Grâce à des chercheurs financés par l’UE, les cargos et les paquebots de croisière pourraient bientôt exploiter l’énergie du vent et des vagues pour réduire leurs émissions de carbone.
Par Tom Cassauwers
En août 2023, un cargo de cinq ans, le Pyxis Ocean, est entré dans l’histoire en quittant Shanghai, en Chine, pour se diriger vers le port de Paranaguá, au sud du Brésil. Un voyage de près de 25 000 km.
Ce qui était historique dans ce voyage, c’est que, au lieu de fonctionner uniquement avec du fioul lourd et polluant, le Pyxis Ocean serait le premier navire de ce type à compléter l’énergie du carburant avec l’énergie éolienne. Il testait le système pionnier Ailes de vent® – Des « voiles » pliables en acier et fibre de verre de 37,5 mètres de haut, capables de capter l’énergie du vent pour propulser l’immense vraquier sur l’eau.
Retour vers le futur
Conçu par la société britannique BAR Technologies, construit par la société norvégienne Manta Marine Technologies et installé en Chine sur un navire affrété par la société internationale Cargill, WindWings® sont le résultat d’une collaboration internationale ambitieuse – la CHEC projet – qui a reçu un financement de l’UE pour aider le transport maritime commercial à tracer la voie vers un avenir à faibles émissions de carbone.
« C’était un véritable défi à l’époque », a déclaré Suvi Karirinne, directrice du Vaasa Energy Business Innovation Centre (VEBIC) de l’Université de Vaasa, en Finlande, qui a coordonné l’effort.
Le Pyxis Océan Le voyage inaugural a permis le premier test en conditions réelles de WindWings® – et une occasion d’évaluer si un retour à cette méthode traditionnelle de propulsion des navires pourrait être la voie à suivre pour le transport de marchandises en mer.
En mai 2024, DNV Maritime Advisory, une autorité de certification et de test reconnue au niveau international, a confirmé que lorsqu’ils naviguaient dans des conditions favorables, les deux WindWings® installé sur le Pyxis Ocean a permis de réduire la consommation énergétique du moteur principal de 32 % par mille nautique.
Les Ailes du Vent® Cette technologie devrait être largement adoptée au fil du temps et devrait déjà être intégrée à 20 nouveaux navires dont l’installation est prévue en 2025 et au-delà.
Expédition plus propre
Jusqu’à 90 % des marchandises et des matières premières mondiales sont transportées par voie maritime, un moyen de transport moins propre qu’on pourrait le penser. Un porte-conteneurs chargé peut brûler jusqu’à 150 tonnes de fioul lourd par jour, ce qui n’est pas soutenable d’un point de vue environnemental.
Le transport maritime est une source majeure d’émissions de carbone – environ 2 % du total mondial, selon l’ Agence internationale de l’énergieEn avril 2018, l’Organisation maritime internationale a accepté de réduire émissionsd’au moins 50 % d’ici 2050 par rapport à la référence 2008.
Pour atteindre cet objectif, les experts de CHEK ont travaillé ensemble pour proposer des solutions de conception innovantes qui pourraient être intégrées aux navires commerciaux existants. Leur objectif ultime est de créer des navires à zéro émission en combinant de manière synergique différentes options.
Intégration synergique
L’équipe d’experts a entrepris d’intégrer une gamme de technologies et de concepts différents dans deux types de navires : un vraquier et un navire de croisière. Certaines de ces conceptions ont été testées en conditions réelles sur le Pyxis Ocean et sur un navire de croisière de MSC Croisières, une compagnie de croisière internationale.
En exploitant les synergies entre différentes technologies opérationnelles, d’alimentation électrique et de réduction de la traînée, ils ont mis au point une gamme de solutions qui peuvent être adaptées à d’autres types de navires tels que les pétroliers, les porte-conteneurs, les cargos généraux et les ferries.
Les innovations proposées comprennent, entre autres, des moteurs à hydrogène, des dispositifs antisalissures à ultrasons et des systèmes avancés de planification d’itinéraire qui prennent en compte les conditions atmosphériques et maritimes dominantes pour fournir l’itinéraire le plus économe en énergie.
Appliquées ensemble, les experts du CHEK estiment que les avancées qu’ils ont développées et testées pourraient réduire la consommation énergétique des navires de 50 % et leurs émissions de gaz à effet de serre de 99 %.
