dans lesquels les contre-pressions étaient faibles. Ces filtres pré- sentaient une tolérance plus grande aux éléva- tions de courte durée de la contre-pression indui- tes par des rejets de suie importants des moteurs ou des températures basses des gaz d’échappe- ment.

Figure 10: Graphique de la température des gaz d’échappement et de la contre-pression, indiquant une panne à 1031 heures de service, obtenu à l’aide d’un enregistreur de données. Pannes techniques et recommanda- tions Pendant l’utilisation sur le terrain, différentes pan- nes techniques sont survenues, qui allaient de modifications à apporter afin d’améliorer l’instal- lation jusqu’à l’endommagement des filtres, en passant par des pannes liées à l’alimentation en additif et des problèmes dus à la régénération active.

Dans la plupart des cas, les filtres et les systèmes de régénération installés étaient adaptés aux dif- férents types d’utilisation des véhicules. Dans le cas d’un véhicule, il faut veiller, lors de son utilisa- tion, à solliciter le moteur de manière plus impor- tante à intervalles réguliers afin de déclencher la combustion de la suie. L’emploi de systèmes dé- clenchant une régénération active lorsque la tem- pérature des gaz d’échappement est trop basse s’est avéré efficace. Les systèmes de filtres pas- sifs fonctionnent parfaitement sur des véhicules dont les gaz d’échappement atteignent régulière- ment des températures élevées.

Parallèlement au montage du filtre, il y a lieu de remplir le formulaire AKPF (AKPF = Arbeitskreis Partikel-Filter-Systemhersteller, Groupe de travail sur les filtres à particules). Ce formulaire doit im- pérativement être rempli de manière complète afin de pouvoir inscrire le post-équipement dans le permis de circulation du véhicule selon la procé- dure administrative. Dans le cadre du projet, cer- tains formulaires n’avaient pas été entièrement remplis: la mesure du niveau de bruit, notamment, n’avait pas été effectuée par toutes les entreprises ayant installé les filtres.

100 200 300 400 500 600 746 747 748 749 750 Température des gaz d'échappement [en °C] Heures de service [h] Semailles avec semoir en ligne de 3 m John Deere 6430 100 200 300 400 500 600 2354 2355 2356 2357 2358 Température des gaz d'échappement [en °C] Heures de service [h] Semailles avec semoir monograine John Deere 6620

12 Cette mesure est obligatoire pour les véhicules autorisés à circuler sur route. Le montage correct du système de filtre sur le véhicule est essentiel pour un fonctionnement sans anicroches. Lors du montage, il y a lieu de veiller à ce que certains éléments importants du véhicule, tels que le filtre à air ou la jauge à huile, soient toujours accessibles pour assurer l’entre- tien, ce qui – chose étonnante – n’a pas été tou- jours le cas. Sur certains véhicules, on a relevé, au bout d’un an déjà, de la corrosion sur des élé- ments du système de filtre, tels que les vis et les tubulures. Cette corrosion est plus marquée sur les véhicules utilisés en hiver sur des routes mouillés et salées. Dans de tels cas, l’équipement des véhicules avec des éléments résistant à la corrosion s’avère payant. D’une manière généra- le, il ne faudrait utiliser que des matériaux résis- tants à la corrosion. Certains filtres n’avaient pas de protection contre des détériorations ou un contact involontaire avec le filtre chaud. Par ail- leurs, en forêt, les filtres peuvent être endomma- gés en roulant sur des branches. Pour des utilisa- tions de ce type, il faudrait monter une protection se composant si possible d’une plaque sans ou- vertures dans lesquelles les branches pourraient s’accrocher. La surface des filtres pouvant devenir très chaude, ils doivent être munis d’un grillage de protection contre un contact involontaire. Les se- cousses et les vibrations lors de l’utilisation peu- vent entraîner des fissures de certains compo- sants. Des supports ou des amortisseurs permet- tent de remédier à ce problème. Les filtres étaient toutefois correctement montés sur la plupart des véhicules. Il s’avère que même des ateliers de réparation de machines agricoles qui n’avaient encore jamais monté de filtres auparavant ont réalisé un travail remarquable. Le gel des purgeurs d'eau de condensation ou l’arrachage des tubes allant au capteur de pres- sion différentielle ont entraîné des pannes du contrôle des filtres. Lors de l’emploi de débus- queuses en forêt avec l’allumage enclenché en permanence, des témoins de défaillance se sont allumés. Lorsque le tracteur est équipé d’un frein à pression dynamique, un témoin d’alerte s’affiche lorsque le contrôle du filtre n’est pas réglé en conséquence.

