Le secteur maritime mondial, qui transporte près de 90 % du commerce mondial, est confronté à un défi existentiel : réduire considérablement son empreinte environnementale tout en répondant à la demande croissante de biens.Le secteur représente près de 3 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES), parallèlement à des contributions importantes à la pollution atmosphérique par les oxydes de soufre (SOx), les oxydes d'azote (NOx) et les particules (PM).L'Organisation maritime internationale (OMI) resserrant la réglementation avec ses objectifs de GES pour 2030 et 2050, les propriétaires et les exploitants de flottes étudient une matrice complexe de technologies de propulsion.

L'impératif environnemental : une approche du cycle de vie

Pour comprendre l'impact réel d'un système de propulsion sur l'environnement, il faut passer de la simple comptabilité du réservoir au wake (TtW) à une analyse complète du cycle de vie (WtW) ou du puits de puits (LCA). Le TtW ne mesure que les émissions produites lorsque le combustible est brûlé dans le moteur du navire. Le WtW tient compte des émissions associées à l'extraction, au traitement, au transport et au bunker du carburant.

Principaux polluants et leurs effets

  • Dioxyde de carbone (CO2):[ Le gaz naturel provenant des transports maritimes.La quatrième étude de l'OMI sur les GES a estimé que le transport maritime a émis environ 1 056 millions de tonnes de CO2 en 2018.
  • Méthane (CH4): La composante principale du GNL. Lorsque le carburant non brûlé s'échappe du moteur (dérapage de méthane), il a un potentiel de réchauffement global (PRG) de 28 à 34 fois celui du CO2 sur une période de 100 ans et plus de 80 fois plus puissant sur une période de 20 ans.
  • Oxyde nitreux (N2O):[ Un gaz à effet de serre puissant avec une PRG environ 300 fois plus élevée que celle du CO2. Il s'agit d'un sous-produit potentiel de la combustion d'ammoniac.
  • Oxydes de soufre (SOx):[ Formé à partir de la teneur en soufre des huiles combustibles. Le SOx cause des pluies acides, des maladies respiratoires chez l'homme et endommage les écosystèmes.
  • Oxydes de nitrogène (NOx):[ Contribue à l'ozone troposphérique (smog), aux pluies acides et à l'eutrophisation des eaux côtières.Les normes de niveau III de l'OMI exigent des réductions importantes de NOx dans les ECA, généralement obtenues par recirculation des gaz d'échappement (EGR) ou par réduction catalytique sélective (SCR).
  • Matière particulaire (PM):[ De fines particules de suie liées aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. Le carbone noir, une composante des particules, est particulièrement préoccupant dans l'Arctique car il absorbe le rayonnement solaire et accélère la fonte de la glace.

Systèmes de propulsion classiques et leur péage environnemental

Le parc mondial actuel est largement tributaire des combustibles fossiles, et la performance environnementale de ces systèmes varie grandement selon la qualité du carburant, le type de moteur et la présence de systèmes de traitement aval des gaz d'échappement.

Huile de combustible lourde (HFO) et très faible teneur en soufre (VLSFO)

Bien que le bouchon de soufre mondial ait poussé de nombreux exploitants vers le VLSFO ou le gazole marin (GPM), ces combustibles produisent encore des émissions importantes de CO2, de NOx et de particules. L'empreinte carbone de l'extraction et du raffinage du HFO est également élevée. Pour un exploitant de parc, la décision environnementale clé ici est souvent entre l'utilisation du HFO avec un système de nettoyage des gaz d'échappement (brutouilleur) ou le passage à un carburant distillat conforme comme le MGO.

Des grincements : un regard plus profond

Les groupes de défense de l'environnement et certains organismes de réglementation (notamment les ports de Singapour, de Fujairah et plusieurs autres en Chine et en Europe) ont soulevé des préoccupations au sujet de la justice environnementale des épurateurs à boucles ouvertes. En transférant efficacement les polluants de l'air vers l'océan, les épurateurs peuvent avoir des répercussions sur la vie marine locale, en particulier dans les ports fermés et les zones écologiquement sensibles.

Carburants transitoires: réduction des émissions à court terme

Alors que les organismes de réglementation préconisent des réductions immédiates, en particulier dans les secteurs des NOx et des SOx, une catégorie de « carburants de transition » a vu le jour, qui offrent des améliorations importantes de la qualité de l'air local et des réductions modérées de GES par rapport au HFO, ce qui en fait un choix populaire pour les navires de construction neuve et les travaux de modernisation des moteurs.

