La prochaine étape de la stratégie pour réduire le compactage du sol : observations sur l’utilité des systèmes centralisés de gonflage de pneus (CTIS)
Comme discuté dans un article précédent (à consulter ici), tant qu’on utilisera de la machinerie lourde dans les champs cultivés, le compactage du sol va demeurer un risque important. De nombreux facteurs contribuent à aggraver ce risque, comme la charge, la configuration des pneus (type, nombre et dimensions des pneus), l’état du sol et la fréquence des passages de la machinerie.
Nous avons déjà mentionné comment les systèmes centralisés de gonflage de pneus (CTIS) constituent de puissants outils pour réduire les risques de compactage du sol. Un jour on pourra probablement lutter contre ce fléau en éliminant ou en diminuant considérablement la charge sur les sols par l’absence totale de contact avec celui-ci (figure 1A) ou en réduisant beaucoup la taille de la machinerie agricole (figure 1B).
Figure 1a. Aperçu d’une future moissonneuse-batteuse robotisée propulsée par aéroglisseur (voir ici avakov.artstation.com/projects & fendt.com).
Figure 1b. Nouvelles machines agricoles robotisées de petite taille (voir ICI).
Le présent article décrit comment réduire le compactage du sol en utilisant les systèmes centralisés de gonflage de pneus (CTIS). Il est vrai que de nombreuses méthodes permettent de réduire ce problème, mais nous estimons que le système CTIS est l’un des plus efficaces, bien que de nombreux agriculteurs sous-estiment son utilité. Un système CTIS n’est pas approprié à toutes les situations. Il convient mieux à la machinerie lourde ou qui transporte du matériel lourd, dans les cas où le transport avec charge sur les routes et la circulation dans les champs sont très fréquents. C’est le cas notamment des pulvérisateurs, des épandeurs à fumier ou à engrais, des remorques transportant du foin ou des fourrages, des grosses presses à balles carrées et des ensileuses automotrices. Alors que l’équipement comme les moissonneuses-batteuses et les charrettes à foin transportent des poids importants, ces véhicules ne se retrouvent habituellement pas chargés sur la route, et la pression de leurs pneus est en général moins élevée que leur charge exigerait normalement sur la route, d’où le fait qu’un système CTIS est moins approprié dans leur cas.
Figure 2 (A-D). Effet de la dimension et de la pression des pneus sur le compactage du sol. Les flèches rouges pointent vers l’empreinte de pneus à la pression utilisée sur la route alors que les flèches vertes pointent vers l’empreinte des pneus à la pression utilisée au champ. 2A montre l’empreinte du pneu plus large du côté gauche du pulvérisateur et 2B, celle du pneu moins large du côté droit, tel que montré aux figures 2C et 2D (MAAARO).
La figure 2 montre différentes ornières formées dans le sol par un pulvérisateur automoteur chargé, pourvu de pneus larges sur le côté gauche et de pneus étroits du côté droit. Deux passages de machinerie ont été effectués : le premier à la pression des pneus recommandée pour la circulation sur une la route (35 psi), et le deuxième avec une pression appropriée à la circulation dans le champ (13 psi). À remarquer que les empreintes dans le sol avec les pneus larges (2A) ne semblent pas creuser le sol très profondément, quelle que soit la pression des pneus, comparativement aux ornières plus profondes causées par les pneus étroits (2B). Cela démontre que des pneus plus gros ayant une plus grosse empreinte sur le sol permettent de distribuer le poids de la machinerie sur une plus grande surface, ce qui réduit la possibilité et la gravité du compactage.
Toutefois, malgré des empreintes de pneu similaires (2A), les données des capteurs montrent tout de même que la diminution de la pression des pneus pour le travail au champ, même avec les pneus plus larges, a réduit le stress associé au poids du pulvérisateur (figure 3). Dans les séries de graphiques suivants, les courbes correspondant aux effets du stress associé à la pression de gonflage indiquent que ce dernier a été détecté par le capteur à des profondeurs de 6, 12 et 20 pouces au passage du pulvérisateur. Les lignes horizontales représentent les valeurs seuils de stress au-dessus desquelles le compactage est susceptible de se produire dans la couche supérieure du sol et dans le sous-sol respectivement. Plus les lignes des effets sont basses, mieux c’est. Les courbes à gauche correspondent à l’essieu avant et celles de droite à celui arrière. En raison de certaines limites du logiciel, les couleurs ne sont pas uniformes d’un graphique à l’autre. Dans tous les cas, la courbe du haut correspond aux données prises par le capteur à 6 pouces de profondeur. Les lignes au-dessous correspondent respectivement aux profondeurs de 12 et 20 pouces.
