Le transport maritime mondial demeure l'un des plus grands contributeurs aux émissions de gaz à effet de serre. Chaque année, des millions de tonnes de CO₂ s'échappent des cheminées des cargos, pétroliers et ferries. Face à cette urgence climatique, le secteur maritime explore des technologies de rupture pour réduire sa dépendance aux énergies fossiles. Parmi ces solutions, l'ingénierie des hydrofoils - des surfaces porteuses immergées conçues pour soulever la coque hors de l'eau ou optimiser l'hydrodynamique - s'est imposée comme une voie crédible pour améliorer l'efficacité énergétique des navires. L'Europe, et plus particulièrement des pôles d'excellence comme la Bretagne, la Norvège et les Pays-Bas, concentre aujourd'hui une expertise de pointe dans ce domaine, alliant biomimétisme, modélisation numérique et savoir-faire industriel.
Les fondements de la technologie hydrofoil
Un hydrofoil est une surface porteuse qui se déplace dans l'eau et qui transmet une force de portance à son support. À la base, cette technologie vise à modifier l'interaction entre la coque du navire et le milieu liquide. En réduisant la surface de contact avec l'eau, on limite la traînée hydrodynamique, ce qui permet soit d'augmenter la vitesse, soit de réduire considérablement la consommation de carburant.
L'ingénierie moderne de ces systèmes repose sur des outils de simulation sophistiqués. La recherche académique, illustrée par des projets comme PUFFIn, utilise des méthodes numériques pour prédire les performances. PUFFIn, par exemple, s'appuie sur une approche de potentiel incompressible où les effets visqueux sont négligés, permettant de résoudre des équations aux limites complexes. Ces modèles utilisent des techniques de discrétisation par panneaux et des conditions de Kutta non linéaires pour simuler le comportement du flux autour des foils. Ces avancées permettent aujourd'hui de modéliser des configurations multi-corps, comme les foils avant et arrière d'un engin de sport ou de transport, et de prendre en compte l'interaction avec la surface libre, un défi majeur en hydrodynamique maritime.
Bluefins (Bretagne) : l’innovation par le biomimétisme
À Brest, pôle maritime majeur, la start-up Bluefins incarne une approche audacieuse inspirée par la nature. Le projet, porté par l'ingénieur Olivier Giusti, diplômé de l'ENSTA Bretagne, se fonde sur l'observation du mouvement des nageoires de baleine. Le système Bluefins est un foil articulé fixé à la poupe qui transforme l'énergie du tangage provoqué par la houle en une poussée supplémentaire, aidant ainsi à la propulsion du navire.
Ce système est particulièrement intéressant car il est en partie passif : il utilise l'oscillation naturelle du bateau, un peu comme des palmes. D'après ses concepteurs, ce dispositif pourrait réduire la consommation de carburant d'au moins 20 % sur la durée de vie du navire. Soutenu par des programmes d'innovation comme le Citeph et l'Ifremer, Bluefins a déjà fait l'objet de modélisations poussées sur ANSYS Fluent et XFoil. Le passage aux essais en bassin puis à l'installation sur des navires de commerce marque une étape clé pour prouver la robustesse de ce concept, qui est d'ailleurs adaptable via le retrofit sur des unités déjà en service.
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Wavefoil (Norvège) : le pionnier validé en mer
En Norvège, l'entreprise Wavefoil a choisi d'implanter ses systèmes à l'étrave. Née de recherches universitaires à Trondheim, la société a franchi le cap critique des tests en mer. Le principe est clair : lorsque le navire affronte la houle de face, les foils convertissent cette énergie en une force propulsive utile.
L'un des avantages majeurs de cette technologie, au-delà de l'économie de carburant estimée entre 9 et 15 %, est l'amélioration significative du confort des passagers et de l'équipage. En réduisant le tangage, les foils agissent comme un stabilisateur actif. Wavefoil a déjà prouvé son efficacité opérationnelle sur des ferries, notamment le MF Teistin aux îles Féroé. Cette validation en conditions réelles apporte une crédibilité essentielle face aux armateurs, souvent prudents vis-à-vis des nouvelles technologies. L'aspect rétractable du système est ici primordial, permettant de protéger les foils lorsque les conditions de navigation ne les justifient pas ou pour faciliter les manœuvres portuaires.
Hull Vane (Pays-Bas) : l'expérience industrielle
Les Pays-Bas se distinguent par une approche plus axée sur l'optimisation hydrodynamique directe avec Hull Vane. Contrairement aux foils articulés générateurs de poussée, le Hull Vane est un foil fixe installé à la poupe, agissant essentiellement comme un dispositif de réduction de traînée. En améliorant le passage de la coque dans l'eau, ce système permet des gains de consommation compris entre 5 et 25 %.
L'atout majeur de Hull Vane réside dans son déploiement massif : plus de 80 navires, incluant des yachts, des navires militaires et des cargos, sont déjà équipés de cette technologie. Cette maturité industrielle offre une garantie de fiabilité pour les armateurs. Bien que l'impossibilité de relever le foil soit une contrainte en eaux peu profondes, la standardisation et la certification des solutions Hull Vane en font une référence incontournable pour la décarbonation du transport maritime par le simple gain d'efficacité hydrodynamique.
Candela et l'électrification haute performance
La technologie des hydrofoils ne se limite pas à l'assistance à la propulsion thermique. Chez Candela, l'ambition est de remplacer totalement la propulsion fossile par l'électrique. En utilisant un système C-FOIL activement stabilisé et contrôlé par ordinateur, les bateaux Candela s'élèvent au-dessus de la surface de l'eau, réduisant ainsi la consommation d'énergie de 80 %.
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Le système de contrôle ajuste l'angle d'attaque des foils 100 fois par seconde, utilisant des capteurs de hauteur, de roulis et de tangage pour assurer une stabilité artificielle dans toutes les conditions. Cette maîtrise de l'intégration entre logiciel, capteurs et hardware permet à Candela de proposer des navires capables de trajets plus longs avec des vitesses élevées, tout en minimisant la maintenance grâce à la réduction des pièces mobiles et à l'utilisation intensive de la fibre de carbone.
Le projet MiniLab et l'avenir des matériaux
L'innovation dans l'hydrofoil touche également à la science des matériaux. Le projet MiniLab, porté par un consortium incluant Avel Robotics et ComposiTIC, explore l'utilisation de composites thermoplastiques recyclables. Cette approche collaborative vise à tester de nouvelles formes de foils sur un bateau-labo de classe Mini 6.50.
L'utilisation de capteurs à fibre optique intégrés permet de mesurer les contraintes en temps réel, garantissant que ces matériaux de pointe puissent supporter les conditions extrêmes de la navigation offshore. La fabrication par impression 3D industrielle, notamment via les services de Sculpteo, illustre comment la rapidité de prototypage accélère la mise sur le marché d'innovations durables. La vision à long terme du projet est d'étendre cette technologie aux classes de course au large IMOCA et ULTIM, transformant ainsi durablement l'industrie de la voile de compétition.
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