Des pannes de l’adjonction d’additif ont été pro- voquées par de l’air entrant dans le tube d’amenée d’additif lorsque la soupape d’aération du réservoir d’additif était collée ou que la pompe d’additif était défectueuse. Dans plusieurs cas, il a fallu changer le relais déclenchant la régénération active en raison d’un défaut de fonctionnement. Sur six véhicules, les filtres ont été endommagés lors de l’utilisation et ont dû être changés. Par ailleurs, les filtres ont été changés à titre préventif ou lors du nettoyage du filtre sur deux véhicules.

Un autre filtre a en outre dû être remplacé par un modèle plus grand en raison des pics élevés de la contre-pression des gaz d’échappement. De plus, vers la fin du suivi, un filtre a présenté un faible pouvoir de rétention qui s’est traduit par une aug- mentation de la turbidité pendant la phase d’accélération et par des dépôts de suie dans le tuyau d’échappement. Les causes des dommages constatés sur les filtres sont diverses. Sur un mo- dèle de filtre, les jonctions entre les différents éléments en céramique du monolithe n’ont pas résisté aux sollicitations. La plupart du temps, les dommages étaient consécutifs à des pannes anté- rieures. On peut citer ici, à titre d’exemple, des contre-pressions trop élevées des gaz d’échappe- ment dues à des pannes du système de régénéra- tion. Ceci illustre combien il est important d’observer le témoin du contrôle du filtre afin de prendre rapidement les contre-mesures qui s’imposent. Dans deux cas, il n’a plus été possible de déterminer sans équivoque la cause du dom- mage; on pense qu’il s’agit d’une interaction entre plusieurs facteurs.

Les moteurs conformes à la phase III A ont eu de nombreuses pannes causées par le contrôle élec- tronique du moteur et liées à la recirculation des gaz d’échappement. Une légère élévation de la contre-pression des gaz d’échappement a pour effet d’augmenter le taux de recirculation de ceux- ci et, partant, les émissions de suie, ce qui élève encore la contre-pression. La contre-pression peut donc augmenter très rapidement dans un filtre à particules monté sur un moteur conforme à la phase III A, ce qui ne laisse pratiquement pas le temps d’appliquer les contre-mesures nécessai- res, par exemple d’augmenter le régime du mo- teur. Il s’ensuit que la commande du moteur décè- le une irrégularité, telle qu’une élévation de la température ou de la pression, et qu’elle commu- te, de ce fait, sur le «mode de secours». Malgré différents problèmes techniques survenus au cours du projet, les moteurs n’ont pas été en- dommagés. Il est évident que ce sont les filtres – et non les moteurs – qui constituent le maillon

13 5'000 10'000 15'000 20'000 25'000 30'000 35'000 40'000 0 20 40 60 80 100 120 140 Coûts [en CHF] Puissance nominale du moteur [en kW] Coûts des systèmes de filtres à particules (acquisition et montage) ausgerüstet Offerte installé offre faible de la chaîne qui se brise en cas de problè- me. Avis des participants au projet En automne 2010, un questionnaire comportant dix questions a été remis aux propriétaires des véhicules afin de recueillir des informations sup- plémentaires.

