Depuis des décennies, les moteurs diesel marins ont brûlé du mazout lourd (HFO), un combustible résiduel bon marché mais très polluant. Aujourd'hui, une convergence de la réglementation environnementale, de l'innovation technologique et de la pression du marché accélère l'adoption de carburants de substitution. Ce changement n'est pas seulement une tendance, mais une évolution nécessaire pour atteindre les objectifs mondiaux de décarbonisation et assurer la viabilité opérationnelle à long terme.

Les forces motrices derrière la transition du carburant

Les mandats réglementaires demeurent le catalyseur le plus puissant du changement. L'Organisation maritime internationale (OMI) a introduit le [IMO 2020], qui limite la teneur en soufre des combustibles marins à 0,5 % à l'échelle mondiale, en baisse de 3,5 %. Ce règlement a seul obligé de nombreux exploitants à passer d'un HFO à haute teneur en soufre à des solutions de remplacement à faible teneur en soufre telles que le très faible mazout de soufre (VLSFO) ou le gazole marin.

Au-delà des règlements, les pressions exercées par les affréteurs, les propriétaires de fret et les institutions financières remodelent l'industrie. Les principaux expéditeurs comme Maersk et CMA CGM se sont engagés à réaliser des émissions nettes nulles d'ici 2050, et beaucoup exigent maintenant que les navires de leur chaîne d'approvisionnement démontrent leur performance environnementale.

Principaux carburants de remplacement pour moteurs diesel marins

Gaz naturel liquéfié (GNL)

Le GNL est devenu le carburant de remplacement le plus mature et le plus largement adopté pour les applications marines. Lorsqu'il est brûlé dans un moteur diesel bicarburant moderne, le GNL peut réduire de presque 100% les oxydes de soufre (SOx), les oxydes d'azote (NOx) jusqu'à 85 %, et le dioxyde de carbone (CO2) de 20 % à 30 % par rapport au HFO. La technologie est éprouvée : des entreprises comme MAN Energy Solutions et Wärtsilä offrent des moteurs GNL marins commerciaux, et des navires comme les navires porte-conteneurs, les transporteurs automobiles et les navires de croisière sont maintenant exploités sur le GNL. L'infrastructure mondiale de stockage du GNL se développe, avec des centres clés à Singapour, Rotterdam et sur la côte du Golfe.

Biocarburants

Les biocarburants, en particulier le biodiesel et l'huile végétale hydrotraitée (HVO)[, offrent un remplacement quasi-drop-in du diesel marin classique.Ils peuvent être mélangés avec des carburants existants ou utilisés directement dans des moteurs non modifiés, ce qui en fait une solution à court terme attrayante.Les biocarburants sont dérivés de sources renouvelables telles que l'huile de cuisson, l'huile de soja ou les graisses animales, et peuvent obtenir des réductions de CO2 du cycle de vie de 50 à 90 % selon la matière première et la méthode de production.L'OMI a approuvé plusieurs mélanges de biocarburants pour les applications maritimes.

Méthanol

Le Méthanol est un liquide à température ambiante, ce qui rend le stockage et la manutention plus simples que le GNL. Le Méthanol brûle avec de faibles émissions de SOx et de NOx et, lorsqu'il est produit à partir de sources renouvelables (méthanol vert), il peut offrir des cycles de vie neutres ou même négatifs pour le carbone. En 2023, le premier conteneur à moteur au méthanol, Laura Maersk, a commencé ses activités et les grands constructeurs comme Hyundai Heavy Industries ont commandé des navires prêts à l'emploi du méthanol.

Hydrogène

La combustion d'hydrogène ne produit que de la vapeur d'eau, sans CO2, SOx, ou de particules. Cependant, la technologie est confrontée à des obstacles redoutables. Le stockage d'hydrogène nécessite une compression à haute pression (350–700 bar) ou une liquéfaction cryogénique à -253 °C, qui consomment une énergie importante et compliquent la conception des navires.La densité d'énergie volumétrique est environ un tiers de celle du GNL, ce qui signifie que des réservoirs plus grands sont nécessaires. De plus, presque tout l'hydrogène produit aujourd'hui provient de la reformage du gaz naturel (hydrogène gris), qui émet du CO2. L'hydrogène vert produit par électrolyse à partir d'électricité renouvelable est rare et coûteux.

