L'impératif croissant pour la décarbonisation dans le transport maritime mondial

Le secteur maritime international, qui est responsable de près de 90 % du commerce mondial, est confronté à un mandat de plus en plus urgent de décarbonisation. Comptant environ 2,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES), l'industrie est sous le contrôle des autorités de régulation, des investisseurs et du public. L'Organisation maritime internationale (OMI) a révisé sa stratégie sur les GES de 2023 en fixant des objectifs ambitieux, visant à réduire de zéro émission nette de GES d'ici 2050 ou vers 2050, avec des points de contrôle importants, dont une réduction de 30 % des émissions totales de GES d'ici 2030 et de 80 % d'ici 2040, par rapport aux niveaux de 2008.

Les armateurs et les propriétaires de cargaisons accordent de plus en plus de priorité aux navires ayant des profils environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG). Les grandes sociétés comme Amazon, Ikea et Michelin se sont engagées à transporter des marchandises exclusivement sur des navires à émissions nulles d'ici 2040 par le biais d'initiatives comme les Cargo Owners for Zero Emission Vessels. Dans ce contexte, la propulsion électrique n'est pas apparue comme une possibilité lointaine, mais comme une technologie commercialement viable et opérationnellement éprouvée qui peut permettre de réduire immédiatement et significativement l'empreinte carbone maritime.

Comprendre les architectures de propulsion électrique de base

La propulsion électrique dans les contextes maritimes se réfère en gros à l'utilisation de moteurs électriques pour la propulsion des hélices, alimentés par l'énergie stockée dans les batteries, générées par les piles à combustible ou alimentées par une combinaison de moteurs à combustion interne et de stockage électrique. Ce passage fondamental des moteurs diesel classiques couplés mécaniquement aux systèmes électriques permet de réaliser des gains d'efficacité et d'environnement considérables.

Propulsion électrique-batterie : le cheval de travail à émission zéro

Les systèmes de propulsion électrique à batterie sont la voie la plus directe pour éliminer les émissions locales et opérationnelles.Ces systèmes reposent sur des banques de batteries à grande échelle, généralement des chimisteries au lithium-ion comme NMC (Nickel Manganese Cobalt) ou LFP (Lithium Iron Phosphate) pour stocker l'énergie électrique. Cette énergie est ensuite convertie par un système de gestion de l'énergie (PMS) pour conduire des moteurs électriques à vitesse variable, qui tournent directement l'hélice.

Le premier navire de transport de conteneurs entièrement électrique, le *Yara Birkeland*, illustre cette application, fonctionnant de façon autonome sur une route de 13 milles nautiques en Norvège, remplaçant 40 000 trajets par camion par année. De même, le navire *Ellen* au Danemark, un navire de 147 mètres, a démontré une gamme record pour un navire électrique à batterie, couvrant plus de 50 milles marins sur une seule charge. Ces terrains d'essai du monde réel ont validé la fiabilité de la technologie, montrant que pour une partie importante des routes à courte distance, la propulsion électrique à batterie n'est pas seulement supérieure sur le plan environnemental, mais peut également obtenir un coût total de propriété (TCO) favorable sur le cycle de vie du navire, principalement en raison de la baisse des coûts énergétiques et de la réduction de l'entretien.

Propulsion hybride : combler le fossé avec la flexibilité opérationnelle

Pour les navires ayant des exigences opérationnelles plus diverses, comme les grands bacs RoPax, les navires d'alimentation en plate-forme (PSV) et les navires de construction en mer, la propulsion hybride offre une étape intermédiaire pragmatique et puissante. Les architectures hybrides combinent les moteurs à combustion interne conventionnels (ICE) avec les moteurs électriques et le stockage de batteries, optimisant l'efficacité énergétique pour différents modes de fonctionnement. Il existe deux configurations primaires : sériale hybride, où le moteur ne charge que les batteries et toute la propulsion est électrique; et stérile hybride, où le moteur et le moteur électrique peuvent conduire l'hélice, indépendamment ou ensemble.

La véritable valeur d'un système hybride réside dans sa capacité à optimiser la charge du moteur. Les principaux moteurs fonctionnent souvent de manière inefficace à de faibles charges pendant les manœuvres, les arrêts portuaires ou le positionnement dynamique. Dans un montage hybride, les batteries absorbent ces charges à faible efficacité, permettant au moteur de fonctionner à sa bande de puissance optimale et la plus économe en carburant. Les batteries fournissent instantanément une puissance élevée pour l'accélération ou les opérations lourdes sans exiger une poussée du moteur. De plus, les systèmes hybrides permettent mode zéro émission dans les ports et les zones de contrôle des émissions (EAC), un avantage de conformité important.

