Publié le : 07 octobre 202026 mins de lecture
Les augmentations projetées de la population humaine au cours des prochains siècles nécessiteront plus de nourriture et de bétail, et une augmentation correspondante de la quantité de matériel agricole nécessaire pour entretenir les cultures et les animaux. Industrie géante mais fragmentée, l’équipement agricole est un marché en croissance pour les composites et, à un moment donné, pourrait consommer une quantité importante de ces matériaux.
Bien que ce ne soit pas le premier segment de transport que la plupart des gens considèrent comme un marché en croissance pour les composites, peut-être que l’équipement agricole devrait l’être et, à terme, le sera. Après tout, à mesure que les populations humaines augmentent à travers la planète, il faudra davantage de ressources pour faire pousser des plantes et du bétail pour nous nourrir. Malgré un siècle de guerres horribles et de graves fléaux internationaux, les populations humaines ont réussi à croître de 400% au cours du 20e siècle. La population mondiale d’aujourd’hui est de 7,6 milliards, et les Nations Unies (New York, NY, États-Unis) prévoient qu’un autre milliard sera ajouté d’ici 2030, un autre encore d’ici 2050, et qu’en 2100, la population mondiale sera de 11,2 milliards. À mesure que l’agriculture se développera, le marché de l’équipement augmentera également.
Actuellement, l’industrie des équipements agricoles est géographiquement fragmentée, avec seulement quelques équipementiers mondiaux construisant aux volumes de production les plus élevés de l’industrie – et ce sont généralement des volumes encore inférieurs à ceux même de l’industrie des camions lourds. Cependant, une constellation de tendances – y compris le remembrement des terres dans les Amériques, des normes plus strictes en matière d’efficacité énergétique et d’émissions pour les véhicules à moteur diesel dans de nombreuses zones géographiques, la question complexe de la réduction du poids, un plus grand intérêt pour l’utilisation de la différenciation de la conception comme outil de marketing, et les changements dans la façon dont les fabricants OEM de machines intégrées en amont sont encore dans les métaux – a conduit à la conversion de composants de plus en plus volumineux en composites en utilisant une gamme plus large de matériaux et de processus. À mesure que ces tendances gagnent du terrain,
Transport – mais différent
L’une des premières choses à comprendre sur le marché des équipements agricoles est sa taille mais sa fragmentation, et comment cela affecte le type d’équipement produit et utilisé dans chaque région.
«La régionalité est un facteur intéressant sur ce marché», explique Deavron Farmer, responsable des grands comptes mondiaux / responsable du marché agricole chez LyondellBasell Engineered Composites (Houston, Texas, États-Unis). «Grâce à la consolidation au cours des cinq dernières décennies, les plus grandes fermes des Amériques [en particulier aux États-Unis, au Canada, en Argentine et au Brésil] ont tendance à représenter des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers d’acres, souvent avec des champs contigus . Compte tenu de la taille de ces champs et de la tendance à la monoculture [planter des cultures uniques sur d’énormes superficies], l’équipement est devenu plus grand et plus modulaire afin que les agriculteurs puissent entretenir efficacement de plus grandes étendues de terre. Il ajoute que ce n’est pas nécessairement le cas en Europe, où les exploitations sont restées plus petites et les équipements sont de taille appropriée.
En revanche, dans les pays en développement, d’autres moteurs sont en jeu. «Le coût – qui est un problème partout – est une question particulièrement sensible dans les régions en développement, où des équipements comme un tracteur peuvent également servir de transport familial vers la ville», ajoute Farmer. «Bien que les agriculteurs puissent utiliser des équipements plus anciens, le changement s’intensifie si rapidement que les agriculteurs des pays en développement pourraient bien sauter des générations entières d’équipement qui ont mis des décennies à évoluer dans d’autres régions – comme cela s’est produit avec l’électronique grand public. Compte tenu de la fragmentation géographique du marché des équipements agricoles, les opportunités pour les équipementiers mondiaux comme John Deere (Deere & Co., Moline, Ill., États-Unis), Case New Holland (CNH Global NV, Amsterdam, Pays-Bas) et AGCO (AGCO Corp., Duluth, Ga., États-Unis ) pour créer des modèles mondiaux qui permettent le partage des pièces et la réduction des coûts comme cela se fait dans d’autres segments du transport. Cela signifie que les accords d’achat mondiaux sont moins courants, de sorte que les fabricants, les mouleurs et les fournisseurs de matériaux doivent se qualifier dans chaque région où ils souhaitent réaliser des ventes.
