FR3134761A1 - Engin agricole autonome comprenant un système de motorisation principal à hydrogène - Google Patents

Engin agricole autonome comprenant un système de motorisation principal à hydrogène Download PDF

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Frederic Chaillou
Yannick LANGLAIS
Camille ENDERLEN
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Exel Industries SA
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Abstract

La présente invention vise un engin agricole autonome (1) comprenant une ossature (2), des roues (3), l’ossature (2) ayant une largeur, deux flancs de part et d’autre d’un axe longitudinal (X) de l’engin agricole autonome (1) et un dessus, au moins un outillage pouvant être reçu dans un volume utile (20) défini par la largeur et le dessus de l’ossature (2), l’engin agricole autonome (1) comprenant par ailleurs un système de motorisation à hydrogène comprenant au moins une pile à d’hydrogène (100). L’engin agricole autonome selon l’invention comprend par ailleurs au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) disposée longitudinalement sur le dessus de l’ossature (2), la pile à hydrogène (100) étant configurée pour consommer de l’hydrogène de la au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) et de l’oxygène capté dans l’air de façon à alimenter en énergie électrique un moteur électrique du système de motorisation à hydrogène. Figure de l’abrégé : Figure 2

Description

Engin agricole autonome comprenant un système de motorisation principal à hydrogène
La présente invention concerne le domaine des engins agricoles, notamment des robots agricoles autonomes. Plus précisément, la présente invention vise un engin agricole autonome comprenant un système de motorisation principal à hydrogène.
 ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine des engins agricoles, des véhicules autonomes ont été développés. Ces engins agricoles autonomes, également désignés robots agricoles, sont adaptés pour intervenir sur des cultures en plein champ, par exemple dans des vignes, de façon totalement ou partiellement autonome.
Ces engins agricoles autonomes n’embarquent pas de pilote. Par exemple, de tels engins agricoles autonomes peuvent embarquer un ou plusieurs outillages destinés au travail du sol, à l’entretien du sol ou à l’entretien de pieds de vignes, par exemple un ou plusieurs outillages pour le rognage de pieds de vignes, ou encore un ou plusieurs réservoirs contenant des produits actifs à délivrer sur des cultures, par exemple des vignes. De tels engins agricoles autonomes, moins encombrants que des engins agricoles embarquant un pilote, ne serait-ce qu’au motif qu’ils ne comprennent pas de cabine de pilotage ni de système destiné à protéger ou améliorer le confort du pilote (climatisation, filtre à air cabine, etc.), sont notamment adaptés pour intervenir dans des parcelles de vignes étroites.
Actuellement, les engins agricoles autonomes présentent des systèmes de motorisation électriques alimentés par des batteries haute tension ou par des moteurs thermiques.
On connaît par exemple le document IN 202141057703 A qui décrit un engin agricole piloté à distance et adapté pour la pulvérisation de cultures. L’objectif est ici de protéger l’agriculteur vis-à-vis de la toxicité éventuelle des produits actifs pulvérisés. A cette fin, l’agriculteur est débarqué et pilote l’engin agricole à distance. L’engin agricole piloté à distance décrit dans le document IN 202141057703 A comprend un système de motorisation électrique fondé sur l’utilisation de batteries lithium-ion disposées sur le dessus de l’engin, de part et d’autre d’un réservoir de produit actif.
La présente invention vise un engin agricole autonome présentant un système de motorisation à hydrogène. Les systèmes de motorisation à hydrogène comprennent au moins un moteur électrique alimenté en énergie, en particulier de l’énergie électrique, par au moins une pile à hydrogène dont la fonction est de produire l’énergie électrique à partir d’hydrogène et d’oxygène, l’hydrogène étant stocké dans des réservoirs également désignés bonbonnes et l’oxygène étant classiquement capté dans l’air extérieur environnant. Il faut noter que, de façon usuelle, dans le contexte de la présente invention, on entend par « hydrogène » le composé chimique de formule moléculaire H2, également désigné dihydrogène, en particulier sous forme gazeuse ; similairement, on entend par « oxygène » le composé chimique de formule moléculaire O2, également désigné dioxygène, en particulier sous forme gazeuse, présent dans l’air extérieur.
