L'électricité joue un rôle essentiel à bord d'un bateau, tant pour la navigation que pour le confort des occupants. De nombreux équipements et systèmes à bord dépendent de l'électricité pour fonctionner correctement. Lorsqu’il faut produire de l’électricité à bord d’un bateau, plusieurs options sont à considérer. Cet article explore les différentes méthodes de production d'énergie disponibles, en mettant l'accent sur les sources d'énergie renouvelable.
Importance de l'énergie à bord
La production d'énergie en bateau est un enjeu important pour la navigation et le fonctionnement des différents systèmes à bord. Il ne s’agit pas seulement d’une question de confort, mais avant tout, de sécurité. Compas, VHF, GPS, pilote automatique et tous les organes essentiels liés à la navigation sont alimentés électriquement. L'électricité est donc une ressource vitale pour assurer non seulement le bon fonctionnement du bateau, mais aussi garantir la sécurité et le confort de ses occupants.
Sources d'énergie renouvelables
Pour produire votre propre électricité, 3 sources d’énergies sont disponibles, l'eau, le vent et le soleil. Plusieurs alternatives se présentent à vous, permettant d’alimenter et recharger les batteries sans faire tourner le moteur, dont certaines n’utilisant que les éléments naturels pour générer du courant.
Énergie éolienne
L'énergie éolienne est produite grâce à l'utilisation de turbines éoliennes installées sur le bateau. Ces turbines sont capables de capturer l'énergie du vent et de la convertir en électricité grâce à un générateur. L'éolienne transforme une énergie mécanique en énergie électrique sous l’effet de la force du vent. La mise en rotation des pales fait tourner une génératrice. La puissance délivrée est proportionnelle à la vitesse de rotation. Quel que soit le mois de l’année l’éolienne apporte une énergie significative (25 Ampères heure par jour au minimum pour juin en moyenne). La production est naturellement supérieure pendant les mois d’hiver lorsqu’il y a plus de vent.
Les moyens les plus courants pour produire de l'énergie à bord sont donc les éoliennes (Silentwind ou ATMB). L'éolienne sera plus efficace lors du mouillage.
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Avantages :
- Source d'énergie renouvelable et propre
- Production d'énergie continue, surtout dans les zones venteuses
Inconvénients :
- Peut être bruyant
- Dépendance aux conditions météorologiques (vent)
- Peut être dangereux
Il faut préférer un montage orientable plutôt que fixe, et éviter les ombres portées.
Énergie solaire
L'énergie solaire, quant à elle, est produite grâce à l'utilisation de panneaux solaires installés sur le bateau. Ces panneaux sont capables de capturer l'énergie du soleil et de la convertir en électricité grâce à des cellules photovoltaïques. Un panneau solaire fonctionne par un effet photovoltaïque c’est à dire par la création d’une force électromotrice liée à l’absorption d’énergie lumineuse dans un solide. Un panneau est un assemblage en série de ces microcellules permettant d’obtenir une tension de 12 Volts. La puissance d’un panneau solaire est fonction de sa surface, c’est à dire du nombre de cellules photovoltaïques. Ils sont un moyen efficace et silencieux pour disposer d’énergie à bord particulièrement l’été. Par contre, en fonction de la saison et du lieu de navigation, la production varie du simple au triple. Dans les faits, la puissance utile est en fonction du niveau d’ensoleillement, de l’orientation et de l’inclinaison. La difficulté concerne l’orientation car la position du soleil par rapport à la terre évolue selon l’époque de l’année. Dans notre hémisphère on oriente généralement le panneau vers le sud.
Les moyens les plus courants pour produire de l'énergie à bord sont donc les panneaux solaires. Avec une surface de 5 m², les panneaux solaires sont toutefois sensibles à la position du bateau et à la météo. « En fonction de l’allure, seulement la moitié des panneaux peut être active, mais même par temps gris, on arrive à produire environ 6 ampères », ajoute-t-il. Cela représente environ deux tiers de la consommation globale, ce qui est suffisant pour assurer la continuité du fonctionnement des principaux systèmes du bord. « Dès qu’il y a du soleil, c’est vraiment optimal », commente Floriant. Les panneaux permettent alors de maximiser la production et le stockage d’énergie.