Une majorité des propriétaires avait eu connais- sance du projet par la presse agricole. La motiva- tion pour participer au projet venait en grande partie du désir de faire un geste en faveur de l’environnement. Les avantages escomptés lors d’une utilisation dans le domaine communal ont également été mentionnés. Les propriétaires et les conducteurs des véhicules équipés avec des systèmes de filtres sont d’avis que les expérien- ces faites jusqu’ici sont très positives. Ils souli- gnent en particulier la grande efficacité des filtres. Les pannes et les dégâts aux filtres ont constitué une gêne, en particulier lorsque le véhicule a dû être immobilisé pendant une période relativement longue. La plupart des participants estime que le travail supplémentaire est minime. Les coûts éle- vés sont considérés comme un obstacle à l’installation de filtres sur les véhicules; sans sub- ventions, certains propriétaires n’auraient pas équipé leur véhicule. Une majorité serait toutefois prête à débourser entre 3000 et 5000 pour un post-équipement. Les fabricants de tracteurs sou- haitent que les filtres à particules soient montés en série afin que les systèmes soient adaptés de manière optimale au véhicule.

Coûts Coûts d’acquisition L’investissement nécessaire pour le post- équipement de véhicules agricoles avec des sys- tèmes de filtres à particules s’est élevé en moyenne à 17 500 francs (figure 11). Ce prix comprend l’acquisition du filtre et le montage. La préparation, notamment le changement de l’injecteur, le réglage de la pompe d’injection et les coûts de transport du véhicule jusqu’à l’entreprise chargée de l’installation du filtre sont compris dans le coût global. Parallèlement aux coûts rela- tifs aux véhicules équipés, on disposait également d’offres pour l’équipement d’autres véhicules, qui se situaient dans les mêmes eaux.

Pour 14 des 18 véhicules, les coûts étaient répar- tis en coûts d’acquisition et coût de montage. Les coûts d’acquisition du système de filtre étaient de l’ordre de 150 francs par kW de puissance du moteur. Dans certains cas, le montage s’est avéré très coûteux, nécessitant notamment l’exécution de consoles adaptées permettant de fixer les fil- tres ou le montage d’une alimentation de 24 volts à la place des 12 volts du réseau de bord. L’acquisition et l’installation des systèmes de fil- tres majorent de quelque 15 % les coûts d’acquisition des véhicules. Pour des tracteurs de faible puissance sur lesquels un système de filtre coûteux est installé, les coûts peuvent se monter à 30 % du prix du véhicule.

Figure 11: Coûts d’acquisition des systèmes de filtre installés et montant des offres reçues pour d’autres véhicules (acquisition et montage). Dans le cadre du projet, les coûts des systèmes de filtre correspondaient en moyenne à 34 % de la valeur résiduelle actuelle du véhicule. La valeur résiduelle a été déterminée sur la base des barè- mes de reprise de l’Association suisse de la ma- chine agricole (Association suisse de la machine agricole 2009). Dans le cas d’un véhicule, le coût du système de filtre était supérieur à la valeur résiduelle du véhicule du fait qu’il s’agissait d’un véhicule peu coûteux et d’un certain âge (année 1999), sur lequel un système de filtre onéreux a été installé.

Frais variables Actuellement, on ne peut donner que des indica- tions partielles concernant les frais variables, ceci principalement, les coûts d’un nettoyage régulier des filtres afin d’éliminer les résidus de cendre n’étant pas connus. En effet, comme il a fallu

14 changer les filtres endommagés et nettoyer pré- maturément les filtres en raison des pannes, on ne sait pas à quel intervalle les filtres doivent être nettoyés. Le calcul du surcoût par heure de servi- ce ne peut donc être fait que de manière approxi- mative. Jusqu’à présent, les frais liés à l’entretien régulier des filtres se situaient entre 270 et 1400 francs. Sur quatre véhicules, les nettoyages des filtres ont été effectués à intervalles réguliers après 550 à 900 heures de service et les coûts supplémentai- res étaient de l’ordre 50 centimes à 2.50 francs par heure de service.