Une autre différence sur ce marché est que l’équipement agricole est conçu pour avoir une longue durée de vie. Les constructeurs automobiles visent aujourd’hui une durée de vie d’une décennie. Les fabricants de camions commerciaux testent et garantissent 482803 kilomètres pour les véhicules de service sévères et 1,9 million de kilomètres pour les camions long-courriers – ce dernier objectif pourrait être atteint en aussi peu que cinq ans – tandis que les camions à benne basculante, les bétonnières et autres peuvent fonctionner pendant plusieurs décennies.
Cependant, même en Amérique du Nord, il n’y a rien de voir du matériel agricole encore en usage qui a 40, 50 ou 60 ans. Le marché des équipements d’occasion est très actif et, par conséquent, les machines agricoles sont conçues pour fonctionner pendant longtemps. C’est compliqué par le fait que la plupart des équipements agricoles passent toute leur vie à l’extérieur, constamment exposés à la chaleur, au froid, au vent, à l’humidité et aux rayons UV tout en étant soumis à des impacts de pierre, de gravier et de poussière pendant le fonctionnement. Non seulement les matériaux utilisés sur ces équipements doivent être résistants à la corrosion et aux bosses et avoir de bonnes caractéristiques de résistance aux intempéries, mais ils doivent également fournir une stabilité chimique et thermique.
Ces machines sont régulièrement exposées à tout, des carburants et lubrifiants hydrocarbonés aux engrais et pesticides, dont beaucoup sont chlorés ou dispersés dans des bases lipidiques. Et comme les voitures et les camions, la chaleur autour du compartiment moteur augmente en raison de la nouvelle réglementation sur les émissions d’échappement. Ajoutez à cela le fait que les agriculteurs passent de longues journées enfermés dans des cabines de tracteur, ce qui augmente la demande pour réduire le bruit, les vibrations et la dureté (NVH) et pour augmenter le confort de l’opérateur. Dans l’ensemble, c’est un défi de taille pour n’importe quel groupe de matériaux.
Cependant, des volumes de production inférieurs peuvent rendre les composites moins rentables que les matériaux traditionnels. À l’exception des petites tondeuses à gazon autoportées, qui peuvent être produites dans des volumes similaires à ceux d’une voiture de 350 000 par an, la plupart des équipements sont produits de l’ordre de quelques centaines à quelques dizaines de milliers par an. C’est en partie parce qu’il existe de nombreuses options de personnalisation disponibles dans le segment des nouvelles machines et en partie parce que certains des équipements les plus récents sont conçus dans des tailles plus grandes et avec de nouvelles fonctionnalités qui ajoutent des coûts et de la complexité. Selon le type d’équipement et le modèle, cela peut être aussi coûteux que l’achat d’une nouvelle voiture ou même d’une nouvelle maison. En fait, l’investissement en capital élevé requis pour entrer et rester dans l’agriculture est devenu l’un des plus grands obstacles empêchant les nouveaux agriculteurs d’entrer dans l’industrie.
