L’efficacit´e des applications et leur impact dans l’environnement ne sont pas seulement li´es au type de mati`ere active utilis´ee et au moment d’application, mais aussi `a la fa¸con de transf´erer le produit jusqu’aux zones cibles du traitement (PISC,2002).
Dans les proc´ed´es d’application de phytosanitaires, ceux qui utilisent un milieu liquide sont les plus importants, car ils fournissent une manipulation plus facile et un contrˆole du dosage plus pr´ecis, en comparaison avec d’autres formulations (solides ou gazeuses).
En cons´equence, la majorit´e des pesticides est appliqu´ee en phase liquide sous forme de pulv´erisation, c’est-`a-dire par fragmentation du liquide en un nuage de gouttes qui doivent impacter les diff´erentes cibles. L’efficacit´e des traitements et l’´eventuel impact dans l’environnement sont tr`es d´ependants du type de technique s´electionn´e.
1.2.1 Types d’appareils
Les pulv´erisateurs sont des appareils de traitement de cultures qui r´ealisent la fragmen-tation des liquides en gouttes selon l’objectif du traitement. Les m´ethodes de g´en´eration des gouttes et de transport jusqu’`a la cible sont utilis´ees pour classer les diff´erents types d’appareils (cf. Tableau 1.1).
Formation Transport Type
de gouttes des gouttes d’appareil
Pression de liquide Energie cin´´ etique (goutte) Jet projet´e Pression de liquide Flux d’air Jet port´e Flux d’air et d´epression Flux d’air Pneumatique Forces centrifuges Energie cin´´ etique (goutte) Centrifuge Tab. 1.1 – Principaux types de proc´ed´es d’application de pesticides
La technique de pulv´erisation la plus employ´ee et la plus simple est le jet projet´e, qui est adapt´e `a tout type de traitements. La formation des gouttelettes est obtenue par passage du liquide sous pression dans des buses. C’est l’´energie cin´etique, seule, qui permettra aux gouttes d’atteindre leur cible. Les diam`etres des gouttes cr´e´ees oscillent entre 100 et 500 µm et le volume appliqu´e par hectare est g´en´eralement sup´erieur `a 200
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litres. En terme de performances, il est consid´er´e que les appareils `a jet projet´e utilis´es en d´esherbage n’occasionnent que peu de pertes dans l’environnement (Aubertot et al., 2006). Le principal inconv´enient de cette technique est la mauvaise p´en´etration dans la v´eg´etation du fait de la faible ´energie de transport des gouttes. Dans la viticulture et l’arboriculture le jet projet´e est utilis´e dans des cultures ´etroites et pour une v´eg´etation peu dense.
Dans la pulv´erisation par jet port´e, les gouttes sont form´ees, comme dans le jet projet´e, par le passage du liquide sous pression dans des buses. Le transport est assist´e par un courant d’air. C’est un syst`eme dans lequel la p´en´etration et les d´epˆots dans la v´eg´etation sont am´elior´es du fait de la turbulence de l’air qui agite les plantes. La taille des gouttes oscille entre 75 et 300 µm. Ce type de proc´ed´e peut s’utiliser tant en arbo-viticulture que dans les applications pour culture basse, bien que cette derni`ere utilisation soit moins fr´equente.
Les pulv´erisateurs pneumatiques produisent des gouttes de diam`etre plus faible, entre 50 et 150µm. La fragmentation est cr´e´ee au niveau d’un r´etr´ecissement brusque de l’orifice de sortie de l’air, o`u la pression et la vitesse sont augment´ees par effet venturi. Le transport est effectu´e par le courant d’air. Cette technique permet d’obtenir une bonne p´en´etration dans les v´eg´etations denses avec une bonne r´epartition grˆace `a la turbulence mais les pertes par d´erive et ´evaporation des gouttes peuvent ˆetre importantes.
La pulv´erisation centrifuge consiste `a soumettre le flux de liquide `a des efforts de trac-tion qui entraˆınent le fractrac-tionnement en petites gouttes. Cet effet est g´en´eralement cr´e´e par des disques qui tournent `a vitesse ´elev´ee (4000 `a 20000 tours par minute) en produisant un nuage uniforme de gouttes avec un diam`etre moyen inf´erieur `a 100µm. Son utilisation sur des machines motoris´ees est toutefois limit´ee pour des raisons de coˆut et d’encombre-ment. C’est une technique g´en´eralement employ´ee dans les applications a´eriennes, sur des machines manuelles ou pour le d´esherbage.
1.2.2 Formation de gouttes
La pulv´erisation par pression est la technique la plus utilis´ee pour la formation des gouttes pour l’application de produits phytosanitaires (Wilson,2003). Le flux est forc´e `a travers un orifice calibr´e (buse) et la pression du liquide a un effet sur le d´ebit, l’angle du jet et le spectre granulom´etrique des gouttelettes. La figure 1.2 illustre le processus de fragmentation de la nappe de liquide `a la sortie de la buse.
Diverses m´ethodes de mesure et de description statistique permettent de caract´eriser la distribution des tailles de gouttes cr´e´ees ; une revue compl`ete est disponible dansMatthews et Hislop (1992). Pour d´ecrire la taille des gouttes, les valeurs statistiques utilis´ees sont principalement le Diam`etre M´edian Volum´etrique (VMD ouDV.50) et le Diam`etre M´edian Num´erique (NMD). Par d´efinition la moiti´e du volume de jet contient des gouttes plus grandes que le VMD et le NMD est le diam`etre de goutte tel que 50% des gouttes (en nombre) sont d’un plus petit diam`etre. Ces valeurs sont usuellement donn´ees en microns.