Technologie des piles à combustible : la prochaine étape pour la puissance d'émission zéro en mer profonde

Alors que les batteries sont idéales pour les petites distances, le secteur du transport maritime en mer a besoin de solutions énergétiques capables de faire circuler les véhicules transocéaniques. Les piles à combustible, qui transforment directement l'énergie chimique d'un combustible en électricité par réaction électrochimique, sont la technologie la plus prometteuse pour combler cette lacune. Contrairement aux moteurs à combustion, les piles à combustible produisent de l'électricité sans brûler le combustible, ce qui entraîne une efficacité extrêmement élevée et pratiquement aucune émission de NOx ou de SOx.

Deux types principaux de piles à combustible sont en cours de développement pour le secteur maritime : Proton Exchange Membrane (PEM) , qui offre une forte densité de puissance et des temps de réponse rapides, et Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)[, qui sont plus efficaces (jusqu'à 60%) et peuvent fonctionner sur divers combustibles comme l'hydrogène, l'ammoniac ou le méthanol. L'industrie maritime pilote activement ces systèmes. Par exemple, le projet Viking Liberty vise à moderniser un grand navire de croisière avec des piles à hydrogène, tandis que d'autres explorent l'ammoniac comme un transporteur d'hydrogène.

Quantification de la réduction de l'impact environnemental

L'argument environnemental pour la propulsion électrique est convaincant dans de multiples dimensions. Les avantages vont bien au-delà de la réduction du CO2 pour englober la qualité de l'air local, la santé des écosystèmes et l'utilisation efficace des ressources.

Élimination des polluants atmosphériques locaux nocifs

Les villes portuaires du monde entier souffrent d'une mauvaise qualité de l'air, dont une part importante est attribuée aux navires à moteur diesel. Les moteurs marins traditionnels brûlent du mazout lourd (HFO) ou du gazole marin (GPM), libèrent des oxydes de soufre (SOx), des oxydes d'azote (NOx) et des particules fines (PM) directement liées aux maladies respiratoires, aux problèmes cardiovasculaires et aux décès prématurés. La propulsion électrique, en particulier l'exploitation électrique par batterie, élimine complètement ces polluants au point d'émission. Pour les navires hybrides, l'utilisation de l'énergie électrique au poste d'amarrage et au départ du port élimine la « quantité » des cheminées à fumée.

Progrès vers les émissions nettes de gaz à effet de serre

Une analyse de réservoir à réveil montre que les systèmes électriques de batteries produisent zéro CO2 opérationnel. Bien que l'impact complet bien à réveil dépend de l'intensité en carbone de l'électricité du réseau utilisée pour la recharge, la tendance est claire : à mesure que les réseaux nationaux se décarbonent en intégrant davantage d'énergie solaire, éolienne et hydroélectrique, l'empreinte carbone du cycle de vie d'un navire électrique approche de zéro. Un navire hybride, tout en utilisant des combustibles fossiles, peut réduire son empreinte GES de 15 à 30% par optimisation seule. À mesure que les piles à combustible deviennent viables avec de l'hydrogène vert, de l'ammoniac ou du méthanol, la voie menant à des opérations nettes à zéro pour l'ensemble de la flotte devient techniquement réalisable.

Réduction de la pollution par le bruit sous l'eau

Le bruit sous-marin et la cavitation constante des moteurs et des hélices des navires conventionnels créent un smog acoustique chronique qui perturbe la vie marine, y compris les baleines, les dauphins et les poissons, interférant avec leurs modes de communication, de navigation et d'alimentation.Les moteurs électriques sont fondamentalement plus silencieux que les moteurs à combustion interne.Les navires propulsés par l'électricité, en particulier ceux utilisant des propulseurs azimuts ou des moteurs à pod, produisent des niveaux d'URN nettement plus bas. Cette capacité de «propulsion silencieuse» est très appréciée pour les navires de recherche et les applications navales, mais son adoption plus large offre un avantage tangible pour la santé de l'océan. L'OMI a élaboré des lignes directrices volontaires pour réduire l'URN, et certains organismes de réglementation devraient introduire des limites obligatoires.

Relever les défis critiques de l'adoption

Malgré les avantages environnementaux et opérationnels considérables, l'adoption généralisée de la propulsion électrique est confrontée à plusieurs obstacles importants, qui sont principalement d'ordre économique, infrastructurel et technique, mais qui sont activement pris en compte par l'innovation et l'investissement.

