Retour vers le futur : l’énergie éolienne et la décarbonisation du transport maritime

L’industrie du transport maritime subit actuellement des transformations majeures alors qu’elle tente de réduire ses émissions de gaz à effet de serre. L’énergie éolienne fera-t-elle partie de la solution?

Bien que le transport maritime soit le mode de transport le plus efficace énergétiquement pour le mouvement de marchandises à l’échelle mondiale (voir figure 1), ce dernier contribue tout de même de façon importante aux émissions de gaz à effet de serre (GES). Dès lors, l’atteinte des objectifs ambitieux adoptés en vue de réduire les émissions de GES provenant des navires à moins de 50 % par rapport aux niveaux de 2008 d’ici 2050 posera certains défis.  

 

 

Afin de conserver une longueur d’avance sur les objectifs climatiques, l’industrie du transport maritime met en place des stratégies d’économie d’énergie dont des réductions de vitesse, l’utilisation d’enduits à faible friction pour les coques et la conception de coques aérodynamiques. L’industrie explore également des technologies innovantes en matière de réduction des émissions de carbone ainsi que de nouvelles sources d’énergie à faible teneur en carbone ou sans carbone, comme l’hydrogène. 

Une des sources d’énergie alternative actuellement à l’étude est l’énergie éolienne. Source d’énergie pratiquement inépuisable, le vent fait partie intégrante de l’histoire du transport maritime et est considéré comme un complément important à d’autres sources d’énergie. 

Des études préliminaires portant sur les gains réalisés en matière de consommation de carburant et de réduction des GES résultant de l’installation de voiles sur des navires de marchandises et de passagers varient entre 1% et 47%, tout dépendant du nombre de voiles, de la vitesse et de la direction vent.1 Selon l’International Windship Association – une association sans but lucratif regroupant des sociétés internationales qui étudient les avantages de la propulsion éolienne directe comme source d’énergie complémentaire et de rechange – les navires dont la propulsion est assistée par le vent pourraient réduire de 50% , en moyenne, leur consommation de carburant et leurs émissions de GES. Certains modèles pourraient même être alimentés à 100% par l’énergie éolienne. Dans le cadre de son Clean Maritime Plan pour 2019, le gouvernement britannique a réalisé une étude qui révèle que le marché des systèmes à propulsion éolienne pourrait atteindre une valeur de 3,5 milliards de dollars à l’échelle mondiale, d’ici 2050. 

Les systèmes d’énergie éolienne et assistés par le vent emploient diverses méthodes de propulsion, lesquelles sont toutes à différents stades de développement et de déploiement. Qui plus est, plusieurs de ces systèmes peuvent être adaptés afin d’être installés à bord de navires déjà construits. Le présent article fournit un aperçu de six différents systèmes éoliens, dont certains sont encore au stade de la conception, ainsi que de leur utilisation.

1. Voiles rigides et voiles souples

Un grand nombre d’individus associent la voile à l’origine du transport maritime. Il n’est donc pas surprenant qu’à travers cette quête vers la réduction des émissions de carbone, les voiles effectuent un retour; cette fois, avec de nouvelles technologies et des matériaux plus modernes que la toile et le lin d’autrefois. Ces voiles de nouvelle génération peuvent être classées dans deux principales catégories, soit les voiles rigides et les voiles souples, et sont conçues pour assister d’autres modes de propulsion, tels que les moteurs. On estime que les voiles peuvent générer des économies en carburant de l’ordre de 30 %, selon les conditions météorologiques. Grâce à leurs fixations latérales, la plupart des voiles peuvent être baissées et rangées lorsqu’elles ne sont pas utilisées, par exemple, lors du chargement et du déchargement des marchandises. À l’heure actuelle, six grands navires utilisent des voiles souples et plus de dix utilisent des voiles rigides. Pour en savoir plus sur ce système de propulsion éolienne, cliquez ici.

2. Navires à rotors Flettner

Bien qu’ils fonctionnent aussi grâce au vent, les cylindres rotatifs ou rotors verticaux ne ressemblent en rien aux voiles traditionnelles. Ces derniers se dressent sur le pont des navires comme de grands tubes. Ce système éolien est l’un des plus utilisés dans l’industrie du transport maritime à ce jour. 