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Fig. 1.2 – Formation de gouttelettes `a partir du fractionnement d’une nappe de liquide produite par pression de liquide dans les processus de pulv´erisation. Source : Ben et al.
(2004)
La qualit´e de la pulv´erisation est ensuite le plus souvent ´evalu´ee par le «span» relatif.
Cette grandeur est calcul´ee `a partir des distributions volum´etriques comme indiqu´e dans l’´equation suivante 1.1 :
span = DV.90−DV.10
DV.50 (1.1)
o`u DV.10 et DV.90 sont les percentiles `a 10% et 90% respectivement.
Dans la pulv´erisation hydraulique (par pression), diverses classifications ont ´et´e propo-s´ees pour d´ecrire le spectre de gouttes produites. Ces classifications reposent sur la qualit´e de la pulv´erisation et la susceptibilit´e du nuage de gouttes `a ˆetre transport´e sous l’effet du vent (d´erive) au moment d’une application. Le premier syst`eme de classification `a ´et´e propos´e par le British Crop Protection Council (BCPC) au Royaume Uni, `a partir des travaux de Doble et al.(1985) et Southcombeet al. (1997), en utilisant les classes«Tr`es Fine» jusqu’a«Grosse» `a partir de distributions obtenues avec des buses de r´ef´erence.
D’autres syst`emes de classification sont aussi disponibles, par exemple celui d´evelopp´e par l’«American Society of Agricultural and Biological Engineers»(ASABE) aux Etats-Unis ou la «Biologischen Bundesanstalt» (BBA) en Allemagne.
1.2.3 Contexte de l’application des pesticides
L’interaction d’agents chimiques avec l’environnement varie en fonction des sc´enarios sur le terrain. La complexit´e du proc´ed´e d´ecoule de la complexit´e de ces sc´enarios. La tech-nique et l’´equipement choisis pendant une application peuvent diff´erer ´enorm´ement pour une mˆeme culture en fonction des aspects agronomiques, socio-´economiques ou d’autre
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Fig. 1.3 – Exemple de pulv´erisateur `a rampe utilis´e en grandes cultures nature comme la r´eglementation ou la disponibilit´e de main d’œuvre.
La g´eom´etrie et la caract´eristique de la cible sont les premiers d´eterminants du choix du proc´ed´e d’application. Deux grands sch´emas sont fr´equemment utilis´es pour aborder la conception et les probl´ematiques sp´ecifiques des appareils : les traitements pour les grandes cultures et ceux pour l’arbo-viticulture.
De plus, des variations spatiales et temporelles sont toujours pr´esentes dans les par-celles trait´ees. Tous ces ´el´ements conditionnent de mani`ere importante la dynamique ini-tiale des pesticides dans le milieu naturel.
Grandes cultures
Ce type de culture est le plus important en termes de surface cultiv´ee et d’intensit´e de m´ecanisation agricole. Pendant la pulv´erisation des grandes cultures, la cible peut ˆ
etre consid´er´ee comme bidimensionnelle et plate, ind´ependamment du type de ravageur
`
a contrˆoler. Toutefois la p´en´etration dans le v´eg´etal peut ˆetre am´elior´ee pour certains traitements pour optimiser l’efficacit´e des pesticides. Des pulv´erisateurs `a rampe (figure 1.3) sont g´en´eralement utilis´es pour ce type de cultures. L’assistance d’un flux d’air est parfois propos´ee pour am´eliorer la p´en´etration et ´eviter les pertes par d´erive.
Les perspectives pour l’am´elioration de l’efficacit´e des traitements et la minimisation de l’impact environnemental de ce type de proc´ed´e sont li´ees `a l’optimisation de la r´egularit´e des d´epˆots sur le terrain (Sinfort et al., 1994) et `a la limitation de la d´erive de produit au voisinage de la parcelle trait´ee, un ph´enom`ene ´etudi´e depuis des d´ecennies (Courshee, 1959).
Arbo-viticulture
Dans l’arbo-viticulture, les cibles sont verticales et pr´esentent une structure tridimen-sionnelle complexe. Les proc´ed´es d’application d´evelopp´es pour permettre une efficacit´e d’impact ´elev´ee et une bonne p´en´etration du jet dans la canop´ee se basent sur une as-sistance par flux d’air. Les perspectives pour optimiser ces types d’applications passent par l’am´elioration du processus de d´epˆot du liquide dans la structure v´eg´etale (Da Silva
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et al., 2001). Diverses machines sont disponibles ; on les classe g´en´eralement par rapport
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a la direction du flux d’air (figure 1.4) : pulv´erisateur axial, tangentiel ou radial.
Fig. 1.4 – Sch´ema des principaux types de pulv´erisateurs utilis´es en arbo-viticulture : A) pulv´erisateur axial ; B) pulv´erisateur tangentiel ; C) pulv´erisateur radial avec les sorties d’air r´eglables. Source :Swiechowski et al. (2004)
Une diminution du diam`etre des gouttes, accompagn´ee d’une augmentation de la tur-bulence du flux d’air augmente la p´en´etration mais aussi les risques de pertes par ´ evapo-ration et d´erive. Des appareils mal r´egl´es ou des traitements r´ealis´es sous des conditions m´et´eorologiques inad´equates peuvent renforcer le transport de polluants et les pertes to-tales peuvent atteindre jusqu’a 80%, dont 20% vers l’air (Cross et al., 2001).