L'exploitation des ressources énergétiques naturelles, particulièrement au sein des environnements marins, représente un défi technologique majeur. Face aux impératifs de la transition énergétique et aux contraintes climatiques, l'innovation se tourne désormais vers des systèmes capables de capter l'énergie cinétique de l'eau et du vent de manière autonome. Des systèmes embarqués sur des navires de plaisance aux plateformes industrielles de grande envergure, le concept de "voilier-hydrolienne" émerge comme une solution durable, fiable et performante pour diversifier le mix énergétique mondial.
L'Hydro-génération au service de la plaisance : Autonomie et performance
Sur un bateau, le grand nombre d’instruments électroniques, qu’ils soient de confort ou de sécurité, nécessite une alimentation en électricité : la VHF, le pilote automatique, le radar, l’échosondeur, ou encore le réfrigérateur, et même la pompe de cale, sont tous connectés à une batterie. Or, celle-ci a une capacité limitée qui ne couvre pas forcément les besoins d’un navire lors d’une longue croisière ou d’une traversée de plusieurs jours. C’est pourquoi il est nécessaire, pour compenser la consommation ou recharger les batteries, de produire sa propre électricité afin d’être autonome, sans utiliser le moteur thermique.
Plusieurs solutions s’offrent à nous : les panneaux photovoltaïques, l’éolienne ou l’hydrogénérateur. Comme son nom l’indique, l’hydrogénérateur, composé de "hydro" signifiant eau et de "générateur" qui transforme une énergie en énergie électrique, reprend le principe de l’éolienne, mais cette fois sous la surface de l’eau. Ici, c’est donc la rotation de l’hélice sous l’eau qui alimente un alternateur. Plus le bateau se déplace vite, et plus la production de ressource électrique est efficace.
Mis au point par une légende de la course au large, l’hydrogénérateur est une révolution relativement récente dans l’univers de la voile. C’est dans un souci de performance et de respect de l’environnement que le skipper Yannick Bestaven, vainqueur du Vendée Globe, a imaginé une alternative durable et fiable à l’utilisation des énergies fossiles, en utilisant l’énergie développée par le déplacement du bateau dans l’eau. Associés à l’ingénieur Matthieu Michou, ils fondent la société Watt&Sea et créent un nouveau standard en termes de génération d’électricité en mer.
Le principe de fonctionnement est finalement assez simple, mais encore fallait-il y penser. En effet, c’est le mouvement du bateau qui va créer le frottement qui entraînera l’hélice du générateur. Ce qui implique que celle-ci doit être constamment immergée afin d’offrir un rendement stable et efficace. L’hélice est en prise directe avec l’alternateur brushless, lui-même connecté électriquement au régulateur/convertisseur 12/24V. Sur le modèle "Cruising", la fixation sur panneau arrière permet au système d’être amovible : il peut être immergé et relevé aisément à la manière d’un safran. Une fois dans l’eau, un taquet maintient l’appareil en position. Le Pod 600, quant à lui, fonctionne sur le même principe, mais n’est pas amovible ; il s’installe sous la coque, juste derrière la quille.
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Optimisation et gestion de l'énergie à bord
L'efficacité d'un tel système dépend de plusieurs facteurs techniques. Afin de s’adapter au mieux à la consommation de votre équipement embarqué, il faudra mixer au mieux les différents éléments pour tirer le meilleur du système : une puissance adaptée à la taille de votre bateau, une longueur de mâtereau optimisant l’immersion de l’hélice et un diamètre d’hélice en accord avec la vitesse de croisière habituelle du navire.
Pour produire plus d’électricité à basse vitesse, il faudra préférer un plus grand diamètre d’hélice. Une plus petite hélice produira, certes moins d’énergie à basse vitesse, mais surtout moins de traînées à vitesse plus élevée. En somme, plus vous naviguez vite, plus l’hélice doit être petite pour produire plus ; plus vous naviguez doucement, plus l’hélice doit être grande. Il est important de noter que les sources d’énergie ne sont pas concurrentes, mais bel et bien complémentaires : si l’hydrogénérateur montre une grande efficience, sa production dépend de la vitesse du navire, d'où l'utilité de coupler ce système avec du solaire ou de l'éolien pour les mouillages prolongés.
La gestion intelligente de cette énergie est tout aussi capitale. 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). En cas de surcharge (+32 A valeur réglable), un frein électrique intégré se déclenche pour ralentir la rotation.
L’utilisation des composants de la propulsion électrique comme générateurs est une avancée notable. Sur le prototype Excess 15 E’Lab, testé lors d’une croisière en Méditerranée, les moteurs électriques convertissent la vitesse du bateau en électricité. La puissance du vent peut non seulement être convertie en puissance de propulsion, mais aussi être utilisée pour générer de l’électricité en récupérant l’énergie cinétique du flux d’eau. Lors de conditions idéales (15-20 nœuds de vent), le catamaran a réussi à produire environ 75 % de l’énergie utilisée quotidiennement. Néanmoins, il faut garder en tête que l'hydro-génération ne se fait pas sans une légère perte de vitesse.
Le concept Farwind : Vers une production d'énergie industrielle
Au-delà de la plaisance, le concept de navire producteur d'énergie prend une dimension industrielle. Farwind Energy, start-up basée à Nantes, a mis au point un prototype de "voilier-hydrolienne". Le navire est un catamaran embarquant un hydrogénérateur et un rotor Flettner. Le voilier-hydrolienne est avant tout un voilier, c’est-à-dire un navire propulsé par le vent. Le rotor Flettner est un système de voile rotative capable de très bonnes performances au niveau des vents de travers, contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre du secteur du transport maritime.
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L'idée consiste à développer ce que l’on peut considérer comme la troisième génération d’éoliennes marines. Le vent fait avancer le navire grâce aux rotors Flettner et à l’effet Magnus, et des hydro-générateurs produisent de l’électricité qui peut être stockée dans des batteries ou servir pour produire un carburant vert, comme de l’hydrogène par électrolyse. L’équipe de Farwind Energy planche sur un navire en acier d’environ 500 tonnes, 80 mètres de long pour 20 à 25 de large, doté de quatre systèmes Flettner dont la rotation déporte la plateforme et la fait avancer naturellement grâce au vent.
S’y ajoutent deux hydroliennes chargées de produire l’énergie grâce à leur hélice mue par l’avancement du navire. Ces équipements, en forme de pods, sont réversibles afin de servir aussi à propulser en cas de besoin la plateforme, qui aura une puissance de plusieurs mégawatts. L'objectif est d'atteindre un facteur de charge de l’ordre de 70 %, ce qui est supérieur aux éoliennes classiques, car le navire peut se positionner aux meilleurs endroits en fonction des conditions météorologiques.
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