Les principes fondamentaux de l'énergie éolienne embarquée
L'éolienne est un moyen simple, efficace et propre pour générer l'électricité nécessaire aux instruments de bord de votre bateau. Afin de subvenir à nos besoins en électricité sans pour autant utiliser le moteur du bateau (et consommer de l’essence), nous avons la chance de pouvoir bénéficier des éléments naturels pour recharger nos batteries. L'électricité produite par l'éolienne est stockée dans des batteries et peut être utilisée pour alimenter différents équipements électriques à bord du bateau.
Les éoliennes pour bateau fonctionnent de manière similaire aux éoliennes domestiques ou celles installées dans les champs. Elles peuvent être verticales ou horizontales et fonctionnent en convertissant l'énergie cinétique du vent en électricité grâce à un processus appelé conversion d'énergie éolienne. Lorsque le vent souffle sur les pales de l'éolienne, il les fait tourner, ce qui entraîne un moteur électrique situé à l'intérieur de la nacelle de l'éolienne.
Dans le même temps, il existe plusieurs puissances d’éolienne. Une éolienne, sur un voilier, transforme donc l’énergie mécanique, provoquée par le vent sur des pales en nylon ou fibres de verre, en énergie électrique. La rotation des pales fait tourner une génératrice qui fonctionne suivant le même principe qu’un alternateur. Enfin, cette génératrice va transformer cette énergie en électricité. Il est important d’utiliser un régulateur pour contrôler la charge des batteries et empêcher leur surcharge ou leur décharge excessive. En cas de surcharge (+32 A valeur réglable), un frein électrique intégré se déclenche pour ralentir la rotation. En effet, lorsque la batterie atteint la tension de 13,8 V, le régulateur coupe les sources d'énergie alors que la batterie n'est souvent chargée qu'à 70 %. Au contraire, un régulateur de charge optimisé envoie toute l'énergie produite dans la batterie jusqu'à ce que celle-ci atteigne la tension d'absorption (14,1 volts pour une batterie AGM à une température de 25 °C).
Innovations technologiques pour la compétition : L'exemple du maxi-trimaran
L'éolienne Watt&Sea présentée au salon nautique de Paris illustre une avancée majeure pour la course au large. Cette éolienne bipale tout carbone ne ressemble vraiment à rien de connu : développée pour équiper le maxi-trimaran Macif de François Gabart, elle est dotée de superbes pales au profil très étudié. Elle se distingue aussi par un diamètre relativement modéré (95 centimètres) par rapport à celui de nombreux modèles grand public, lesquels tournent plutôt autour de 110 ou 120 centimètres.
Surtout, l’aérogénérateur Watt&Sea est monté non pas sur un bête mâtereau de section ronde, mais sur une sorte de «mât-aile» savamment profilé, dont la forme est tout à fait similaire à celle des supports immergeables utilisés pour les hydrogénérateurs. Comme les pales, ce mât est fabriqué en carbone pré-imprégné. Il joue le rôle d’empennage, sauf que le rotor est placé sous son vent, alors que sur les autres éoliennes utilisées à bord des bateaux «ordinaires», c’est l’empennage qui est sous le vent du rotor. Détail amusant : l’axe vertical permettant au mât de pivoter et de suivre la direction du vent apparent n’offre que 30 degrés de débattement de part et d’autre. Cela semble curieux au premier abord, sauf qu’un bateau comme Macif navigue à une vitesse telle que l’angle du vent apparent n’est jamais bien grand. Le générateur proprement dit est le même que celui utilisé pour les hydrogénérateurs de la marque : du coup, on est certain qu’il ne craint pas les paquets de mer. La production est d’environ 120 watts avec 20 nœuds de vent et de 420 watts avec 30 nœuds.
