Heat Ranger, Une innovation dans la lutte contre le gel

18 décembre 2019

 La lutte contre le gel est devenue une préoccupation d’actualité depuis plusieurs années dans la plupart des régions viticoles. C’est dans la vallée de La Loire que la lutte a été abordée de manière très structurée et avec des actions collectives d’acquisition de dizaines de tours à vents fixes et mobiles. Elles y sont utilisées avec succès et protègent des surfaces significatives. Ces équipements représentaient jusqu’à présent le seul moyen de lutte rationnel contre le gel. En Charentes, des réflexions identiques initiées depuis le gel de 2017 ont débouché sur la constitution d’une CUMA de protection contre le gel qui sera opérationnelle dès le printemps, prochain. L’arrivée d’une nouvelle technologie, le système Heat Ranger va peut-être permettre d’aborder la protection contre le gel de façon différente. Le matériel a été conçu et développé en Nouvelle Zélande par deux spécialistes des aléas climatiques. Selon les concepteurs, un seul appareil présenterait l’avantage d’être efficace à des niveaux de températures négatives bas et de protéger une surface 15 à 20 ha. La présentation de l’équipement en Charentes en présence des fabricants a suscité beaucoup d’intérêt en raison de son principe technologique innovant et de la qualité du produit développé. 

La chambre d’agriculture de la Charente avait organisé à la fin du mois d’octobre une présentation d’un nouvel équipement de lutte contre le gel, le système Heat Ranger, dont l’intérêt serait d’assurer la protection de surfaces importantes, jusqu’à 20 ha. La manifestation a été initiée grâce à l’implication de François-Xavier Cornette, un viticulteur de Chantillac qui a repéré cette innovation et envisage d’acquérir un équipement. La situation de sa propriété avec un parcellaire très regroupé autour du siège d’exploitation (20 ha) a été exposée à des gels en 2017 et en 2019. Suite à ces aléas climatiques répétés, la lutte antigel est devenue une préoccupation prioritaire pour ce viticulteur. Lors d’échanges avec les techniciens de la Chambre d’agriculture de la Charente, F-X Cornette a fait part de ses investigations sur le système innovant Heat Ranger qui ont débouché la présentation publique du matériel.

 

La diffusion d’air est capitale pour lutter contre le gel

 

            L’îlot de vignes principal de la propriété d’une vingtaine d’hectares bien qu’étant situé à une altitude de 80 à 100 m est entouré de zones boisées qui provoquent un phénomène de stagnation des masses d’air froid au niveau du sol. Un tel contexte s’avère propice à des baisses de températures fortes sur des séquences de temps assez longues. Cela amplifie la sensibilité au gel de ces îlots de vignes. F-X Cornette a considéré qu’il était indispensable qu’il s’équipe d’un système antigel performant et surtout adapté au contexte de son exploitation. Il a mené une réflexion sur les performances des différentes solutions technologiques de lutte contre le gel : « Au départ, j’ai essayé de recueillir des informations sur les performances des tours à vent avec et sans chauffage. Le fait d’apporter de l’air chaud au niveau du sol me semblait être un élément essentiel pour lutter contre le gel. Les témoignages de divers responsables de propriétés en Gironde utilisant des tours à vent ont à la fois conforté cette analyse et aussi m’ont interpellé. La masse d’air réchauffé doit rester plaquée au sol pour être pleinement efficace. Je me suis alors interrogé sur les risques pouvant engendrer une dispersion trop rapide de l’air chaud dans l’atmosphère. C’est en consultant un dossier d’information sur l’étude des phénomènes  de dispersion des masses d’air dans l’atmosphère que j’ai découvert la technologie Heat Ranger ».

 

 

 

Une fréquence accrue des gelées de fortes intensités de type advectives

 

            Clément Bertrand, le technicien de la Chambre d’Agriculture de la Charente qui a piloté l’organisation de la démonstration estime que le principe de lutte Heat Ranger possède une efficacité sur des spectres de gelées larges : « Au cours des dernières, le vignoble Charentais a été confronté à deux types de gelées, des gels radiatifs (gelée blanche et gelées noires) et des gels advectifs (liées à l’arrivée et à la stagnation de masse d’air très froides). L’intensité de la baisse des températures est très souvent amplifiée par les conditions d’état et d’humidité de la surface des sols. En 2017 et en 2019, les situations de gelées de type advectives ont été fréquentes et dans de telles situations, les tours à vent sans systèmes de production d’air chaud se révèlent moins efficaces. La capacité de l’équipement Heat Ranger à positionner à la surface du sol des volumes d’air réchauffé mais pas trop chauds limiterait les phénomènes de dispersion rapides dans l’atmosphère ».