Comme cela est connu, les systèmes de motorisation à hydrogène nécessitent par conséquent la présence d’au moins une bonbonne d’hydrogène, en particulier sous forme gazeuse. De tels réservoirs sont lourds et encombrants.
Dans ce contexte, la présente invention vise un engin agricole autonome comprenant un système de motorisation à hydrogène, avec des bonbonnes d’hydrogène disposées sur le dessus de l’ossature de l’engin. Il faut noter qu’il est a priori contrintuitif pour l’homme de l’art de placer de telles bonnes d’hydrogène sur le dessus de l’engin car il supposerait que, pour améliorer la stabilité, il convient plutôt de placer les bonbonnes sur les flancs.
 PRESENTATION DE L’INVENTION
Plus précisément, l’invention a pour objet un engin agricole autonome comprenant une ossature, des roues, l’ossature ayant une largeur, deux flancs de part et d’autre d’un axe longitudinal de l’engin agricole autonome et un dessus, au moins un outillage pouvant être reçu dans un volume utile défini par la largeur et le dessus de l’ossature, l’engin agricole autonome comprenant par ailleurs un système de motorisation à hydrogène comprenant au moins une pile à d’hydrogène. L’en gin agricole autonome selon l’invention est remarquable au moins en ce qu’il comprend au moins une bonbonne d’hydrogène disposée longitudinalement sur le dessus de l’ossature, la pile à hydrogène étant configurée pour consommer de l’hydrogène de la au moins une bonbonne d’hydrogène et de l’oxygène capté dans l’air de façon à alimenter en énergie électrique un moteur électrique du système de motorisation à hydrogène.
L’engin agricole autonome à système de motorisation à hydrogène est ainsi plus sûr. En outre, l’invention permet la mise en œuvre de bonbonnes d’hydrogène de différentes tailles.
Notamment, l’au moins une bonbonne d’hydrogène est disposée longitudinalement sur le dessus de l’ossature.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend deux bonbonnes d’hydrogènes disposées longitudinalement sur le dessus de l’ossature parallèlement l’une à l’autre, de part et d’autre de l’axe longitudinal de l’engin agricole autonome.
Avantageusement, l’ossature comprend deux poutrelles transversales fixées sur deux poutrelles longitudinales, la au moins une bonbonne d’hydrogène reposant par ses extrémités et étant fixés sur les deux poutrelles transversales.
Avantageusement, la distance entre les deux poutrelles transversales, selon l’axe longitudinal, est réglable.
Selon un mode de réalisation, la pile à hydrogène alimente une architecture de puissance comprenant, outre le moteur électrique, une pluralité d’autres équipements électriques. Notamment, la pile à hydrogène peut également alimenter en énergie électrique un ou plusieurs équipements électriques de l’engin agricole autonome, parmi : un ou plusieurs convertisseurs de puissance électriques ; une ou plusieurs batteries ; un ou plusieurs calculateurs.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend au moins une batterie, notamment une batterie lithium-ion, disposée sur un flanc de l’ossature et fixée à cette dernière.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend au moins un filtre à air adapté pour extraire de l’oxygène de l’air et au moins un calculateur disposé sur un flanc de l’engin agricole autonome, et étant configuré pour contrôler l’admission d’hydrogène issu de la au moins une bonbonne d’hydrogène et d’oxygène, obtenu par l’intermédiaire du filtre à air, dans la au moins une pile à hydrogène, pour produire une quantité d’énergie électrique alimentant le moteur électrique du système de motorisation à hydrogène.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend au moins une cuve configurée pour comprendre un produit actif et des moyens de pulvérisation du produit actif disposés dans le volume utile, sensiblement dans un plan médian longitudinal de l’engin agricole autonome.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend en outre des panneaux de confinement disposés sur les flancs de l’engin agricole autonome et configurés pour bloquer la diffusion de produit actif vers l’extérieur du volume utile.
Selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome selon l’invention comprend en outre un ou plusieurs outillages destinés au travail du sol, à l’entretien du sol ou à l’entretien de pieds de vignes, par exemple un ou plusieurs outillages pour le rognage de pieds de vignes.
 PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
La est une représentation schématique de face d’un engin agricole autonome comprenant un système de motorisation à hydrogène ;
La est une représentation schématique d’un autre exemple d’engin agricole autonome selon l’invention, en vue isométrique ;
La correspondant à une vue isométrique de l’engin agricole autonome de la , montrant le flanc opposé à celui visible sur la .
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention ; bien que non limitatives, lesdites figures servent notamment à mieux définir l’invention le cas échéant.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne un engin agricole autonome 1 comprenant un système de motorisation principal à hydrogène.
En particulier, comme sur la , un tel engin agricole autonome 1 peut consister en un robot de vigne configuré pour réaliser le traitement d’un rang de vigne enjambé par le corps du robot de vigne.
Le traitement peut consister en un travail du sol, un entretien du sol, un rognage ou une pulvérisation d’un produit actif, notamment de manière dite confinée.
L’engin agricole autonome 1 selon l’invention est équipé d’un système de motorisation à hydrogène.
En référence à la , l’engin agricole autonome 1 selon l’invention comprend une ossature 2. En particulier, l’ossature 2 définit un volume utile 20 sensiblement parallélépipédique avec une armature, notamment métallique, présentant deux flancs qui reposent, via des suspensions, sur deux paires de roues indépendantes. Dans le volume utile 20 défini par la largeur entre les roues 3 de part et d’autre d’un axe longitudinal X de l’engin agricole autonome 1 et un plan supérieur correspondant au-dessus de l’ossature 2, un outillage peut être installé.
A titre d’exemple, sur la , un outillage de travail du sol est installé. Dans le volume utile, un porte-outil 23 est installé. Sur ce porte-outil 23, un outillage de travail du sol 24 est fixé, l’outillage de travail du sol 24 comprenant des lames 240 destinées à rentrer dans le sol pour le travailler.
Le système de motorisation électrique à hydrogène de l’engin agricole autonome 1 est notamment connecté à au moins une bonbonne d’hydrogène 11, 12 formant un réservoir d’hydrogène gaz. De préférence, l’engin agricole autonome 1 selon l’invention présente deux bonbonnes d’hydrogène 11, 12, comme dans l’exemple représenté sur les figures 1 à 3.
Par exemple, le système de motorisation électrique comprend un moteur électrique alimenté en énergie électrique par au moins une pile à hydrogène 100 puisant du combustible hydrogène dans les bonbonnes d’hydrogène 11, 12, et de l’oxygène dans l’air via un filtre à air 101. La pile à hydrogène 100 est visible sur la . En-dessous de cette dernière, est prévu un dispositif d’échappement 102 de la pile à hydrogène 100, comme représenté sur la .
Outre le moteur électrique, la pile à hydrogène 100 peut également alimenter en énergie électrique d’autres équipements électriques de l’engin agricole autonome 1, formant, avec le moteur électrique, une architecture de puissance de l’engin agricole autonome 1. Parmi les équipements électriques susceptibles d’être alimentés en énergie électrique par la pile à hydrogène 100, on peut citer : un ou plusieurs convertisseurs de puissance électriques, une ou plusieurs batteries ou encore un ou plusieurs calculateurs, par exemple.
Selon l’invention, les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sont disposées sur le dessus de l’ossature 2, et non sur les flancs. Notamment, les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sont soutenues par l’ossature 2 comprenant des poutrelles transversales 21 et/ou longitudinales 22, voire des poutrelles orthogonales (non représentées) à l’axe longitudinal X de l’ossature 2.