 

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Image fournie par Norsepower Ltd., Finlande

 

Pour créer une force de propulsion, les rotors verticaux utilisent le phénomène aérodynamique connu sous le nom de l’effet Magnus, découvert dans les années 1850 par le physicien allemand Heinrich Magnus. Ce dernier avait remarqué que lorsqu’un objet en rotation se déplace dans l’air – comme un ballon, par exemple – il est soumis à des forces latérales. Dans le cas d’un navire, lorsque le vent souffle sur le côté des rotors, l’effet Magnus crée une poussée vers l’avant. Les rotors installés sur les navires ne sont pas alimentés par le vent, mais par leurs propres petits moteurs. Cette vidéo explique de manière simple ce principe aérodynamique. 

 

Image fournie par Norsepower Ltd., Finlande. Disponible en anglais seulement.

 

À ce jour, six navires sont équipés de 14 rotors Flettner, et trois autres le seront d’ici la fin de l’année 2020. 

Le MV Afros, un vraquier Ultramax, est équipé d’un système de rotors Flettner produit par Anemoi Marine Technologies (Royaume-Uni). Il a été nommé « navire de l’année » aux Lloyd’s List Greek Shipping Awards en 2018. Ce navire de 64 000 tonnes de port en lourd (TPL) est le premier vraquier à être équipé de rotors Flettner. Comme les rotors sont installés sur des chariots, ils peuvent être déplacés lors des opérations de chargement.

Un autre modèle – à deux rotors – développé par Norsepower Ltd. en Finlande, a été installé sur le pétrolier Maersk Pelican et a permis de réduire la consommation de carburant de ce dernier de 8,2 % durant une période d’essai de 12 mois. Norsepower affirme que les rotors ont permis d’économiser l’équivalent d’environ 1 400 tonnes de CO2 et de réduire la consommation de carburant de 7 à 10 %. L’ajout de deux rotors supplémentaires permettrait de réduire les coûts de 15 à 20 %.2 L’installation d’un système de rotors standard coûte en moyenne entre 1,15 et 2,3 millions de dollars américains et il faut compter jusqu’à cinq ans avant de récupérer les coûts par le biais de la réduction de la consommation de carburant. Norsepower a proposé d’autres modèles à deux traversiers exploités dans les eaux européennes. Deux autres fabricants possèdent ce type d’installation : le système Ecoflettner sur le MV Fehn Pollux et le navire de charge d’Enercon, appelé E-ship 1. 

3. Voiles géantes

La voile géante – connue sous l’appellation anglaise kite – est une variante de la voile classique. Son application la plus connue est développée par AirSeas, une société issue de la scission d’Airbus Industries, qui souhaite expédier des pièces d’avions Airbus de l’Europe vers les États-Unis afin qu’elles soient assemblées sur le navire roulier Ville de Bordeaux en 2021. Connue sous le nom de SeaWing (aile maritime), la voile géante peut avoir plusieurs tailles. Elle est arrimée à la proue du navire et se déploie automatiquement. Au Japon, une compagnie de navigation équipera jusqu’à 50 navires d’une voile géante en 2020.

Le dénominateur commun de la voile classique et de la voile géante est le logiciel utilisé pour analyser les données météorologiques et océanographiques, et établir la configuration optimale pour le voyage. Une fois déployée, la voile géante se gonfle et se fait diriger par un pilote automatique. Cette voile est conçue pour les navires qui naviguent à des vitesses de 12 à 21 nœuds.  

4. Turbovoiles

La société hollandaise eConowind a développé une turbovoile appelée Ventifoils et composée d’un système de tours verticales qui ressemblent à des rotors. La principale différence est que les tours ou les voiles ne sont pas rotatives. Elles ont des évents dotés d’un ventilateur interne qui aspire l’air à travers une couche d’air limite, ce qui modifie la pression et produit un mouvement vers l’avant. 

 

Le MV Ankle. Image fournie par l’International Windship Association

 

Le système comprend deux voiles de 10 mètres et deux rallonges de six mètres qui génèrent une force assez puissante pour permettre au navire de réduire sa propulsion moteur et sa consommation de carburant. Il a été installé sur le navire de marchandises générales de 3 600 TPL, le MV Ankle, dans le cadre du projet Wind Assisted Ship Propulsion financé par le programme Interreg North Sea Region3 de l’Union européenne. D’après les estimations, les économies en carburant permettront de rentabiliser le système sur une période d’environ trois ans, réduisant ainsi les émissions de GES. 