 

Deux experts des situations gel Néozélandais ont conçu un équipement novateur   

      

    La conception du matériel de lutte contre le gel Heat Ranger est l’aboutissement du vécu professionnel de Bruce Koller et de Fred Phillips, deux experts des filières de production de fruits et légumes en Nouvelle Zélande. Les deux hommes ont créé leur société de coordination de services scientifique, de conseils et de vulgarisation des process de production. Fred Phillips, est devenu en Nouvelle Zélande le spécialiste de la lutte antigel depuis plus de trente ans. Il a été un acteur du développement des pratiques de protection par aspersion et par diffusion d’air. Toutes ces connaissances l’ont amené à concevoir une technologie de lutte contre le gel très innovante. Son vécu de nombreuses situations de gel lui a permis d’observer l’intérêt et les limites des apports d’air chauds pour protéger la végétation des chutes des températures en dessous 0 °C.

 

La température de l’air chaud a une influence sur la durée de sa «tenue» au sol

 

            Des travaux scientifiques ont mis en évidence que le niveau de température de l’air réchauffé jouait un rôle important sur l’efficacité des procédés de la lutte contre le gel. Un apport d’air très chaud à la surface du sol et au sein de la végétation présente un effet fugace car il se disperse naturellement assez rapidement dans les fractions supérieures de l’atmosphère. Divers essais ont révélé que de l’air à une température de 30 °C avait à la fois des capacités de protection contre le gel intéressantes et résister assez bien à la dispersion dans l’atmosphère. La diffusion d’air chauffé à 30 °C avait une aptitude à rester au contact du sol bien supérieure que lorsque leur température atteignait 50, 60 ou 80 °C. Ce constat a été l’élément de base de la conception de l’équipement Heat Ranger. F Phillips s’est dit qu’il fallait trouver un système de production d’air chaud respectant cette plage de température et créer un principe de diffusion expulsant efficacement  l’air froid présent à la base du sol.

 

Un process technologique complexe intégrant un «pool|» de compétences

 

            Les deux associés se sont mis au travail à partir du début des années 2010 pour concevoir le premier équipement en s’entourant du savoir faire de la société WYMA et différents autres partenaires. L’approche technologique pour concevoir le module de production d’air chaud, le système de propulsion de l’air dans l’environnement et la régulation automatisée du fonctionnement était complexe. La société WYMA, un leader mondial des équipements de post-récolte et de manipulation des légumes, est devenue le partenaire pour la fabrication des appareils Heat Ranger. Le développement de cet équipement très novateur a nécessité presque une décennie de travail avant de déboucher sur le modèle actuellement commercialisé. Les aspects d’efficacité et de fiabilité de la technologie ont été des préoccupations prioritaires pour les deux concepteurs. Leur ambition était de créer un produit ayant des performances sur des surfaces importantes et à des niveaux de températures descendants à – 3 à – 4 °C.

            Les premiers essais des prototypes en pleins champs dans des vergers de Nouvelle Zélande ont démontré l’importance du niveau de température de l’air propulsé sur les cultures pour assurer vis-à-vis de la qualité de la protection contre le gel. Les meilleurs niveaux d’efficacité ont été obtenus avec de l’air chauffé entre 30 et 32 °C à la sortie de l’appareil. Des niveaux de températures plus élevés rendent instable la tenue de chaleur au niveau du sol et des cultures. Plus l’air chaud est chaud, plus il a tendance à se disperser rapidement dans les couches supérieures de l’atmosphère. À l’inverse, des niveaux de températures plus bas (de l’ordre de 20 °C) rendent la production de masses d’air chaud insuffisante pour assurer une bonne protection contre le gel.

 

Un appareil mobile et autonome sur le plan énergétique

 

            Le principe fondamental de l’appareil est de diffuser au niveau du sol de l’air chauffé entre 30 et 32 °C avec beaucoup de constance et d’homogénéité. L’équipement est conçu autour de trois éléments essentiels, un brûleur produisant l’énergie nécessaire au réchauffage de l’air, un ventilateur expulsant l’air réchauffé et un diffuseur rotatif permettant de diriger efficacement le flux d’air vers les cultures environnantes. L’importance du challenge technologique auquel ont été confrontés B Koller et de F Phillips les a amenés à créer un véritable pool de compétences. Des partenariats ont été noués pour penser les éléments principaux du matériel, le brûleur, la ventilation, le diffuseur rotatif, la motorisation et le pilotage de l’appareil. La définition du projet a été finalisée sous la forme d’un appareil mobile disposant d’un fonctionnement totalement autonome à partir d’un moteur au GPL et de petits panneaux solaires. Le premier développement de l’équipement N° 1 a eu lieu à partir des années 2014 et 2015.