Par le positionnement des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sur le dessus de l’ossature 2, on s’assure, selon l’invention, de pouvoir utiliser des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 de différentes tailles, notamment plus longues que celles représentées sur la ou la , sans impacter la forme ni la structure de l’ossature 2. Les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 pourront en effet être supportées par l’ossature 2 tout en « dépassant » plus au moins de part et d’autre. De plus, en plaçant les bonbonnes d’hydrogène sur les flancs, un inconvénient découlerait d’une limitation plus contraignante du diamètre des bonbonnes d’hydrogène, au risque d’engendrer un encombrement plus important latéralement, ce qui peut être rédhibitoire dans le cas où l’engin agricole autonome est utilisé dans des vignes, l’espacement entre les rangs de vignes étant limité. Le positionnement des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sur le dessus de l’ossature 2, conformément à l’invention, permet de s’affranchir de cet inconvénient potentiel.
Plus précisément, en références à la et à la , les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 reposent directement sur les poutrelles transversales 21 auxquelles elles sont fixées par leurs extrémités. Les poutrelles transversales 21 reposent sur les poutrelles longitudinales 22, auxquelles elles sont fixées. Selon ce mode de réalisation, il n’y par conséquent pas de contact mécanique entre les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 et les poutrelles longitudinales 22. Dans cet exemple représenté sur l’ensemble des figures, les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sont disposées longitudinalement et reposent sur des poutrelles transversales 21 qui sont fixées sur des poutrelles longitudinales 21. Toutefois, un agencement correspondant, non représenté, consiste à disposer les bonbonnes d’hydrogène sur le dessus de l’ossature 2, transversalement. Elles reposent dans ce cas, de façon similaire, sur des poutrelles longitudinales qui sont fixées sur des poutrelles transversales. Tout ce qui est décrit ci-après en référence aux figures 1 à 3, s’agissant de la disposition longitudinale des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 et des caractéristiques des poutrelles longitudinales 21 supportant des poutrelles transversales 22, s’applique mutatis mutandis au cas où les bonbonnes d’hydrogène sont disposées transversalement et où des poutrelles transversales supportent des poutrelles longitudinales auxquelles sont fixées lesdites bonbonnes d’hydrogène.
Selon le mode de réalisation préféré représenté, la distance, selon l’axe longitudinal X de l’ossature 2, entre les poutrelles transversales 21, est réglable. Ainsi, la distance entre les poutrelles transversales 21, à l’avant et à l’arrière de l’ossature 2, peut être adaptée à différentes longueurs de bonbonnes d’hydrogène 11, 12. Par exemple, l’une ou l’autre des poutrelles transversales 21, ou les deux poutrelles transversales 21 sont configurées pour être aptes à être translatées sur les poutrelles longitudinales 22, selon la direction de l’axe longitudinal X, afin d’être fixées aux poutrelles longitudinales 22. Il en résulte que, selon la localisation choisie pour fixer les poutrelles transversales 21, ces dernières peuvent se trouver à différentes distances l’une de l’autre. A cette fin, des trous 220 en vis-à-vis peuvent être prévus à différents niveaux sur les poutrelles longitudinales 22, les trous 220 étant destinés à recevoir des vis de fixation pour fixer les poutrelles transversales 21 aux poutrelles longitudinales 22. Plutôt que des couples trous 220 / vis, d’autres moyens de fixation peuvent être prépositionnés à différents niveaux sur les poutrelles longitudinales 22, comme des ouvertures rectangulaires dans lesquelles des ergots prévus sur les poutrelles transversales 21 peuvent venir se clipper.
Cet avantage supplémentaire est également lié au fait de disposer les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sur le dessus de l’ossature 2. L’ossature 2 est notamment en métal, par exemple en acier. Sa forme et ses volumes sont configurés de façon à ne pas créer de cavité susceptible de recevoir et stocker de l’hydrogène s’échappant des bonbonnes d’hydrogène 11, 12.