Les coûts supplémentaires comprennent la consommation d’additif, une éventuelle consom- mation accrue du véhicule et le coût de l’huile de moteur pauvre en cendres. Le prix du litre d’additif est d’environ 80 à 100 francs. S’agissant des vé- hicules participant au projet, l’additif a été ajouté au diesel à des concentrations d’environ 0,5 à 1 pour mille; la consommation d’additif a eu pour effet de renchérir de 20 à 80 centimes l’heure de service. Les coûts supplémentaires liés à l’additif dépendent principalement de la consommation horaire en diesel des moteurs. Les systèmes de filtre ne nécessitant pas l’ajout d’un additif n’ont pas occasionné de surcoûts de ce type. La consommation supplémentaire de carburant die- sel a été calculée sur la base de mesures de la contre-pression des gaz d’échappement effec- tuées avant et après l’installation des filtres sur les véhicules participant au projet ainsi que de mesu- res sur un banc d’essais réalisées par la Station de recherche ART. Ces mesures ont mis en évi- dence l’influence d’une modification de la contre- pression des gaz d’échappement sur la consom- mation spécifique. On observe que, sur la plupart des véhicules, la contre-pression des gaz d’échappement n’augmente que faiblement ou pratiquement pas avec l’installation du filtre. Ces moteurs ne consomment donc pas plus. En re- vanche, pour les moteurs dont la contre-pression est plus basse avec le silencieux d’origine, surtout les moteurs conformes à la phase III A, l’augmentation de la contre-pression de par l’installation du filtre a entraîné, selon les calculs, une consommation supplémentaire de 1,5 %. Ceci a toutefois tout au plus renchéri l’heure de service de 20 centimes.

Les coûts liés au remplacement du filtre, qui s’est avéré nécessaire dans certains cas, ont été pris en charge par les entreprises ayant effectué l’installation dans le cadre des prestations de ga- rantie. Sur l’ensemble des véhicules, les frais variables induits par les nettoyages du filtre, la consomma- tion supplémentaire et la consommation d’additif se situaient entre 50 centimes et 2.60 francs par heure de service.

Réduction de la quantité de suie La diminution de la quantité de suie découlant du montage des filtres a été déterminée selon la mé- thodologie de calcul présentée dans le rapport de l’OFEV Connaissance de l’environnement n° 0828 (Schäffeler et Keller 2008). Un calcul séparé a été effectué pour chaque véhicule. Les émissions spécifiques de particules ont été tirées des docu- ments d’homologation des véhicules lorsqu’ils étaient disponibles. Pour les tracteurs, on est parti de l’hypothèse d’une durée de vie de 10 000 heu- res de service. Le facteur de charge a été déter- miné sur la base de la puissance nominale du moteur, de la consommation horaire pendant la durée du projet, de la consommation spécifique et de la correction de la consommation spécifique en cas de divergence par rapport au facteur de char- ge normal. Les facteurs de charge ont été calcu- lés sur la base de la puissance du moteur et de la consommation horaire en diesel, et se situaient entre 0,15 et 0,35, ce qui correspond à une faible sollicitation du moteur. Les rejets de suie de diesel cancérogène évités grâce au post-équipement des 18 véhicules sont estimés à environ 900 kg jusqu’à leur mise hors service. La diminution de la quantité rejetée est élevée, en particulier pour les moteurs dont les émissions spécifiques sont éle- vées. Plus les émissions de suie sont faibles, plus la quantité de rejets évités est faible. La réduction du nombre de particules de suie est néanmoins très élevée pour tous les véhicules. Même après plusieurs centaines d’heures de service, les tuyaux d’échappement des véhicules équipés de systèmes de filtre sont parfaitement propres et exempts de traces noires de suie.