Figure 3A. Stress exercé sur le sol par un pulvérisateur automoteur pleinement chargé avec rampe, dans un champ, et dont les pneus de dimensions 800/55R46 sont gonflés à la pression requise pour circulation sur la route (35 psi).
Figure 3B. Stress exercé sur le sol par un pulvérisateur automoteur pleinement chargé avec rampe, dans un champ, et dont les pneus de dimensions 800/55R46 sont gonflés à la pression requise pour circulation dans un champ (13 psi).
En comparant les résultats de la figure 4 à ceux de la figure 3, on observe que le pneu haut et étroit de la figure 4 est gonflé à une plus haute pression pour la route et le champ (50 et 25 psi) comparativement au pneu plus large (35 et 13 psi). Cela dépend du volume et de la taille du pneu. Le pneu étroit doit être gonflé à une pression plus élevée pour supporter la charge en toute sécurité compte tenu de l’empreinte sur le sol qu’il peut causer. Bien que le système CTIS avec un pneu étroit ne réduise pas autant le stress dû au compactage que le pneu large, l’écart entre les pressions pour la route et pour le champ est important (figure 4). Malgré le volume moins élevé du pneu étroit, les avantages du système demeurent évidents.
En ce qui a trait à l’optimisation du système CTIS, de nombreux fabricants de pneus sont encore à mettre au point des grilles de correspondances entre les pressions requises pour différents types de pneu, selon la vitesse, les charges et la circulation sur les routes ou dans les champs. Le travail à ce sujet se poursuit, mais le très grand choix de type de pneus et les préoccupations concernant les garanties des pneus signifient que le dossier continue d’évoluer. Ceci étant dit, de nombreux producteurs qui connaissent les limites de leur équipement, en raison de leur expérience, prennent leurs propres décisions en ce qui a trait aux pressions des pneus dans le champ et fonctionnent souvent à des pressions de gonflage inférieures à ce qui est suggéré dans les grilles d’utilisation. Ils comprennent en effet la portée de ces décisions, mais ils estiment que les avantages procurés surpassent les risques de bris de pneu, bien qu’ils soient très conscients de la sécurité de l’opérateur et du matériel lorsqu’ils fixent les pressions des pneus pour le travail au champ. On doit se rappeler que le stress sur un pneu qui roule dans un champ à plus basse vitesse et en ligne droite est de beaucoup inférieur que sur la route avec une charge et une vitesse plus grande. De nombreux utilisateurs de systèmes CTIS utilisent leurs pneus pendant cinq à huit mille heures, ce qui donne amplement de temps pour amortir le prix de ce système.
Figure 4A. Stress exercé sur le sol par un pulvérisateur automoteur pleinement chargé avec rampe, dans un champ, et dont les pneus de dimensions 420/95R50 sont gonflés à la pression requise pour circulation sur la route (50 psi).
Figure 4B. Stress exercé sur le sol par un pulvérisateur automoteur pleinement chargé avec rampe, dans un champ, et dont les pneus de dimensions 420/95R50 sont gonflés à la pression requise pour le travail au champ (25 psi).
L’utilisé d’un système CTIS peut aussi être très bien démontrée avec les épandeurs à fumier. Nous avons examiné l’énorme système Nuhn Quad pourvu de deux réservoirs et de trois essieux, ainsi que de pneus 900/65R46 (figure 5). Malgré la charge imposante, les pneus très larges réduisent le stress exercé sur le sol comparativement au pulvérisateur automoteur. Étant donné le poids de la charge imposée aux pneus de l’épandeur, il a fallu une pression sur la route de 40 psi, mais la pression au champ peut être abaissée à 10 psi. Les différences de stress exercé sur le sol étaient considérables (figure 6).