De plus, l’allègement qu’offrent les composites par rapport aux matériaux traditionnels peut être un avantage – mais la réduction du poids des équipements agricoles est un problème complexe. D’une part, le poids élevé du véhicule peut entraîner un compactage du sol, ce qui ralentit la croissance des plantes. Dans certaines applications, comme les bras de rampe de pulvérisation utilisés pour appliquer de l’eau et des produits chimiques aux champs, l’allègement est un réel avantage. Pour desservir efficacement des champs de plus en plus vastes, les bras de flèche sont de plus en plus longs, réduisant le nombre de passes nécessaires pour couvrir un champ. Cependant, cela signifie à son tour que des structures de support plus grandes sont nécessaires pour empêcher les bras de s’affaisser sur des portées aussi longues – qui peuvent dépasser 15 mètres de chaque côté du véhicule. Les efforts visant à réduire le poids – en passant de l’aluminium aux composites – peuvent apporter un réel avantage aux OEM et aux agriculteurs.
D’un autre côté, l’allègement n’est pas toujours bénéfique – surtout s’il a un impact sur la stabilité du véhicule. Les moissonneuses-batteuses lourdes à l’avant, par exemple, ont besoin d’un poids à l’arrière du véhicule pour maintenir les roues arrière au sol pendant le fonctionnement. Par conséquent, la répartition du poids est essentielle pour garantir la sécurité et l’efficacité. Tous ces facteurs signifient que le poids est compliqué lorsqu’il s’agit d’équipement agricole, et sa réduction n’a pas autant d’effet que dans les camions, les bus et les véhicules de tourisme.
De nombreux matériaux, de nombreux procédés
Compte tenu de la gamme de tailles et de volumes de production observés dans les équipements agricoles – des tondeuses à gazon autoportées et des tracteurs utilitaires compacts (CUT) aux écopes et aux moissonneuses-batteuses – une variété de procédés à moules ouverts et fermés sont utilisés pour produire principalement des pièces composites thermodurcissables dans ce segment. , bien que les thermoplastiques renforcés commencent à gagner du terrain dans des applications spécifiques. Étonnamment, l’un des matériaux les plus récents utilisés dans les équipements agricoles est le préimprégné époxy renforcé de fibre de carbone durci en autoclave de qualité aérospatiale pour les bras de rampe de pulvérisation. En aluminium ou en acier, ces bras nécessitent tellement de structure de support qu’il y a des limites pratiques à leur longueur. Cependant, en passant à des composites de fibre de carbone légers et performants, non seulement la structure de support peut être réduite ou éliminée, mais les rampes peuvent être allongées.
Alors que l’apparence et la finition, ainsi que la cohérence des pièces, deviennent plus importantes pour les OEM et les clients, à la fois pour la différenciation des produits et la marque visuelle, les fabricants d’équipements explorent les avantages bien connus des plastiques et des composites pour faciliter la liberté de conception, la consolidation des pièces et esthétique. La couleur est un autre aspect bien utilisé de la marque visuelle dans ce segment via la peinture, le gel coat et le polymère pigmenté. En fait, certains OEM combinent différentes textures de peinture sur le même panneau de carrosserie (par exemple, pointillé léger plus brillant) pour masquer les marques de rayures dans les zones d’usure tout en obtenant un aspect agréable. Les travaux en cours au sein de la base d’approvisionnement cherchent des moyens d’augmenter la durabilité des peintures et des revêtements et d’éliminer les deux technologies en faveur de films et de matériaux moulés en couleur (MIC) avec une plus grande stabilité aux UV.
Greening AG Composites
La durabilité – des améliorations de l’efficacité énergétique à l’utilisation de polymères recyclés et d’origine végétale – est tout aussi importante et souhaitable dans l’agriculture que dans d’autres segments du transport. Fait intéressant, les monomères biosourcés se sont avérés être une vente beaucoup plus facile ici que dans l’automobile. «Cela a du sens pour nos clients de la communauté agricole», explique Jay Olson, directeur de l’ingénierie des matériaux et de la technologie chez John Deere, ainsi que propriétaire de la marque / président du conseil et membre du conseil d’administration de la PLASTICS Industry Association (Washington, DC, NOUS). «Ils utilisent notre équipement pour cultiver du maïs et du soja, puis ces produits sont utilisés pour fabriquer des polymères qui sont moulés en composants pour le nouvel équipement que nous produisons pour ces mêmes clients.»