Gaz naturel liquéfié (GNL)

Le GNL a été largement salué comme un combustible marin « plus propre » et, pour la qualité de l'air local, les avantages sont importants. Il élimine pratiquement les émissions de SOx, réduit les NOx de 85 % et réduit les particules de plus de 95 %.

  • Méthane Slip: Le talon d'Achille de GNL.Le glissement de méthane se produit pendant la combustion du moteur (en particulier dans les moteurs bicarburant à faible charge et à haute pression) et pendant la manutention et le bunkering du carburant.Le Conseil international des transports propres (CICT)[ a constaté que le glissement de méthane peut atteindre 3 à 7 % dans certains types de moteurs, ce qui a complètement nui aux avantages de l'utilisation du CO2 du gaz naturel sur un horizon de 20 ans de PRG.
  • Infrastructure:[ L'infrastructure de bunkering GNL est en croissance, mais est toujours concentrée dans les principaux ports d'Europe, d'Amérique du Nord et d'Asie.
  • Risque d'actif marqué: Comme les objectifs de l'OMI se rapprochent de zéro émission d'ici 2050, le GNL est de plus en plus considéré comme un carburant de pont, et non comme une destination.

Méthanol (MeOH)

Le méthanol devient rapidement un combustible de transition viable, en particulier pour les navires-conteneurs et les pétroliers, qui peut être produit à partir de gaz naturel (méthanol gris), de biomasse (biométhanol) ou de CO2 capturé et d'hydrogène vert (e-méthanol).

  • Performance environnementale: Le méthanol brûle proprement, ne produisant pas de SOx, de particules très faibles et significativement moins de NOx que le HFO. Les émissions de CO2 sont environ 10-15% inférieures à celles du HFO pour le méthanol gris, mais le e-méthanol offre le potentiel d'opérations carbone-neutres ou même carbone-négatives sur une base de cycle de vie.
  • Avantages opérationnels: Contrairement au GNL, le méthanol est un liquide à température et pression ambiante. Il nécessite des réservoirs spécialisés (généralement en acier inoxydable pour éviter la corrosion) et des systèmes de manutention du carburant, mais il ne nécessite pas d'équipement cryogénique coûteux ou ne présente pas les mêmes risques de décompression et de glissement du méthane.
  • Densité énergétique: Le méthanol a environ la moitié de la densité énergétique de HFO en volume. Cela signifie que les bateaux ont besoin de réservoirs plus grands pour atteindre la même gamme, ce qui peut réduire la capacité de transport de cargaison. Les perspectives de transition énergétique deDNV mettent en évidence le méthanol comme un candidat de premier plan pour les segments où la batterie et le GNL ne sont pas viables.

Les technologies zéro émission pour un avenir durable

Pour que l'industrie du transport maritime puisse se décarboner complètement d'ici 2050, il faut des systèmes de propulsion à émissions nulles fonctionnant avec des carburants verts.

Propulsion électrique et hybride

La propulsion électrique par batterie offre la plus grande efficacité (plus de 90 %) et zéro émission au point d'utilisation. Elle est idéale pour le transport maritime à courte distance, les traversiers, les remorqueurs et les navires de service portuaire avec des routes prévisibles et des possibilités fréquentes de recharge à terre.

  • Effet environnemental:[ Les émissions du cycle de vie d'un bateau électrique-batterie dépendent fortement du mélange de grille utilisé pour la recharge. La charge sur un réseau lourd de charbon déplace les émissions du tuyau d'échappement vers la centrale électrique, avec des gains nets relativement faibles.
  • Limitations:[ La contrainte primaire est la densité d'énergie. Les batteries au lithium-ion fournissent environ 0,9 MJ/kg, par rapport à 40 MJ/kg de HFO. Cela rend les batteries complètement impraticables pour la navigation en mer profonde et long-courrier avec la technologie actuelle. Le poids, l'espace et le coût de la banque de batteries nécessaires pour alimenter un navire conteneur Panamax à travers le Pacifique seraient prohibitifs.
  • Systèmes hybrides:[ De nombreux nouveaux bateaux adoptent des systèmes hybrides qui combinent des batteries avec des moteurs conventionnels ou des piles à hydrogène. Cela permet de manœuvrer à zéro émission dans le port, de picter le rasage et d'optimiser la charge du moteur, réduisant ainsi la consommation et l'entretien de carburant.