Il existe différents types de panneaux solaires :
- Monocristallins : c’est la technologie la plus performante en terme de rendement car ils sont fabriqués à partir de tranches de cristal pur. Ce type de panneaux solaires photovoltaïques possède un très bon rendement de 12 à 20%.
- Polycristallins : dans ce cas les cristaux sont reconstitués à partir de chutes de cristaux. Leur rendement est un peu plus faible, les meilleurs disposent d’un rendement de 15%.
- Amorphes : ici ce ne sont pas des cristaux mais des atomes organisés en couche homogène. Le rendement est beaucoup plus faible, de l’ordre de 6%.
Avantages :
- Source d'énergie renouvelable et propre
- Silencieux
- Facile à installer
Inconvénients :
- Dépendance aux conditions météorologiques (soleil)
- Espace requis pour l'installation des panneaux
- Rendement variable selon le type de panneau
Hydrogénérateurs
L'hydro générateur, enfin, permet de produire de l'électricité grâce à l'énergie cinétique de l'eau. En utilisant ces trois moyens pour produire de l'énergie à bord, les bateaux peuvent fonctionner de manière durable et respectueuse de l'environnement. Les moyens les plus courants pour produire de l'énergie à bord sont donc les hydrogénérateurs (Watt & Sea). Aujourd’hui, de plus en plus de voiliers de compétition, mais aussi de plaisance, sont équipés d’un hydrogénérateur pour produire de l’énergie. La rotation d’une hélice sous l’eau permet alors d’alimenter un alternateur et de produire l’électricité nécessaire aux besoins du bateau.
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Un hydrogénérateur fonctionne suivant le même principe qu’une éolienne. La différence vient du fait que l’énergie transformée en électricité ne vient pas du vent mais de la vitesse du bateau. Une hélice est trainée dans le sillage du bateau et fait tourner un moteur en suivant exactement le même principe que celui d’une éolienne. Ce type d’équipement est performant dans les allures portantes où le vent apparent est faible.
Avantages :
- Production d'énergie continue, tant que le bateau est en mouvement
- Écologique, recharge en navigation
- Facile à installer
- Silencieux
- Fonctionne au portant
Inconvénients :
- Dépendance à la vitesse du bateau
- Nécessite de faire tourner le moteur
- Si le moteur ne fonctionne plus, pas de production d’énergie possible
Autres sources d'énergie
Outre les sources d'énergie renouvelables, il existe d'autres moyens de produire de l'énergie à bord d'un bateau.
Alternateur
Sur un bateau le moyen le plus rapide et le plus couramment utilisé pour recharger un parc batterie est l’alternateur. Il est en général de série sur tous les moteurs. Il fonctionne lorsque le moteur tourne. Un alternateur avec une régulation basique (c’est le cas la plupart du temps) permet au mieux de recharger la batterie à 80 %. La puissance d’un alternateur marin doit être comprise entre 1/3 et 1/4 de la capacité du parc batterie à recharger.
L’alternateur, fixé au moteur, reste une source de secours. « L’alternateur, c’est comme dans une voiture. Il recharge les batteries lorsque le moteur tourne », explique Florian. Cependant, en course, le moteur ne peut pas être utilisé pour la propulsion, ce qui limite son utilisation. « Le moteur est plombé dès le début de la course, donc il ne sert qu’à une seule chose : faire tourner l’alternateur pour produire de l’énergie », précise-t-il. Cette solution de secours est particulièrement utile la nuit ou en cas de conditions météorologiques défavorables, lorsque ni les panneaux solaires ni les hydrogénérateurs ne peuvent produire suffisamment d’énergie. « En cas de nuit noire ou de faibles vents, c’est là que le moteur prend le relai pour maintenir l’autonomie du bateau », ajoute Florian.