Figure 5. Démonstration d’un épandeur Nuhn Quad pourvu d’un système CTIS au cours de la journée IFAO Compaction Action Day, en 2017 à Arthur (Ontario).
Figure 6A. Stress exercé sur le sol par un gros épandeur à fumier chargé dont les pneus sont gonflés à la pression requise pour circuler sur la route.
Figure 6B. Stress exercé sur le sol par un gros épandeur à fumier chargé dont les pneus sont gonflés à la pression requise pour le travail au champ.
On doit cependant se rappeler que dans le cas de ces deux exemples, le poids de la machinerie n’a pas changé. La diminution de la pression de gonflage en passant de la route au champ a permis aux pneus de s’écraser sans avoir à craindre de défaillance et cela a également permis d’allonger leur empreinte, répartissant ainsi le poids sur une plus grande superficie de terrain et abaissant aussi le stress exercé par la charge. Ce point a été discuté dans l’article précédent (à consulter ici).
Avec ou sans système CTIS, on ne doit jamais opérer de la machinerie agricole sur la route à une vitesse pour laquelle les pneus ne sont pas gonflés conformément aux recommandations du fabricant. Cette règle doit absolument être respectée à des fins de sécurité routière!
Bien que ces exemples portent sur de la machinerie lourde, le compactage du sol peut aussi se produire avec de la machinerie plus légère. On doit se préoccuper du compactage du sol, quelle que soit la taille de l’équipement utilisé. L’utilisation d’un système de gonflage est donc vraisemblablement aussi avantageuse pour toutes les dimensions de machinerie utilisées.
Nous invitons donc tous les producteurs à envisager sérieusement de se doter d’un système centralisé de gonflage de pneus (CTIS). Ce système ne convient pas à toutes les situations, mais si on circule sur la route avec des charges suffisamment lourdes en se rendant dans un champ, l’optimisation de la pression de gonflage des pneus est cruciale pour diminuer les risques et la gravité du compactage du sol.
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As discussed in the previous article (available here), as long as we are putting heavy implements on farm fields, soil compaction is a significant possibility. Lots of factors impact the severity of threat, like load, tire configurations (type, number, size), soil fitness and frequency of equipment passes.
We discussed how Central Tire Inflation Systems (CTIS) are a powerful tool in reducing the soil compaction threat. Eventually we may address soil compaction by eliminating or greatly reducing equipment load on soils by removing soil contact (Figure 1a) or greatly reducing the size of future farm equipment (Figure 1b).
Figure 1a. A teaser of future hovercraft propulsion combine design robotic farm implements (see here avakov.artstation.com/projects & fendt.com)
Figure 1b. New reduced scale robotic farm implements (see HERE).
In this article we will showcase reductions in soil compaction by employing CTIS. While many management options can be adopted to lower compaction threats, we have found that CTIS is one of the most effective, yet many farmers overlook its value. CTIS is not appropriate everywhere. It best fits on implements that are or carry high weight, do considerable road travel loaded and have significant frequency in the field. Things like sprayers, manure/fertilizer spreaders, hay and forage wagons, large square balers and self-propelled forage harvesters among others. While equipment like combines and grain buggies carry significant weight, they don’t tend to travel loaded on the road so their typical tire pressure is lower than their loaded weight would dictate for on the road and therefore less in need of CTIS.
Figure 2 (A-D). Impact of tire size and inflation pressure on soil compaction. Red arrows indicate tire tracking at road pressure while green arrows indicate tire tracking at field pressure. 2A indicates wider tire from left side of sprayer and 2B the narrow tire from the right side of sprayer, as shown in 2C and 2D (OMAFRA).
Figure 2 shows different “rutting” of soil from a loaded self-propelled sprayer with wide tires on the left side and narrow tires on the right. Two passes were made: first with tire inflation at recommended pressure for road travel (35 psi) and second with the pressure for field travel (13 psi). Note that tire impressions in the soil with wide tires (2A) don’t appear to track the soil very deeply with either tire pressure compared to the deeper rutting with narrow tires (2B). This demonstrates that bigger tires with greater “contact patch” on the ground can distribute equipment weight over more area, reducing the likelihood and severity of compaction.