Piles à combustible à hydrogène et combustion

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers. Utilisé dans une pile à combustible, il se combine avec l'oxygène pour produire de l'électricité, avec la vapeur d'eau comme seul échappement.

  • Fuel Cells vs. Combustion: Les piles à combustible sont plus efficaces (50-60%) que les moteurs à combustion d'hydrogène (~40%) mais sont actuellement beaucoup plus coûteuses et moins robustes pour les environnements marins.Les piles à combustible à membrane d'échange de proton (PEM) offrent une densité de puissance élevée, mais nécessitent de l'hydrogène de très haute pureté.
  • Défis de stockage:[ L'hydrogène a une très faible densité volumétrique d'énergie. Le stockage nécessite soit une compression à haute pression (CGH2) à 350-700 bar dans des réservoirs lourds, coûteux, ou une liquéfaction (LH2) à -253 °C, ce qui nécessite une énergie importante (30-40% de la teneur énergétique de l'hydrogène) et entraîne une ébullition inévitable (1-3% par jour).
  • Hydrogène vert: Pour que l'hydrogène soit un véritable combustible à émission nulle, il doit être produit par électrolyse à l'aide d'électricité renouvelable. Actuellement, plus de 95 % de l'hydrogène est «grainé», produit à partir de gaz naturel avec des émissions de CO2 importantes.

L'ammoniac comme combustible marin

L'ammoniac (NH3) est devenu un candidat de premier plan pour le combustible primaire à zéro carbone de la flotte de haute mer. Il peut être produit à partir d'hydrogène et d'azote, agissant comme un porteur d'hydrogène ayant une densité d'énergie volumétrique plus élevée que l'hydrogène comprimé ou liquide.

  • Possibilité de carbone-zéro:[ Lorsqu'il est produit à l'aide d'hydrogène vert (ammoniac vert), il n'a pas de teneur en carbone.
  • La question de la toxicité : L'ammoniac est extrêmement toxique pour la vie marine et les humains. Un déversement important pourrait être catastrophique.Les systèmes de manutention, de bunker et de confinement doivent respecter des normes de sécurité extrêmement élevées, ce qui ajoutera une importante complexité opérationnelle et CAPEX.
  • Émissions opérationnelles : La combustion de l'ammoniac dans un moteur présente deux risques environnementaux importants. Premièrement, une combustion incomplète peut entraîner un « glissement d'ammoniac » (NH3). Deuxièmement, le processus de combustion formera inévitablement des oxydes d'azote (NOx) et, de façon critique, de l'oxyde nitreux (N2O).

Propulsion assistée par le vent (WASP)

Bien que ce ne soit pas un système de propulsion primaire pour la plupart des navires de haute mer, les technologies d'aide éolienne offrent une méthode éprouvée pour réduire la consommation de carburant et les émissions de 5 à 30 %, selon la technologie, le type de navire et la route commerciale.

  • Rotor Sails (Flettner Rotors):[ Des cylindres rotatifs, qui utilisent l'effet Magnus pour générer de la poussée. Ils sont relativement compacts, nécessitent une modification minimale du pont et peuvent être réaménagés sur les pétroliers, les vraquiers et les navires rouliers.
  • Selles et ailes à voiles : Des voiles autonomes et rigides qui peuvent être fixées au pont et ajustées pour capturer le vent optimal. Le concept Oceanbird et le Mitsubishi Wind Challenger en sont des exemples.
  • Kites: De grands cerfs-volants commandés par ordinateur qui volent devant le navire, le tirant à travers l'eau. Ils sont les mieux adaptés pour les navires sur des routes de vent de commerce uniformes.
  • Effets de durabilité:[ Les systèmes WASP offrent une réduction directe de la combustion du combustible (et donc du CO2, du SOx, des NOx et des PM) sans nécessiter de changement de carburant.

Analyse comparative : Peser les options pour les décideurs de la flotte

Pour choisir la bonne technologie de propulsion pour une flotte, il faut procéder à une analyse multidimensionnelle qui va au-delà de l'étiquette « zéro émission » en gros. Les facteurs suivants doivent être comparés au profil opérationnel du navire.