Ammoniac

L'ammoniac, comme l'hydrogène, est un combustible sans carbone qui peut être produit à partir de sources renouvelables. Il est plus facile de stocker que l'hydrogène parce qu'il peut être liquéfié à pression modérée et à -33°C. La densité énergétique d'ammoniac par volume est plus élevée que l'hydrogène comprimé, bien que encore plus faible que le combustible de soute.Les fabricants de moteurs tels que MAN B&W et Wärtsilä développent des moteurs bicarburants capables d'ammoniac, avec des essais en mer prévus d'ici 2025. Cependant, l'ammoniac présente des risques importants pour la santé et l'environnement : il est toxique pour la vie marine et les humains, nécessite une manipulation soigneuse, et sa combustion peut produire de l'oxyde nitreux (N2O), un puissant gaz à effet de serre.

Innovations technologiques favorisant la flexibilité des carburants

Le passage à des carburants de remplacement ne concerne pas seulement le carburant lui-même; il exige des progrès parallèles dans la conception des moteurs, les systèmes de carburant et l'architecture des navires.Le développement technologique le plus important est le moteur à double carburant.Ces moteurs peuvent basculer entre le diesel et un carburant de remplacement, généralement le GNL, le méthanol ou le GPL, selon les exigences de disponibilité, de coût ou de réglementation.

Les réservoirs cryogéniques pour GNL doivent maintenir des températures constantes basses pour éviter l'ébullition. Le méthanol nécessite des réservoirs en acier inoxydable et des revêtements spéciaux pour éviter la corrosion. L'hydrogène et l'ammoniac exigent des systèmes de confinement robustes qui répondent aux codes de sécurité internationaux comme le Code IGC. Le train de soupapes, le système d'injection et les conceptions de chambres de combustion sont optimisés pour assurer une combustion efficace des combustibles ayant des propriétés différentes, comme la vitesse de flamme plus lente pour l'ammoniac ou une température d'auto-inflammation plus élevée pour le méthanol.

Les systèmes de gestion avancés des moteurs, complétés par des capteurs en temps réel et des analyses de données, aident les opérateurs à optimiser le temps d'injection de carburant, les rapports air-carburant et les paramètres de combustion pour minimiser les émissions tout en maintenant l'efficacité.

Les défis de l'infrastructure et de la chaîne d'approvisionnement

Un goulot d'étranglement majeur pour l'adoption de carburants de substitution est le manque d'infrastructures de soutenage généralisées. Le bunkering GNL est passé d'une poignée de terminaux en 2015 à plus de 200 sites dans le monde en 2023, mais la disponibilité est encore concentrée le long des grandes routes commerciales.

La construction d'un réseau mondial de terminaux de stockage, de navires de soute et de chaînes d'approvisionnement nécessite des investissements considérables.Le coût d'une nouvelle barge de soute GNL peut dépasser 40 millions de dollars et la rénovation d'un port existant pour gérer l'ammoniac ou l'hydrogène exige des dépenses encore plus élevées en raison des exigences en matière de sécurité et de permis.Les gouvernements et les parties prenantes privées collaborent à des initiatives comme le Forum maritime mondial Obtenir à zéro Coalition, qui vise à avoir des carburants à émission nulle, représentent 5 % de la demande mondiale de soutes d'ici 2030.

Les carburants de remplacement ont généralement une densité énergétique inférieure à celle du HFO ou du gazole marin, ce qui signifie que les navires ont besoin de réservoirs plus grands ou de ravitaillement plus fréquents, ce qui peut réduire la capacité de transport de marchandises ou la portée du voyage, en particulier pour les routes long-courriers.

Considérations et incitations économiques

Le GNL offre actuellement un avantage en termes de coûts par rapport au HFO classique lorsque les prix du pétrole sont élevés, mais les primes de prix du méthanol vert peuvent être deux à trois fois plus élevées que celles des carburants conventionnels. Les biocarburants coûtent 80 à 150 % de plus que le VLSFO. Pour combler cette lacune, une combinaison de prix du carbone et de subventions est en train de se développer. L'UE a inclus le transport maritime dans son système d'échange de quotas d'émissions (ETS) à partir de 2024, exigeant des exploitants de navires qu'ils achètent des quotas pour 40 % de leurs émissions initialement, pour atteindre 100 % d'ici 2026.