« Il n’existe pas de solution miracle pour la décarbonisation du transport maritime », a déclaré Karirinne, qui estime que le meilleur moyen de réaliser des progrès est d’intégrer des technologies innovantes nouvelles et déjà existantes.
Améliorer l’efficacité
« Le transport maritime doit réduire ses émissions », a déclaré Anders Öster, directeur de recherche chez Wärtsilä, une société d’ingénierie finlandaise. « C’est pourquoi nous devons trouver des solutions pour rendre les navires plus efficaces et pour décarboner leur propulsion. »
En plus de sa participation au CHEK, Öster a coordonné un autre projet de recherche international appelé SeaTechqui a également reçu un financement de l’UE pour améliorer l’efficacité de la navigation commerciale.
Les recherches menées par SeaTech entre 2020 et fin 2023 ont impliqué des compagnies de transport maritime et des partenaires universitaires tels que l’Université de Southampton au Royaume-Uni, l’Université technique nationale d’Athènes et l’Université de Tromsø en Norvège. Elles ont permis de développer deux technologies clés qui peuvent être adaptées aux navires existants et avoir ainsi un impact rapide sur les émissions du secteur.
L’énergie des vagues
Inspirés par le mouvement des baleines et des dauphins dans l’eau, les chercheurs ont attaché une aile sous-marine dynamique, semblable aux nageoires avant d’un requin-marteau, à l’avant du modèle réduit de navire de 10 mètres de long.
L’aile, qui exploite la puissance des vagues pour faire avancer le navire, a été testée dans des bassins à vagues et en mer Égée. Les chercheurs ont découvert qu’elle génère une poussée, en particulier dans des mers agitées, ce qui permet aux moteurs de réduire leur puissance.
« Ces ailes captent l’énergie des vagues et propulsent le navire vers l’avant », explique Öster. « Elles stabilisent également les mouvements du navire. »
De plus, l’équipe SeaTech a utilisé des capteurs et des logiciels pour contrôler le processus de combustion dans le moteur à gaz d’un navire, améliorant ainsi son efficacité.
« Par rapport aux moteurs diesel, notre moteur à gaz émet un tiers de CO2 en moins », explique Öster. Les deux innovations fonctionnent particulièrement bien ensemble, dit-il, car le logiciel de contrôle du moteur peut réagir rapidement aux mêmes conditions qui déterminent la puissance des ailes. Le résultat est plus que la somme de ses parties, dit Öster.
« Un plus un égale trois lorsque nous combinons ces technologies. En prenant différentes technologies et en les combinant, nous renforçons leurs performances. »
Les chercheurs ont découvert que, combinées, les deux technologies pourraient réduire les émissions de CO2 des navires fonctionnant au diesel de 46 %.
Avantage économique
Le prochain défi sera de convaincre l’industrie du transport maritime d’adopter ces innovations. Karirinne est convaincue que les résultats parleront d’eux-mêmes.
Bien que le secteur du transport maritime puisse être assez conservateur, selon Karirinne, il est également très compétitif. En outre, l’extension de la Système d’échange de quotas d’émission de l’UE (EU ETS) en janvier 2024 visant à couvrir les émissions de CO2 de tous les grands navires a donné une nouvelle impulsion au changement.
Elle s’attend à ce que les technologies CHEK soient bien accueillies par les opérateurs maritimes car elles permettent de réduire considérablement les coûts grâce à la réduction de la consommation de carburant – et donc des émissions de CO2.
« Ces technologies ne sont pas seulement attrayantes parce qu’elles réduisent les émissions, elles répondent également à un besoin sociétal et économique », a-t-elle déclaré.
Le taux d’adoption dépendra à la fois de l’avantage économique perçu et de la facilité avec laquelle les innovations respectives pourront être mises en œuvre. Il faudra peut-être un certain temps avant que tous les cargos soient équipés de voiles géantes, mais les développements de moteurs de SeaTech sont déjà en cours d’installation sur les navires.
« Le transport maritime est considéré comme un secteur difficile à décarboner », explique Karirinne. « Mais nous avons montré comment y parvenir. C’est possible et il existe des options. Il suffit de les utiliser. »
Les recherches présentées dans cet article ont été financées par le programme Horizon de l’UE. Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.
Plus d’infos
Cet article a été initialement publié dans Horizon le magazine de la recherche et de l’innovation de l’UE.