15 Perspectives En 2010, les rejets de suie de diesel cancérogène des véhicules agricoles se sont élevés à quelque 310 tonnes, ce qui correspond à environ 20 % des émissions totales de suie de diesel. Les véhicules agricoles figurent ainsi en deuxième position der- rière les voitures de tourisme et devancent les véhicules utilitaires lourds (camions) qui rejettent respectivement 600 tonnes et 230 de suie de die- sel par an. Ces chiffres confirment que l’exécution de mesures en ce qui concerne les véhicules agricoles et sylvicoles accuse encore un certain retard. Dès 2011, avec la phase III B, un abais- sement des valeurs limites pour les gaz d’échappement entre en vigueur pour les nou- veaux véhicules agricoles et sylvicoles, modulé en fonction de la puissance du moteur. La valeur limite pour la masse de particules sera abaissée pour les moteurs de puissance égale ou supérieu- re à 37 kW. Selon les annonces faites jusqu’ici par les constructeurs de moteurs, des systèmes SCR seraient utilisés pour réduire les NOx afin de pou- voir respecter les nouvelles valeurs limites pour les gaz d’échappement avec des moteurs plus puissants. Toutefois, certains constructeurs de moteurs comme John Deere et Perkins ont éga- lement annoncé l’installation d’une recirculation des gaz d’échappement pour réduire les NOx La législation sur les gaz d’échappement dans le domaine non routier ne prescrit pas encore de valeur limite pour le nombre de particules émises. On ne peut pas encore prévoir quand les valeurs limites valables pour le domaine non routier seront complétées par une valeur limite pour le nombre de particules, comme c’est le cas pour le transport routier (EURO 6/EURO VI). Dès que cette pres- cription entrera en vigueur, des filtres à particules fermés devront obligatoirement être utilisés pour respecter les valeurs limites fixées. Dans l’intervalle, il faut chercher à minimiser le nombre de particules par d’autres mesures.

et d’un filtre à particules fermé pour atteindre la va- leur limite fixée pour les particules. Ces moteurs peuvent également être utilisés dans les véhicules agricoles et sylvicoles. Selon l’OFEV, l’équipement des nouvelles machi- nes agricoles et forestières en filtres à particules correspond actuellement à l’état de la technique. L’expérience acquise dans le cadre du présent projet démontre que les systèmes de filtres à par- ticules constituent une mesure efficace pour abaisser les rejets de suie de diesel, que la tech- nique de post-équipement peut encore être affi- née et que les coûts élevés de cette installation ne sont pas à négliger.

Conclusion Du point de vue technique, il est possible d’équiper a posteriori des véhicules agricoles et sylvicoles avec des systèmes de filtres. Toutefois, selon l’installation prévue, la place nécessaire au montage des filtres peut entraîner certaines limita- tions. Ce problème se pose en particulier sur les tracteurs compacts équipés d’un chargeur frontal: l’installation d’un filtre est susceptible de perturber le champ de vision. Le moteur doit être en parfait état avant le montage du filtre (les injecteurs et la pompe d’injection doivent être contrôlés). Le choix du système de filtre adéquat est primor- dial pour un fonctionnement autant que possible sans problèmes. La règle à appliquer ici est que le système de filtre doit être adapté à l’utilisation du véhicule. Il est important que la dimension du filtre soit correcte afin d’éviter de contre-pressions éle- vées des gaz d’échappement et une augmenta- tion de la consommation de carburant.

Différentes pannes techniques sont survenues au cours du projet. Sur six véhicules, les filtres ont été endommagés et ont dû être changés. On a également recensé des pannes liées à l’alimentation en additif, des pannes lors du dé- clenchement de la régénération active ou encore des pannes dues au gel des tubes sous pression ou des purgeurs d’eau de condensation. Les mo- teurs des tracteurs modernes conformes à la pha- se III A ont présenté plus fréquemment des pro- blèmes, qui étaient dus au contrôle électronique du moteur ainsi qu’à la technologie de recircula- tion des gaz d’échappement. Bon nombre de pannes techniques étaient imputables à des pro- blèmes liés au système de régénération ou à un montage incorrect des filtres.