Par cet agencement, les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sont disposées de façon sécurisée. En cas de renversement sur un flanc de l’engin agricole autonome 1, par exemple en raison d’un terrain accidenté ou d’une topologie de terrain particulière (dévers), les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sont ainsi épargnées et ne risquent pas de subir des dommages. Surtout, on évite, en cas de renversement sur un flanc, de coincer une bonbonne d’hydrogène endommagé, dont s’échapperait de l’hydrogène, sous l’ossature et sous l’engin agricole, ce qui pourrait générer la création de poches d’hydrogène confiné sous pression, induisant un danger important. En effet, l’hydrogène est un gaz léger et très volatile. Ainsi en cas de fuite, le comportement général de l’hydrogène sera de chercher à aller vers le haut. Avec les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 sur le dessus, même en cas de renversement de l’engin agricole autonome 1 sur un flanc, aucun obstacle ne risque de bloquer l’échappement de l’hydrogène.
Les connecteurs reliant les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 à la pile à hydrogène 100 via des canalisations sont de préférence également disposés principalement sur le dessus de l’ossature 2 et donc disposées de façon sécurisée, les connecteurs n’étant pas susceptibles d’être endommagés en cas de renversement sur le flanc de l’engin agricole autonome 1.
Le risque de dommage induit sur les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 en cas de renversement de l’engin agricole autonome 1 sur un flanc est ainsi fortement réduit et l’échappement de l’hydrogène en cas de renversement de l’engin agricole autonome 1 sur un flanc n’est pas entravé. La sécurité d’usage de l’engin agricole autonome 1 pourvu d’un système de motorisation à hydrogène est par conséquent améliorée. Il faut noter que cet avantage vaut également quand la machine ne se renverse pas : par exemple, en cas de fuite d’hydrogène au niveau des bonbonnes 11, 12 ou au niveau de canalisation entre les bonbonnes 11, 12 et la pile à hydrogène 100, ou encore sur des raccords entre les bonbonnes 11, 12 et lesdites canalisations, l’hydrogène pourra facilement s’échapper vers le haut.
Un autre avantage de la disposition sur le dessus des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 réside dans le fait que l’outillage disposé dans le volume utile 20 est aisément accessible. En particulier, selon un mode de réalisation, l’engin agricole autonome 1 réalise une fonction de pulvérisation. Dans ce cas, le tunnel de pulvérisation correspond au volume utile 20, entre les paires de roues 3 et le dessus de l’ossature 2, et des parois de confinement sont avantageusement disposées sur les flancs. Il est noté que cette fonction de pulvérisation confinée ne serait pas possible si les bonbonnes d’hydrogène 11, 12 étaient disposées sur les flancs car il n’y aurait pas la possibilité de placer des panneaux de confinement sur les flancs dans la mesure où ces derniers seraient occupés par des bonbonnes d’hydrogène.
Il en va de même lorsque l’engin agricole autonome 1 réalise une fonction de rognage : l’outillage-rogneuse nécessite en effet également de l’espace sur les flancs de l’engin.
Selon un mode de réalisation, une ou plusieurs batteries lithium-ion 31, peuvent être disposées sur les flancs de l’engin agricole autonome 1 pour alimenter des systèmes électriques auxiliaires de l’engin et/ou pour fournir un complément d’énergie à l’engin agricole autonome 1, notamment au système de motorisation, en cas de pic de puissance nécessaire au fonctionnement de l’engin.
Un calculateur 5 couplé à un contrôleur 6 peut également être disposé, en particulier à proximité du contrôleur 6, sur un flanc de l’engin agricole autonome 1, pour contrôler l’engin agricole autonome 1.