 

De l’air chaud diffusé dans un rayon d’action de 250 m et protégeant un diamètre de surface de 500 m

 

            La structure globale de l’appareil est l’aboutissement d’une démarche technologique complexe intégrant à sa base un moteur fonctionnant au GPL (ou au propane) surmonté de  la cellule de production et de diffusion d’air chaud. Cette partie se présente sous la forme d’une tourelle rotative avec dans sa partie supérieure un diffuseur conique de gros diamètre. La forme de l’équipement fait penser au principe d’anciens pulvérisateurs de type canons oscillants développés au début des années quatre-vingt. L’air frais est aspiré à la base de la tourelle par un ventilateur centrifuge, puis poussé vers le brûleur circulaire à gaz et ensuite expulsé vers le cône de diffusion. La tourelle réalise des rotations à 360 ° dans les parcelles en ayant un spectre de diffusion propice au positionnement des masses d’air réchauffées à la surface du sol. Après de nombreux essais, les meilleures efficacités ont été obtenues en apportant des volumes d’air importants qui sortent du cône de diffusion à une vitesse de 100 km/h. L’efficacité des apports d’air chaud se produit dans un rayon d’action de 250 m couvrant un diamètre de surface de 500 m autour du point de diffusion. La rotation complète du cône de diffusion s’effectue en 3 minutes.

 

Les performances annoncées par les constructeurs : 15 à 20 ha de protégés

 

            La conception du brûleur, la tourelle et du cône de diffusion ont fait l’objet de recherches spécifiques portées par les entreprises partenaires du projet Heat Ranger. Des études approfondies ont été conduites pour dimensionner la puissance du ventilateur, du brûleur et la forme et l’angle de portée du cône de diffusion. L’équipement doit avoir la capacité d’évacuer les masses d’air froides présentes à la surface et de les remplacer par des apports d’air réchauffés à 30 °C les plus stables possible (dans un rayon d’action de 250 m). B Koller et de F Phillips s’étaient fixés l’objectif d’assurer une protection efficace (jusqu’à – 3 à – 4 °C) sur des surfaces importantes de 15 à 20 ha. Les informations qu’ils communiquent suite à leurs propres essais en Nouvelle Zélande semblent le confirmer. F Philipps qui était présent à Chantillac pour la présentation du matériel a expliqué pourquoi le principe d’action permettait de protéger des surfaces importantes : « Avec le Heat Ranger, nous ne cherchons à mélanger l’air plus chaud des couches supérieures de l’atmosphère à celui plus froid qui reste au sol. Nous apportons de l’air réchauffé à 30 °C qui naturellement à une meilleure capacité à rester localiser dans les zones basses. La diffusion est dotée d’angle de travail étudié et spécifique qui favorise le réchauffement de l’air ambiant à la surface des sols dans un rayon d’action de 250 m ».

 

Un pilotage automatisé à partir de mesures en continue des températures

 

            Les essais du prototype en conditions réelles dans des vergers et des vignes pendant plusieurs années ont révélé l’importance de la maîtrise du fonctionnement durant les épisodes de gel pour obtenir de bons résultats. Le moment de déclenchement de la lutte et la durée de fonctionnement sont des éléments clés pour conduire la lutte de manière efficace. Ces constats ont amené les deux concepteurs à doter le matériel d’un système de pilotage de la lutte innovant et complément automatisé. Un procédé de mesures en continus des niveaux de températures dans les parcelles a été développé. Il est connecté à un automatisme qui pilote le démarrage et la durée de fonctionnement.

 

Des capteurs de température répartis dans toute l’aire protégée

 

            5 mats de 6 m de haut portant chacun trois capteurs de températures, situés à 0,70 m, 3 m et 6 m de hauteur sont implantés dans les parcelles. Leur positionnement est organisé sur une même ligne à des intervalles de 50 m entre le point de diffusion d’air réchauffé et la distance maximum de 250 m. L’ensemble des mesures alimentent le fonctionnement d’un logiciel de pilotage de l’appareil. Le choix du lieu de positionnement des mats correspond en général à la zone la plus gélive du parcellaire. Les capteurs de températures apportent en temps réel des informations permettant d’établir un suivi précis des températures au niveau du sol et de la première couche de l’atmosphère. Dès que l’un des points de mesure enregistre le niveau de température de 1 °C, l’appareil se met en route automatiquement. La fiabilité de fonctionnement des capteurs et des mesures des températures représente l’âme de tout le système. Un contrôle du fonctionnement à distance à partir d’un système GPS peut-être réalisé par les utilisateurs et aussi par les responsables de l’entreprise. Cela permet de visualiser en temps réel la mise en œuvre de la lutte contre le gel au sein d’un territoire et aussi de comparer le bon fonctionnement des capteurs à ceux de thermomètres classiques.