Actuellement, les produits végétaux les plus couramment utilisés dans les composites agricoles thermodurcissables comprennent le soja et le maïs qui entrent dans les résines de polyester insaturé pour le composé de moulage en feuille (SMC) et le composé de moulage en vrac (BMC). Vers 2000, Ashland LLC(Columbus, Ohio, États-Unis) a introduit la résine de polyester insaturé (UP) biosourcée Envirez 1807 aux préparateurs qui, à leur tour, la convertissent en SMC et la vendent aux mouleurs pour des pièces destinées au marché des équipements agricoles – principalement pour combiner les panneaux latéraux. La société affirme qu’Envirez était la première résine UP disponible dans le commerce contenant une partie importante (18 pour cent) de monomère dérivé de céréales provenant du maïs ou du soja. Le polymère est fourni non catalysé et on dit qu’il offre une réponse d’épaississement uniforme, une bonne aptitude à la peinture et de bonnes caractéristiques de surface à basse température de durcissement dans SMC. Il est également moins sujet aux fluctuations de prix que les polymères dérivés de matières premières pétrolières.
Un autre produit SMC vert qui élimine le coût et le fardeau environnemental de la peinture est une résine UP résistante aux intempéries, utilisée pour la première fois pour les surfaces visibles sur les boîtes de ramassage et maintenant présentée sur les panneaux diesel de post-traitement (ATD) des tracteurs John Deere 8000. L’Arotran 805 est une nuance noire moulée en couleur (MIC) stable aux UV qui a été développée conjointement par Ashland et le fournisseur d’additifs Chromaflo Technologies LLC (Ashtabula, Ohio, États-Unis) et est moulée par compression par Ashley Industrial Moulding (Ashley, Ind. , États-Unis). Lorsqu’il est composé en SMC et utilisé dans des applications telles que les panneaux ATD, il contribue à maintenir l’esthétique à long terme, ce qui permet de soutenir des valeurs de revente plus élevées pour les tracteurs.
Un SMC de nouvelle génération ciblant les équipements agricoles ainsi que les marchés du bâtiment / construction et électrique / électronique a été présenté au salon CAMX 2018 par LyondellBasell Engineered Composites. «En tant qu’industrie, nous savons que les composites thermodurcissables ont des limites en ce qui concerne le recyclage en fin de vie», explique Mike Gruskiewicz, directeur de la technologie pour la région des États-Unis, LyondellBasell Engineered Composites. «Alors que nous continuons à travailler sur le recyclage, nous voyons de nombreux avantages à incorporer du contenu renouvelable et recyclé dans la fabrication de SMC, contribuant ainsi à l’économie circulaire à l’avant du cycle de vie. Alors que nous avons commencé à rechercher des solutions vertes, nous nous sommes fixé l’objectif de zéro compromis en termes de performances, de moulabilité et d’esthétique par rapport aux SMC à base de pétrole. »
La société propose deux nouveaux produits SMC durables, qui offrent tous deux des performances ignifuges. «La qualité Premi-Glas 7001 produit des profils de surface pouvant être peints de classe A, permettant aux capots de tracteur d’obtenir une esthétique comparable à celle des automobiles de qualité, et ajoutant l’aspect ignifuge pour l’environnement agricole sévère, et Premi-Glas 3501 offre une couleur moulée et est destiné pour les pièces telles que les boîtiers électriques, les supports et les boîtiers, et les composants de la cabine », explique Gruskiewicz. De plus, 3501 incorpore un contenu thermoplastique recyclé pour renforcer son empreinte écologique. Dans les deux cas, le monomère de propylène glycol de la résine est produit à l’aide de soja ou de maïs et on dit qu’il donne des propriétés identiques à celles des monomères créés à partir de produits pétroliers traditionnels. Le grade 3501 comprend du polyéthylène téréphtalate (rPET) recyclé post-industriel (PIR), qui a été digéré chimiquement pour donner de l’acide téréphtalique, puis a réagi de nouveau dans la résine polyester. Bien qu’aucune application commerciale n’ait encore été annoncée, Gruskiewicz affirme que le grade 7001 est déjà en cours d’échantillonnage pour les capots de tracteur, les portes de moissonneuses-batteuses et les panneaux de carrosserie. «Un autre domaine passionnant pour SMC concerne les couvercles de soupapes pour les gros moteurs diesel ainsi que les carters d’huile», ajoute-t-il. «Par rapport à des pièces similaires sur des véhicules de tourisme qui sont passés du