Les filtres installés en série sur les nouveaux vé- hicules sont intégrés dans la commande du mo- teur, ce qui permet une régénération quel que soit le régime du moteur. Les problèmes liés à la ré- génération sont ainsi être minimisés et les pro- blèmes liés à un montage incorrect supprimés. Une réduction des particules est donc plus facile à obtenir avec un filtre installé d’usine. Lors de l’achat d’un véhicule neuf, il faut s’assurer qu’il soit équipé en série d’un filtre à particules.

16 Les filtres à particules fermés réduisent considé- rablement les rejets de suie de diesel cancérogè- ne. Une modélisation mathématique montre que, grâce à l’installation de filtres à particules, les émissions de suie rejetées jusqu’à la fin de leur durée de vie par les 18 véhicules circulant dans le canton de Berne seront réduites d’environ 850 kg. L’utilisation de filtres à particules aura par ailleurs également pour effet de réduire d’au moins 97 % le nombre de particules.

Les coûts d’installation d’un filtre à particules sur un tracteur de la classe de puissance de 80 à 100 kW se situent entre 15 000 et 20 000 francs, ce qui correspond à peu près à 15 % du prix d’un véhicule neuf. Lors de l’équipement de véhicules relativement anciens, le coût du filtre à particules peut être supérieur à la valeur résiduelle du véhi- cule. Les coûts élevés s’expliquent par le nombre encore faible de filtres installés, les puissances de moteur élevées et l’utilisation de systèmes de filtres relativement complexes à régénération combinée active et passive.

Il n’est pas encore possible, pour le moment, de calculer avec précision les coûts d’exploitation. Les données disponibles jusqu’ici pour les 18 véhicules indiquent toutefois qu’ils se situent entre 50 centimes et 2.60 francs par heure de service. Ces chiffres ne comprennent pas l’amortissement ni les intérêts sur les coûts d’acquisition, qu’il n’est pour l’instant pas possible de chiffrer, la durée de vie des filtres n’étant pas connue. Les filtres à particules constituent une mesure très efficace pour réduire les émissions de suie de diesel. Comme le montre le présent projet, leur installation a posteriori est soumise à de fortes contraintes. Avec l’équipement en série que cer- tains constructeurs proposeront à l’avenir, les défauts de jeunesse du post-équipement ne se- ront bientôt plus qu’un souvenir. Remerciements Nos remerciements vont: - aux agriculteurs pour leur participation au pro- jet et la tenue consciencieuse des journaux de bord; - aux ateliers de réparation de machines agrico- les et aux entreprises qui ont installé les filtres; - à l’USM pour la motivation qu’elle a insufflée aux ateliers de réparation de machines agrico- les; - au groupe de suivi pour les discussions stimu- lantes.

Bibliographie Office fédéral de l'environnement OFEV 2010: Liste des filtres à particules. Accessible sous: http://www.bafu.admin.ch/partikelfilterliste/inde x.html?lang=fr. Landis M., Schiess I. et Wolfensberger U. 2007: Installation a posteriori de filtres à particules sur les tracteurs agricoles, Rapport ART n° 677, Station de recherche Agroscope Rec- kenholz-Tänikon ART, Ettenhausen, 12 p. Schäffeler U., Keller M. 2008: Consommation de carburant et émissions polluantes du secteur non routier. Etude pour la période 1980–2020. Connaissance de l'environnement n° 0828, Of- fice fédéral de l'environnement OFEV, Berne, 171 p.

Association suisse de normalisation (SNV). 2009: Règle suisse SNR 277205: Test de systèmes de filtres à particules pour moteurs à combus- tion. Winterthur, 49 p. Association suisse de la machine agricole 2009: Barème des prix de reprise des tracteurs agri- coles, 2009. Berne, 287 p.

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