 

Les points clés de l’équipement Heat Ranger :

 

        Un équipement mobile autonome fonctionnant au gaz et avec des panneaux solaires

        Le principe :

        – Produire de l’air réchauffé à 30 °plus stable à la surface du sol

        – Canaliser la diffusion de l’air réchauffé pour le positionner de façon plus homogène à la surface du sol.

        Une cellule de chauffage et de diffusion de l’air très innovante

        Une tourelle rotative incluant, un ventilateur centrifuge, un brûleur circulaire à gaz et un cône de diffusion.

        Une production d’air à 30, 32 °C portée par un flux d’air ayant une vitesse de 100 km / h

        La rotation a 360 ° du diffuseur est effectuée en 3 minutes

        Peu de nuisance sonore et une consommation énergétique identique à celle des tours à vent.

        Un rayon d’action de 250 m couvrant un diamètre de surface de 500 m.

        La présence de capteurs de températures sur des mats dans les  zones les plus gélives.

        Le suivi permanent des températures permet de piloter automatiquement la mise en route et la durée de fonctionnement

        Des performances de protection annoncées importantes : 15 à 20 ha avec un seul appareil.

        Un équipement tests pendant plusieurs années en Nouvelle Zélande.

         Un prix de vente de 120 000 € ht

 

Des tests aux champs pendant plusieurs années avant de commercialiser

 

            La sagesse des deux entrepreneurs les a conduits suivre le fonctionnement des deux premiers équipements pendant plusieurs années avant d’envisager la commercialisation. Le Heat Ranger a été confronté aux réalités des risques de gels dans les vergers, les vignes et les cultures maraîchères en Nouvelle Zélande et aussi en République Tchèque. La phase de test en situation réelle pendant plus de deux ans a été essentielle pour mettre au point définitivement l’automatisation de l’appareil et analyser les premiers retours d’expériences. L’acquisition de ce vécu a permis d’adapter le fonctionnement aux spécificités des diverses situations de gels et d’enrichir le protocole d’utilisation de l’équipement. Lors de la présentation du matériel à Chantillac, F Philipps a indiqué que l’équipement Heat Ranger était désormais pleinement opérationnel.

 

Des nuisances sonores très limitées par rapport aux tours à vents

 

            F X Cornette avait installé un équipement Heat Rangers à la fin du mois d’octobre dans la zone la plus gélive de son exploitation. Son souhait était d’apprécier la faisabilité de l’utilisation de cet appareil au cœur d’un îlot d’une vingtaine d’hectares. Le moteur au gaz a été connecté à la citerne de propane de la distillerie ce qui a permis de quantifier assez précisément les consommations énergétiques. Les différents essais ont été réalisés à avec l’installation complète incluant la ligne de mats supportant les capteurs de températures. Les nuisances sonores liées au fonctionnement du module de production et de diffusion d’air chaud sont très limitées par rapport à celles des tours à vents.

 

Des consommations de combustibles pas plus importantes

 

 Les consommations de gaz se situent autour de 150 kg/heure, soit un coût d’environ 87 € / heure pour protéger 15 à 20 hectares (en prenant les cours actuels du Gaz propane). A titre de comparaison, des tours à vents fixes fonctionnant au gaz consomment en moyenne 30 kg / heure pour protéger 5 à 7 Ha. Les charges de combustibles entre les deux systèmes sont à peu près équivalentes. La présence de citerne de stockage de capacités suffisantes est indispensable pour assurer l’autonomie de fonctionnement.  F-X Cornette a pris des contacts avec les fournisseurs de gaz régionaux qui auraient la capacité de proposer des bonbonnes de gaz de 500 l mobiles (sous la forme de contrats de location comme pour les distilleries). Ce type de contenants est déjà utilisé pour réaliser du désherbage thermique. Un fonctionnement en continu durant 6 à 8 heures nécessiterait la mise à disposition de deux à trois réserves de 500 l.

 

Un premier équipement fonctionnera à Chantillac au mois mars prochain

 

            La société va commercialiser dès l’année prochaine l’appareil à un prix qui se situe autour de 120 000 € ht. Un tel niveau d’investissement représente « une coquette somme » dont le montant doit être ramené au potentiel de surface protégé. Une tour à vent classique fixe (un prix d’achat entre 45 000 à 50 000 € ht) protège environ 5 à 7 ha selon l’intensité du gel. Les fabricants de l’équipement Heat Rangers annoncent la protection d’une surface de 15 à 20 ha ce qui rend en théorie, cet investissement compétitif. Néanmoins, l’absence de retours d’expériences dans les régions viticoles Françaises et Européenne représente un élément d’incertitude qui sera peut-être comblé dès l’année prochaine.  F-X Cornette  testera à partir du mois d’avril 2020 un équipement Heat Ranger et son évolution sera  très intéressante à suivre.

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