However, despite similar tire impressions (2A), data from field sensors still indicates that lowering in-field tire pressure, even with the wider tires, reduced weight stress from the sprayer (Figure 3). In the following sets of graphs, the response lines indicate the stress detected as pressure at the sensor depths of 6″, 12″ and 20″ as sprayer tires pass over. The horizontal lines represent the stress threshold values above which soil compaction is likely to happen in the topsoil and subsoil respectively. The lower the response lines the better. Left response curves are the front axle of the sprayer while right curves are the rear. Due to software issues, line colours are not consistent between graphs. In all cases the top response curve is for the 6″ depth sensor. The lines below are for the 12 and 20″ depths respectively.
Figure 3A. Soil stress exerted on the soil under road (35 psi) tire pressures for an 800/55R46 tire on a fully loaded self-propelled sprayer with boom in field position.
Figure 3B. Soil stress exerted on the soil under field (13 psi) tire pressures for an 800/55R46 tire on a fully loaded self-propelled sprayer with boom in field position.
Of note with results in Figures 4 vs 3, the tall narrow tire of Figure 4 has higher road and field pressures (50, 25 psi) compared to the wider tire (35,13 psi). This is a function of the tire volume and size. The narrow tire for the ground contact patch it can create has to be set at higher pressure to carry the load safely. Although CTIS with the narrow tire doesn’t reduce the compaction stress to the same extent as the wide tire, the differences between road and field pressure are significant (Figure 4). Despite the lower tire volume of the narrow tire, the benefit of the CTIS system is obvious.
In terms of optimizing with CTIS, many tire companies have yet to develop tire charts that reflect the pressure ratings for different tire types, speeds, loads, and field/road travel. It’s a work in progress but the sheer volume of tire options and concerns over tire liability means this continues to evolve. That said, many producers who know the limits of their equipment based on experience are making their own decisions for in-field tire pressures, and often operate even lower than what is published in tire charts. They understand the liability to these decisions but feel the benefits outweigh the risk to tire failure, although they are still very conscious of operator and equipment safety when setting field pressures. Remember that the stress on a tire operating in the field at lower speed and in straight lines is far less than on the road under load and higher speed. Many CTIS users are routinely achieving 5-8 thousand hours of tire life when they use CTIS, which goes a long way to paying for the system.
Figure 4A. Soil stress exerted on the soil under road (50 psi) tire pressures for an 420/95R50 tire on a fully loaded self-propelled sprayer with boom in field position.
Figure 4B. Soil stress exerted on the soil under field (25 psi) tire pressures for an 420/95R50 tire on a fully loaded self-propelled sprayer with boom in field position.
Another striking example of the value of CTIS is seen with manure spreaders. We looked at the huge Nuhn Quad system with 2 tankers and triple axles with 900/65R46 tires (Figure 5). Despite the massive load, very large tires reduce soil stress when compared to the self-propelled sprayer. For the loaded weight on the tanker tires, on-road pressure was required to be 40 psi but in-field pressure could be lowered to 10 psi. The difference in stress exerted to the ground was substantial (Figure 6).
Figure 5. Nuhn Quad Tanker with CTIS demonstrated at 2017 IFAO Compaction Action Day, Arthur ON.
Figure 6A. Stress exerted on the soil by a large loaded manure tanker at road tire pressures.
Figure 6B. Stress exerted on the soil by a large loaded manure tanker at field tire pressures.
Keep in mind for these two examples that equipment weight did not change. Reducing tire pressure from road to field travel allowed tires to “squat” without fear of failure and allowed the tire “footprint” to become longer, spreading weight across more ground area and lowering weight stress. This was discussed in the previous article (available here).
With or without CTIS, never operate a loaded piece of farm equipment on the road at speed where tires are not inflated to tire manufacturer recommendations. This is an absolute must from a road safety perspective!
While these examples have included large equipment, soil compaction also happens with smaller equipment. Soil compaction must be of concern regardless of equipment size and as such, CTIS likely has similar payback opportunity regardless of equipment size.
So, we encourage all producers to look seriously at CTIS. Its not for all applications but if you travel the road with loads that carry significant weights onto fields, optimizing tire pressure is critical to decreasing the potential and severity of soil compaction.