Infrastructure de stockage et de recharge d'énergie

La technologie actuelle de la batterie au lithium-ion a une densité énergétique d'environ 40 à 50 fois inférieure à celle du carburant diesel.Cela signifie que pour atteindre la même gamme, il faut des batteries énormes, lourdes et coûteuses, qui consomment de l'espace de chargement précieux.Pour les navires de haute mer couvrant des milliers de milles, la propulsion électrique à grande vitesse reste peu pratique avec la technologie actuelle. C'est pourquoi l'accent initial est mis sur le transport maritime et les traversiers.

Dépenses en capital et coût total de propriété

Les batteries seules peuvent coûter des centaines de milliers, voire des millions de dollars, selon les besoins en énergie du navire.Les systèmes de piles à combustible sont encore plus chers dans leur forme actuelle de démarrage.Cependant, se focaliser uniquement sur CAPEX ne tient pas compte du coût total de propriété favorable (TCO).Les systèmes de propulsion électrique ont des dépenses opérationnelles (OPEX) beaucoup plus faibles.Les moteurs électriques sont beaucoup plus simples et plus fiables que les gros moteurs diesel, ce qui entraîne des coûts d'entretien réduits.Les coûts énergétiques de l'électricité sont généralement plus faibles et plus stables que les coûts du carburant distillé.En outre, l'accès aux subventions et aux subventions gouvernementales, comme celles du Fonds européen d'innovation ou des programmes nationaux, peut compenser efficacement la prime CAPEX.

Sécurité, certification et formation des équipages

L'introduction de systèmes haute tension (HV), de grandes batteries et de nouveaux types de carburant comme l'hydrogène ou l'ammoniac présente un nouvel ensemble de risques pour la sécurité et l'exploitation. L'industrie maritime fonctionne selon des normes de sécurité rigoureuses établies par les sociétés de classe (p. ex., DNV, ABS, Lloyd's). L'élaboration et la certification de nouvelles règles pour les systèmes électriques et les systèmes à piles à combustible sont un processus continu.Les principales préoccupations comprennent la sécurité des batteries, en particulier les fuites thermiques (surchauffe pouvant mener au feu) et la manutention de combustibles volatils.

Perspectives stratégiques et recommandations pour les exploitants de parcs de véhicules

La transition vers la propulsion électrique n'est pas une question de «si», mais de «quand» et de «comment». Pour les propriétaires de flottes, une approche proactive et stratégiquement progressive est essentielle pour gérer le risque et tirer parti des possibilités.

Pionnier à courte distance et à haute intensité

Les applications les plus immédiates et les plus performantes pour la propulsion électrique sont les routes à courte distance à haute fréquence. Les exploitants de véhicules devraient procéder à une analyse approfondie des profils opérationnels de leur flotte afin d'identifier les navires où la propulsion électrique à batterie ou hybride offre le meilleur rendement.

Faire place à une stratégie hybride-première pour la flexibilité

Un système de propulsion hybride représente la stratégie la plus robuste et la plus polyvalente disponible aujourd'hui. En rénovant ou en construisant de nouveaux navires avec une architecture hybride, les exploitants gagnent immédiatement des économies de carburant et des réductions d'émissions. Fait important, un système hybride sert de plateforme de «gestion de l'énergie» qui peut intégrer de futures piles à combustible ou de plus grandes banques de batteries à mesure que la technologie se développe et que l'infrastructure de ravitaillement se développe. Un navire construit aujourd'hui avec une motorisation hybride ne sera pas un atout échoué demain; il s'agit d'une plateforme adaptable pour la transition énergétique.

Établir des partenariats stratégiques et l'intégration des écosystèmes

Aucun exploitant de flotte ne peut se décarboner isolément. Le succès de la propulsion électrique dépend de la collaboration entre l'ensemble de l'écosystème maritime. Les exploitants devraient s'associer activement avec les ports pour assurer l'accès à l'électricité à terre verte et à l'infrastructure de recharge.Ils devraient s'engager avec les fournisseurs d'énergie pour obtenir des tarifs concurrentiels pour l'électricité renouvelable et les carburants verts futurs.

La propulsion électrique n'est pas une panacée, mais c'est un outil indispensable, éprouvé et en évolution rapide. Le voyage vers un avenir maritime à émission zéro est long, mais les premiers pas sont faits aujourd'hui avec des moteurs électriques silencieux, efficaces et puissants qui conduisent le monde les plus avant-gardistes des navires.