Technology GHG Reduction (WtW) Air Quality (SOx/NOx/PM) Energy Density CAPEX Infrastructure Maturity
HFO + Scrubber Baseline (0%) Good (SOx/PM) / Poor (NOx) High Low-Medium Very High
LNG (Gray) 10-20% (variable) Excellent Medium High Medium
Methanol (Gray) 10-15% Very Good Medium-Low Medium Low-Medium
Green Methanol 80-95% Excellent Medium-Low Medium Very Low
Green Ammonia 85-95% Variable (N2O risk) Low-Medium Very High Very Low
Battery-Electric 0-100% (depends on grid) Excellent Very Low High Low (grid)
Wind Assist 5-30% reduction Same as baseline N/A Medium Medium

Note : Les valeurs sont des estimations générales pour le transport maritime en haute mer et varieront considérablement en fonction de la conception du navire, du profil opérationnel et de la voie de production du carburant.

Le bloc routier de l'infrastructure et de la réglementation

La transition vers une propulsion à faible émission et à zéro émission est confrontée à un problème classique de « poulet et œuf ». Les producteurs de carburant hésitent à construire des installations de production de carburant vert à grande échelle sans une demande garantie des exploitants de navires.

C'est là que les cadres réglementaires tels que la stratégie initiale de l'OMI en matière de GES [ et les initiatives régionales telles que le paquet «Fit for 55» de l'UE (qui inclut le système d'échange de quotas d'émission de l'UE (ETS) pour le transport maritime et le règlement «FuelEU Maritime») sont essentiels.

Des « corridors de transport maritime verts » — des itinéraires dédiés entre les principaux ports qui soutiennent les carburants et les infrastructures à émissions nulles — sont établis à l'échelle mondiale (p. ex. Rotterdam à Singapour, Los Angeles à Shanghai, Anvers à Montréal). Ces corridors sont essentiels pour déprécier les investissements précoces et créer des projets de démonstration de conception qui peuvent s'étendre à une flotte mondiale.

Piste à suivre : une flotte multi-carburants et multi-technologies

Il n'existe pas de balle d'argent unique pour décarboniser la flotte mondiale. La combinaison optimale des technologies de propulsion variera considérablement selon la taille du navire, la route opérationnelle, le type de cargaison et la tolérance au risque du propriétaire.

  • Voies navigables de courte distance et voies navigables intérieures: Les systèmes électriques et hybrides de batterie domineront.
  • Ferries and Cruise Ships: Un mélange de piles à combustible à piles électriques, à hydrogène et à GNL (avec une transition vers le bio-LNG ou le e-LNG) est probable.
  • Des pétroliers, des transporteurs en vrac et des navires-conteneurs de haute mer: Ce segment exige une forte densité énergétique. L'ammoniac vert et le méthanol vert sont les principaux candidats, l'aide éolienne offrant des économies de carburant complémentaires à court terme. Le GNL devrait être un combustible de transition important, mais les exploitants doivent gérer soigneusement le glissement du méthane et le risque de panne d'actifs.

Il ne faut pas négliger le rôle de la numérisation et de l'efficacité opérationnelle. Investir dans l'acheminement météorologique, l'optimisation des garnitures par l'IA, le nettoyage proactif de la coque et de l'hélice et le lent vaporisation peut réduire la consommation de carburant de 10 à 25 % partout dans le monde, quelle que soit la technologie de propulsion choisie.

Conclusion

L'impact environnemental du transport maritime est fondamentalement lié à la technologie de propulsion sur laquelle il repose. Le parcours de la flotte de carburant lourd aujourd'hui dépendante à un avenir à zéro émission est complexe et rempli d'obstacles techniques, financiers et logistiques.Les propriétaires de flottes doivent naviguer dans un paysage réglementaire en évolution rapide, évaluer l'empreinte réelle du cycle de vie carbone et polluant de leurs choix de carburant, et investir dans des moteurs et infrastructures flexibles.

Les opérateurs les plus performants seront ceux qui adoptent une stratégie pragmatique et multicarburants. Ils combineront aujourd'hui les gains d'efficacité opérationnelle avec des projets pilotes pour les carburants à zéro émission de demain comme le méthanol et l'ammoniac. En comprenant les forces et les faiblesses spécifiques de chaque technologie de propulsion – de la simple pile à hydrogène à la logistique complexe du bunkering de l'ammoniac – les dirigeants maritimes peuvent faire des investissements éclairés qui non seulement répondent aux objectifs de conformité mais aussi construisent une flotte résistante et à l'avenir prête pour l'économie du 22e siècle.