Groupe électrogène
Elles permettent de générer de l’électricité directement à partir d’un carburant. Elle est légère et consomme peu. Son combustible, le méthanol est biodégradable. Un groupe électrogène est le moyen le plus rapide en cas d’urgence loin d’un port pour recharger votre parc batterie. Il peut être portable et fonctionnera à l’essence ou fixe et fonctionnera au gasoil. Le groupe fixe permettra de charger à 100% votre batterie mais ne peut être installé que sur un bateau de plus de 10 mètres.
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Navire-énergie: une solution innovante
La start-up Farwind Energy développe un concept de navire-énergie qui se déplace grâce au vent et produit de l'électricité grâce à des hydrogénérateurs installés sous la coque du bateau. Cette énergie est ensuite stockée à bord, avant d'être valorisée à terre.
Antoine Caillaud : Il s’agit d’un voilier, c’est-à-dire d’un navire propulsé par le vent, à l’aide de rotors Flettner, qui se présentent sous la forme de cylindres verticaux en rotation autour de leur axe. Nous les avons choisis, car ils sont notamment mieux adaptés que les autres voiles au vent de travers. Sous la coque du bateau, sont placés des hydrogénérateurs dont le rôle est de produire de l’électricité au moyen d’une hélice qui tourne grâce au déplacement du bateau.
Le navire a une puissance utile comprise entre 2 et 2,5 MW et qui correspond à l’énergie restante pouvant être stockée puis valorisée. Pour l’atteindre, il faut produire par hydrogénération environ 3,5 MW, car environ 1 MW est consommé sur le bateau par les servitudes à bord, la conduite, ainsi que les rotors flettner. Ces rotors font partie de la catégorie des voiles actives et sont équipés de moteurs, qui consomment de l’énergie électrique, mais fournissent une puissance propulsive très largement supérieure à leur consommation.
Tout l’enjeu de notre concept est d’optimiser la production d’électricité, c’est-à-dire de faire avancer le bateau à l’aide de ces rotors, puis de le freiner de manière optimale à l’aide des hélices des hydrogénérateurs. Si l’on freine trop, le bateau n’avance pas assez et l’énergie produite devient très faible ; inversement, si l’on ne freine pas du tout, elle devient égale à zéro. Nous développons des rotors Flettner plus grands que ceux actuellement disponibles sur le marché et qui mesurent 5 mètres de diamètre par 35 mètres de haut. Pour atteindre une puissance utile de plus de 2 MW, ils doivent mesurer 7 mètres de diamètre et 50 mètres de haut. Nous développons aussi de nouveaux profils de pales pour les hydrogénérateurs. Leur forme ne ressemble ni à des hélices de propulsion, ni aux hélices présentes sur des hydrogénérateurs déjà fixés dans le fond de l’océan et qui fonctionnent grâce aux courants marins. La partie stockage de l’énergie comporte aussi de l’innovation, notamment lorsqu’elle est transformée en hydrogène. Des solutions de production par électrolyse de l’eau puis de stockage sous la forme comprimée ou liquéfiée existent déjà, mais la marinisation de ces systèmes nous oblige à lever plusieurs verrous technologiques. Enfin, un travail d’ingénierie est réalisé vis-à-vis de la conception globale de ce navire-énergie.
Lorsque l’on regarde les cartes du potentiel éolien en mer, on s’aperçoit que les vents les plus forts sont situés au large. L’intérêt du bateau est qu’il peut se déplacer dans des zones inaccessibles par l’éolien posé ou flottant. Étant donné que le bateau est loin des côtes, il y a peu de conflits d’usage, que ce soit avec les riverains, sur le plan visuel, ou alors avec les pêcheurs, qui veulent sauvegarder leurs zones de pêche. Le bateau étant mobile, sa trajectoire est potentiellement différente à chaque campagne de production d’énergie, en fonction des prévisions de vent. Par exemple, s’il part de Saint-Nazaire, il peut se diriger vers la mer du Nord, du côté de l’Irlande ou se diriger vers le golfe de Gascogne, si des vents plus forts sont annoncés dans cette zone. Notre concept est aussi une solution déployable rapidement, qui ne nécessite par d’étude de sol par exemple, ni de concevoir un navire spécialisé pour sa mise en place.
