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

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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