Prochainement

Bien qu’ils ne soient pas encore commercialisés, deux autres systèmes actuellement en développement offrent un aperçu des technologies qui pourraient également être utilisées dans un avenir rapproché. 

5. Forme de la coque

Dans ce système, la coque du navire sert elle-même de voile en utilisant le fardage créé par les côtés exposés du navire; le navire devient donc une voile assistée par le vent. Le principe consiste à créer un vide du côté du navire qui est sous le vent ce qui aide à le propulser en générant une traction, un peu comme une aile d’avion qui utilise la faible pression sur la face supérieure de l’aile pour générer de la portance, ou encore comme les voiles d’un voilier.

 

Image fournie par l’International Windship Association

 

Ce navire, qui n’a pas encore été construit, utilisera un logiciel qui permet de calculer le meilleur trajet en fonction des conditions météorologiques et des vents optimaux. Comme pour la plupart des navires écologiques à propulsion éolienne, la forme de la coque est conçue pour compléter une propulsion moteur alimentée par des carburants à faible teneur en carbone, comme le gaz naturel liquéfié. 

6. Turbines éoliennes

Les travaux sur l’utilisation de turbines éoliennes sur les navires en sont encore à leurs balbutiements. Il n’existe aucune application commerciale fonctionnelle à l’heure actuelle. Ce système de propulsion pourrait être le plus flexible, car il pourrait permettre de produire et de stocker de l’énergie pour les batteries et générer de l’électricité lorsque le navire est au port. Comme les éoliennes sont pivotantes, elles peuvent générer de l’énergie peu importe la direction du vent. Toutefois, l’utilisation de turbines éoliennes en mer fait face à deux principaux obstacles : ces éoliennes ont tendance à s’user plus rapidement que leurs homologues terrestres et elles doivent être installées plus bas sur le navire, car leur hauteur provoque de l’instabilité. 

L’innovation au service du transport maritime et de la réduction des GES

Même si la réglementation établit un cadre important pour l’atteinte des objectifs en matière de lutte contre la pollution et de réduction des émissions de GES, de nombreux armateurs estiment que les solutions novatrices seront fournies par l’industrie elle-même, dans un effort pour réduire les coûts et créer un avantage concurrentiel. Par exemple, Maersk est le plus grand consommateur de carburant au monde après l’armée américaine. Cet armateur, comme d’autres entreprises socialement responsables, souhaite réduire ses coûts de carburant et adopter des moyens de propulsion plus respectueux de l’environnement. Le public de plus en plus conscientisé de même que les pressions pour réduire les émissions et la pollution atmosphérique sont une source de motivation importante, car ces entreprises doivent maintenir leur réputation auprès des investisseurs et des consommateurs. L’énergie éolienne n’en est qu’à ses débuts, mais elle pourrait jouer un rôle important dans le futur, en particulier si elle est combinée à d’autres sources d’énergie propre. 

En savoir plus 

Rapport de la Energy Transitions Commission intitulé : Mission Possible : Reaching net-zero carbon emissions from harder-to-abate sectors by mid-century. Rapport disponible en anglais seulement.  

Document de travail de l’International Council on Clean Transportation intitulé : Rotors and bubbles : Route-based assessment of innovative technologies to reduce ship fuel consumption and emissions. Document disponible en anglais seulement. 

International Renewable Energy Agency: Renewable Energy Options for Shipping. Rapport disponible en anglais seulement. 

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1 Bryan Comer, Chen Chen, Doug Stolz, Dan Rutherford. (2019). Rotors and bubbles: Route-based assessment of innovative technologies to reduce ship fuel consumption and emissions. International Council on Clean Transportation. Document disponible en anglais seulement.

2 The Economist. Wind-Powered Ships are Making a Comeback. Article publié le 4 octobre 2018. Disponible en anglais seulement.

3 Pour obtenir tous les détails, cliquez ici.

Date de publication : 21 avril 2020

Date de modification : 22 mai 2020