SMC aux thermoplastiques, nous constatons des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères en agriculture. Par exemple, sur les moteurs plus gros, des matériaux plus rigides sont nécessaires en raison des grandes portées sur ces unités plus grandes. » qui a été digéré chimiquement pour donner de l’acide téréphtalique et a ensuite réagi de nouveau dans la résine polyester. Bien qu’aucune application commerciale n’ait encore été annoncée, Gruskiewicz affirme que le grade 7001 est déjà en cours d’échantillonnage pour les capots de tracteur, les portes de moissonneuses-batteuses et les panneaux de carrosserie. «Un autre domaine passionnant pour SMC concerne les couvercles de soupapes pour les gros moteurs diesel ainsi que les carters d’huile», ajoute-t-il. «Par rapport à des pièces similaires sur des véhicules de tourisme qui sont passés du SMC aux thermoplastiques, nous constatons des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères en agriculture. Par exemple, sur les moteurs plus gros, des matériaux plus rigides sont nécessaires en raison des grandes portées sur ces unités plus grandes. » qui a été digéré chimiquement pour donner de l’acide téréphtalique et a ensuite réagi de nouveau dans la résine polyester. Bien qu’aucune application commerciale n’ait encore été annoncée, Gruskiewicz affirme que le grade 7001 est déjà en cours d’échantillonnage pour les capots de tracteur, les portes de moissonneuses-batteuses et les panneaux de carrosserie. «Un autre domaine passionnant pour SMC concerne les couvercles de soupapes pour les gros moteurs diesel ainsi que les carters d’huile», ajoute-t-il. «Par rapport à des pièces similaires sur des véhicules de tourisme qui sont passés du SMC aux thermoplastiques, nous constatons des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères en agriculture. Par exemple, sur les moteurs plus gros, des matériaux plus rigides sont nécessaires en raison des grandes portées sur ces unités plus grandes. » «Un autre domaine passionnant pour SMC concerne les couvercles de soupapes pour les gros moteurs diesel ainsi que les carters d’huile», ajoute-t-il. «Par rapport à des pièces similaires sur des véhicules de tourisme qui sont passés du SMC aux thermoplastiques, nous constatons des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères en agriculture. Par exemple, sur les moteurs plus gros, des matériaux plus rigides sont nécessaires en raison des grandes portées sur ces unités plus grandes. » «Un autre domaine passionnant pour SMC concerne les couvercles de soupapes pour les gros moteurs diesel ainsi que les carters d’huile», ajoute-t-il. «Par rapport à des pièces similaires sur des véhicules de tourisme qui sont passés du SMC aux thermoplastiques, nous constatons des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères en agriculture. Par exemple, sur les moteurs plus gros, des matériaux plus rigides sont nécessaires en raison des grandes portées sur ces unités plus grandes. »
Répondre aux charges écrasantes
Un défi dans l’industrie du matériel agricole est que les composites doivent maintenir des performances mécaniques sous des charges pouvant atteindre 9 000 kilogrammes. Par exemple, Tier-1 molder Plastics Unlimited(Preston, Iowa, États-Unis) a développé une technologie de moulage appelée composites d’ingénierie sans outil (TEC), qui a été utilisée pour produire des volets de porte / portes à extension de grain de 1,5 sur 2,1 mètres pouvant supporter des charges jusqu’à 9072 kg, pour se combine avec des murs nominaux de 6,4 à 12,7 millimètres d’épaisseur. TEC allie l’esthétique et la durabilité élevées des thermoplastiques à la résistance, la ténacité et la stabilité dimensionnelle des composites pour produire une structure avec une surface de classe A et un côté B contribuant à un rapport rigidité et résistance au poids élevé. L’aspect face A est produit par thermoformage d’une feuille de MIC acrylonitrile butadiène styrène (ABS), qui devient par la suite un outillage pour la moitié de la face B de la pièce, bien que pour ces structures plus grandes et plus complexes, un deuxième outil composite soit utilisé pendant le processus de formage. Ce dernier est un composite ensaché sous vide produit en utilisant de la résine UP infusée dans des couches cousues de noyaux en fibre de verre hachés. Des supports métalliques ainsi que de grandes nervures (produites en mousse de polyuréthane rigide) peuvent être insérés dans le composite pendant la superposition.