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La transition énergétique dans le transport maritime mondial
Le secteur maritime est en pleine effervescence. L'industrie du transport maritime cherche à enclencher sa transition écologique en trouvant des solutions pour réduire fortement les émissions importantes que les bateaux rejettent. Si certains tentent de basculer vers des motorisations électriques ou de troquer leur fioul contre du biométhane, d'autres préfèrent miser sur des énergies naturelles telles que le solaire ou l'éolien. C'est cette dernière solution qui a été retenue pour verdir les voyages du Sohar Max, un immense minéralier de 400 000 tonnes. Construit en 2012 en Chine, le navire, exploité par le géant minier brésilien Vale, est retourné dans son pays d'origine pour accueillir cinq grandes extensions sur son pont.
Les travaux, réalisés par le chantier naval chinois Cosco Zhoushan, ont permis de mettre en place cinq voiles à rotor sur le Sohar Max. Prenant la forme d’énormes pylônes de 34,7 mètres de haut et près de 5 mètres de large, ces éléments, fournis par l’entreprise Anemoi, sont les plus grands jamais installés sur un bateau. Le minéralier est ainsi devenu le plus grand navire à propulsion éolienne au monde. Équipé depuis octobre 2024, le cargo a achevé son premier voyage avec ses voiles à rotor. Très compactes, les voiles à rotor ont été adoptées par de nombreux armateurs désireux de baisser leur empreinte environnementale. Elles offrent en effet une grande puissance de poussée, ce qui contribue à répondre à certains critères internationaux de réduction des émissions. Ici, les appendices permettent au Sohar Max de faire chuter sa consommation de carburant de 6 %.
Parallèlement, après 3 années de recherche et développement, l’idée est devenue concrète : concevoir des ailes de traction pour les cargos afin de créer un moyen de propulsion éolien en complément du moteur pour réduire la consommation de fuel. En avril 2019, deux ailes Oceanwings® de 10 mètres de haut sont implantées sur le catamaran démonstrateur Energy Observer. Outre le propulseur éolien, Energy Observer est équipé de panneaux solaires et d’un système de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau de mer. D’ici quelques années, la validation du process industriel mené avec la CNIM devrait aboutir à la construction industrialisée d’Oceanwings® sur différents types de navire.
Optimisation et intégration des systèmes énergétiques en mer
L’éolienne est de plus en plus présente sur les voiliers naviguant le long de nos côtes. Très utilisée sur les voiliers de grande croisière, on retrouve de plus en plus de bateaux naviguant en côtier équipés d’une éolienne. Il est aujourd’hui possible de trouver des éoliennes de bonne qualité entre 700 et 1500 euros. Ces éoliennes vont commencer à être efficaces dès 5 nœuds de vent, pour les meilleures. Équipées de 4 ou 6 pales, elles peuvent produire entre 100W et 500W avec des vents entre 20 et 40 nœuds. Pour atteindre une telle puissance avec des panneaux solaires, il faudrait installer plusieurs panneaux qui devront être orientés au mieux vers la lumière.
L’éolienne sur un voilier a des avantages de fonctionnements indéniables. Tout d’abord, une éolienne pourra fonctionner au mouillage comme en navigation. Pour le coup, cet avantage est surtout lié au fait que son rendement ne dépendra pas de la position du bateau par rapport au soleil. Ensuite, une éolienne sera plus efficace dans certaines zones où le vent est plus souvent présent que le soleil. Enfin, je trouve qu’une éolienne est plus discrète qu’un portique avec des panneaux solaires. Le rendement d’une éolienne dépend de la qualité du flux de l’air. Pour que son rendement soit optimum, il faut donc la placer en hauteur. Cela permettra d’éviter les perturbations de flux liées au plan de pont. Il faut veiller à ne pas surcharger les batteries du bateau lorsque plusieurs sources d’électricité sont utilisées en même temps. Il peut donc être nécessaire d’utiliser d’autres sources d’énergie sur son bateau.
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Une réflexion intéressante concerne les bateaux au mouillage dans un courant : ne pourrait-on utiliser la force du courant sur l’hélice ou turbine pour faire tourner un générateur ou transformer le moteur de propulsion en générateur électrique ? On navigue le jour, on recharge les batteries la nuit. Ce type de réflexion sur la production décentralisée ouvre des perspectives pour l'autonomie énergétique globale des navires de plaisance comme professionnels.
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