Les propriétaires de navires envisagent également la valeur de revente des navires prêts à utiliser des carburants de remplacement. Un navire prêt à utiliser du méthanol ou du GNL peut avoir une prime sur le marché d'occasion par rapport à un navire conventionnel, car les acheteurs futurs prévoient des coûts de conformité moins élevés.

Comparaison des coûts des principaux combustibles marins (2024 estimations)

  • Fuel lourd: 500 $ – 600 $ par tonne métrique (mt)
  • VLSFO: 650 $ – 750 $/tm
  • LNG (équivalent-bunker): 550 $ – 700 $/mt (base d'équivalent-énergie)
  • Méthanol (conventionnel): 800 $ – 1 000 $/tm
  • Méthanol vert: 1 500 $ – 2 500 $/tm
  • Biodiesel (HVO):[ 1 200 $ – 2 000 $/tm
  • Ammoniaque verte: 1 000 $ – 1 800 $/tm
  • Hydrogène vert: 4 000 $ – 7 000 $/tm

Contexte réglementaire et tendances futures

L'OMI continue de renforcer les règlements sur les émissions.À partir de 2023, l'Indice d'intensité du carbone (CII) de l'efficacité énergétique (EEXI) et de l'indicateur d'intensité du carbone (CII) exigent que tous les navires existants respectent les normes minimales d'efficacité énergétique.

En ce qui concerne les années 2030, l'OMI devrait introduire une taxe sur le carbone ou une norme sur le carburant[ qui mettrait un prix universel sur les émissions maritimes. Les propositions de l'ICS et du Conseil mondial des transports maritimes appellent à une taxe sur le CO2 de 100 à 200 $ par tonne.

Une autre tendance est la montée de la propulsion électrique et hybride [ pour les bateaux de courte et de navigation intérieure. Bien que les moteurs diesel marins de longue distance ne soient pas remplacés, les systèmes hybrides de batteries combinés à d'autres générateurs de carburant peuvent réduire les émissions de 20 à 30 % sur les routes côtières.Le succès du ferry Ampere[ en Norvège – le premier ferry électrique au monde – a suscité un intérêt pour les traversiers de batterie dans d'autres régions.

Conclusion

Bien qu'aucun carburant ne propose une solution parfaite, la diversité des options permet aux armateurs de choisir en fonction de l'exposition à la route, au fret et à la réglementation. Le GNL permet une réduction immédiate des polluants atmosphériques et des réductions modérées de CO2. Les biocarburants offrent une compatibilité avec les moteurs existants. Le Méthanol et l'ammoniac promettent des voies sans carbone mais nécessitent davantage d'infrastructures et de techniques de sécurité.

Ce qui est clair, c'est que l'industrie maritime avance plus vite que prévu. Les constructeurs de moteurs ont prouvé que les moteurs diesel peuvent fonctionner avec de multiples carburants. Les ports s'adaptent à la gestion de nouveaux combustibles de soute. Les affréteurs et les consommateurs exigent des chaînes d'approvisionnement vertes. Le coût de l'inaction – non-conformité réglementaire, actifs échoués et dommages de réputation – augmente fortement. Les navires commandés aujourd'hui fonctionneront pour les 20 à 30 prochaines années, de sorte que les décisions concernant la flexibilité des carburants vont façonner l'empreinte environnementale des transports maritimes pour les décennies à venir.

Les armateurs, les fabricants de moteurs et les décideurs doivent collaborer pour combler les lacunes en matière d'infrastructure et surmonter les obstacles aux coûts, et déterminer si l'industrie peut atteindre ses ambitieux objectifs de décarbonisation tout en maintenant l'efficacité commerciale mondiale qui sous-tend les économies modernes.

Pour plus de détails, explorer les ressources de Organisation maritime internationale, du Forum maritime mondial et des Principes de POSEIdon[. Les développements techniques peuvent être suivis par des publications de MAN Energy Solutions[ et Wärtsilä]