Le résultat est une pièce stabilisée aux UV et résistante à la corrosion offrant une flexibilité de conception et une résistance aux chocs élevée qui résiste à l’écaillage et à la fissuration à un coût raisonnable. La face A (couche thermoplastique) peut fournir une surface grainée ou brillante (cette dernière dans des couleurs unies ou sur des motifs transparents, qui comprennent du métal, du chrome, du bois, du camouflage et même un treillis de carbone). On dit que cette couche thermoplastique offre une excellente profondeur d’image et est beaucoup plus durable que le SMC peint ou enduit de gel, permettant de polir les petites rayures superficielles. La face B sans aspect (couche composite) est pigmentée et lisse. Outre les portes à extension de grain haute performance des moissonneuses-batteuses, le procédé TEC est également utilisé pour mouler les ailes, les boucliers latéraux, les capots et les enceintes avant et arrière pour une variété de petits véhicules récréatifs et d’équipements de type agricole.
Quel est l’avenir du matériel agricole? En 2016, au Farm Progress Show à Boone, Iowa, États-Unis, Case New Holland (CNH) a présenté les premiers concepts de tracteurs entièrement autonomes de l’industrie qui peuvent planter, pulvériser et récolter, et où les humains ne font plus fonctionner les véhicules à bord, mais contrôlent et surveillent à distance l’équipement sans conducteur via une tablette pendant que le tracteur parcourt des itinéraires de guidage pré-cartographiés. Équipés de caméras embarquées offrant des vues en temps réel et une détection avancée d’obstacles, ces tracteurs de drones peuvent alerter les opérateurs des obstacles et autres problèmes, permettant à l’opérateur de sélectionner le meilleur itinéraire pour éviter ou résoudre les problèmes. On dit que le logiciel du système trace automatiquement le passage le plus efficace sur le terrain pour aider les agriculteurs à tirer le meilleur parti des fenêtres météorologiques étroites ou à travailler 24 heures sur 24 lorsque cela est nécessaire pour augmenter la productivité, tout en collectant des données pour surveiller les cultures actuelles et mieux planifier les futures. CNH affirme que cette technologie aidera les agriculteurs de nombreuses régions du monde qui ont du mal à trouver une main-d’œuvre qualifiée pendant les périodes de pointe. L’équipement intermédiaire combinera probablement des machines à cabine avec des capacités de conduite traditionnelles et un certain niveau d’automatisation.
«L’agriculture n’a pas changé par rapport à ses objectifs fondamentaux de nourrir, alimenter et habiller le monde», ajoute Olson. «Cependant, la technologie – y compris tous les aspects de la biotechnologie et les matériaux nécessaires aux solutions de systèmes intelligents – s’est accélérée pour relever les défis de productivité liés à l’alimentation d’une population en croissance rapide. Les agriculteurs ont toujours été les gardiens de la terre, donc la durabilité des ressources naturelles est la clé de notre succès en tant qu’industrie, communauté et monde.