Un calculateur 50 de gestion de la pile à hydrogène 100 est dédié au contrôle de la pile à hydrogène 100. En particulier, le calculateur 50 de gestion de la pile à hydrogène 100 gère la production d’électricité, en fonction du besoin en puissance de l’engin agricole autonome 1. Un autre calculateur, par exemple, peut gérer l’admission, dans la pile à hydrogène 100, d’hydrogène issu des bonbonnes d’hydrogène 11, 12 et d’oxygène capté dans l’air.
Sous la pile à hydrogène 100, un échappement 102 est configuré pour évacuer l’eau produite lors de la production d’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène. L’engin agricole autonome 1, comme représenté sur la , peut en outre présenter un réservoir d’huile 4 qui peut être disposé sur un flanc de l’engin, l’huile étant destinée à être utilisée pour l’engin agricole autonome 1 et son outillage.

Claims (10)

  1. Engin agricole autonome (1) comprenant une ossature (2), des roues (3), l’ossature (2) ayant une largeur, deux flancs de part et d’autre d’un axe longitudinal (X) de l’engin agricole autonome (1) et un dessus, au moins un outillage pouvant être reçu dans un volume utile (20) défini par la largeur et le dessus de l’ossature (2), l’engin agricole autonome (1) comprenant par ailleurs un système de motorisation à hydrogène comprenant au moins une pile à d’hydrogène (100), caractérisé en ce qu’il comprend au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) disposée longitudinalement ou transversalement sur le dessus de l’ossature (2), la pile à hydrogène (100) étant configurée pour consommer de l’hydrogène de la au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) et de l’oxygène capté dans l’air de façon à alimenter en énergie électrique un moteur électrique du système de motorisation à hydrogène.
  2. Engin agricole autonome (1) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) est disposée longitudinalement sur le dessus de l’ossature (2).
  3. Engin agricole autonome (1) selon la revendication 2, comprenant deux bonbonnes d’hydrogène (11, 12) disposées longitudinalement sur le dessus de l’ossature (2) parallèlement l’une à l’autre, de part et d’autre de l’axe longitudinal (X) de l’engin agricole autonome (1).
  4. Engin agricole autonome (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’ossature (2) comprend deux poutrelles transversales (21) fixées sur deux poutrelles longitudinales (22), la au moins une bonbonne d’hydrogène reposant par ses extrémités et étant fixés sur les deux poutrelles transversales (21).
  5. Engin agricole autonome (1) selon la revendication 4, dans lequel la distance entre les deux poutrelles transversales (21), selon l’axe longitudinal (X), est réglable.
  6. Engin agricole autonome (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pile à hydrogène (100) alimente également en énergie électrique un ou plusieurs équipements électriques de l’engin agricole autonome (1), parmi : un ou plusieurs convertisseurs de puissance électriques ; une ou plusieurs batteries ; un ou plusieurs calculateurs.
  7. Engin agricole autonome (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins une batterie (31), notamment une batterie lithium-ion, disposée sur un flanc de l’ossature (2) et fixée à cette dernière.
  8. Engin agricole autonome (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un filtre à air (101) adapté pour filtrer l’air et au moins un calculateur (50) disposé sur un flanc de l’engin agricole autonome (1), et étant configuré pour contrôler l’admission d’hydrogène issu de la au moins une bonbonne d’hydrogène (11, 12) et d’oxygène, obtenu par l’intermédiaire du filtre à air(101), dans la au moins une pile à hydrogène (100), pour produire une quantité d’énergie électrique alimentant le moteur électrique du système de motorisation à hydrogène.
  9. Engin agricole autonome (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins une cuve configurée pour comprendre un produit actif et des moyens de pulvérisation du produit actif disposés dans le volume utile (20), sensiblement dans un plan médian longitudinal de l’engin agricole autonome (1).
  10. Engin agricole autonome (1) selon la revendication précédente, comprenant des panneaux de confinement disposés sur les flancs de l’engin agricole autonome (1) et configurés pour bloquer la diffusion de produit actif vers l’extérieur du volume utile (20).
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