Pour un stockage par batterie, ce temps est court, car il est d’environ une journée. Il serait possible d’augmenter ce temps, mais plus on installe de la capacité à bord et plus le bateau devient lourd, et moins il devient efficient sur le plan de la production d’énergie. À l’inverse, s’il est moins lourd, on passe notre temps à faire des allers- retours. Nous avons travaillé sur plusieurs cas-types, notamment en Guadeloupe et avec les responsables qui élaborent la PPE (programmation pluriannuelle de l’énergie), un document qui définit la stratégie énergétique des territoires français, en métropole et dans les territoires d’outre-mer. D’ici à 2035, plusieurs navires-énergies pourraient être déployés dans les Caraïbes. Nous sommes encore au stade des études. L’an dernier, nos efforts se sont concentrés sur la conception de navires embarquant un stockage par batterie. Cette année, dans le cadre d’un projet Interreg appelé Maghic et financé par des fonds européens, nous travaillons beaucoup sur la version hydrogène.
Consommation électrique à bord
Les propriétaires de voiliers de plaisance équipent de plus en plus leur bateau avec des instruments pour augmenter la sécurité et le confort à bord (navigation, communication, appareils domestiques). Le voilier est équipé de batteries marine pour couvrir les besoins en énergie des équipements électrique marin. Il faut réaliser l'inventaire du matériel électrique, relever la puissance en Watt de chaque appareil et estimer sa durée d'utilisation sur 24 heures. L’équipement des voiliers et leur consommation électrique varient selon les types de navigation.
Attention, ces éléments ne remplacent en aucun cas un bilan énergétique complet de votre voilier. Pour une sortie de 10 heures, la consommation électrique moyenne est de 50 Ah, soit un besoin journalier de 600 Wh avec des batteries de 12V. L’énergie à bord peut devenir un problème car il n’y a pas de moyen de recharge au port comme dans la navigation journalière.
Exemples de consommation
À bord de l’IMOCA MACSF, l’énergie est une ressource vitale pour assurer non seulement le bon fonctionnement du bateau, mais aussi garantir la sécurité et le confort de sa skipper, Isabelle Joschke.
« Le bateau consomme entre 8 et 9 ampères par heure, ce qui est relativement faible par rapport aux IMOCA de dernière génération qui consomment presque le double », explique Florian Giffrain, boat captain de l’IMOCA MACSF.
Gestion de l'énergie
Toute l’énergie générée à bord est stockée dans des batteries situées à l’arrière du bateau, dans un emplacement sec et sécurisé. « Ces batteries sont un peu le cœur de notre système », affirme Florian. En plus des batteries classiques, le bateau est également équipé de kappas, des condensateurs permettant de libérer une grande quantité d’énergie en un instant. « Les kappas sont vraiment pratiques pour des manœuvres comme la bascule de quille, ou en cas d’urgence si toutes les batteries tombent en panne ».
Florian insiste sur l’importance d’une gestion rigoureuse de l’énergie à bord, un aspect auquel Isabelle Joschke prête une attention particulière. « Isabelle fait particulièrement attention à économiser l’énergie à bord », précise-t-il. « Elle coupe les systèmes de communication et les écrans quand elle ne s’en sert pas, car ce sont des équipements très gourmands en énergie ». Cela fait partie de nombreux petits gestes qui permettent de préserver l’autonomie énergétique du bateau sur de longues périodes. « À bord, c’est un peu comme à la maison », conclut Florian.