Présentation

Les navires de croisière sont parmi les plus grandes structures mobiles de la planète, et leur empreinte environnementale est une préoccupation croissante pour les régulateurs, les autorités portuaires, et les passagers. Le carburant qu'un navire brûle détermine directement le type et la quantité de polluants qu'il rejette dans l'air et l'eau. Mais le choix du carburant ne s'arrête pas aux émissions – il détermine également la vitesse à laquelle un navire peut voyager, la distance à parcourir et l'efficacité avec laquelle il fonctionne.

Types de carburant utilisés par les navires de croisière

Pendant des décennies, la propulsion marine a été alimentée par du mazout lourd (HFO), un combustible résiduel visqueux laissé après le raffinage du pétrole brut. Le HFO est bon marché et énergétiquement dense, mais il contient de fortes concentrations de soufre, de cendres et d'autres impuretés.

À mesure que les règlements se resserrent et que la pression du public s'élève, l'industrie passe à des solutions de rechange plus propres :

  • Fuel lourd (HFO):[ Toujours utilisé sur de nombreux navires plus anciens, surtout ceux qui ne sont pas équipés de systèmes de nettoyage des gaz d'échappement (scrubbers).
  • Fuels marins (MGO) /Fuels marins (MDO): Distillat des combustibles avec une teneur en soufre beaucoup plus faible. Brûlure plus propre mais plus chère. Souvent utilisé dans les zones de contrôle des émissions (AEC) comme un remplacement de goutte-à-goutte pour le HFO.
  • Gaz naturel liquéfié (GNL):[ Une option en croissance rapide, GNL élimine presque entièrement SOx et réduit jusqu'à 85 % les oxydes d'azote (NOx) et environ 20 % le CO2. Nécessite des moteurs spécialement conçus et des réservoirs cryogéniques, augmentant les coûts d'investissement initiaux.
  • Méthanol, biocarburants et hydrogène: Nouveauté comme candidats à long terme à zéro ou à faible teneur en carbone. Le méthanol peut être produit à partir de sources renouvelables, les biocarburants fonctionnent dans les moteurs existants avec des modifications mineures, et l'hydrogène (comprimé ou liquide) offre zéro gaz d'échappement CO2. Cependant, l'évolutivité, l'infrastructure de soutenage et les coûts demeurent des obstacles importants.

Performance environnementale

L'impact environnemental d'un navire de croisière est dominé par le combustible qu'il brûle. Chaque tonne de combustible brûlé libère un mélange de gaz et de particules dans l'atmosphère et, par le biais du déversement de gaz d'échappement, dans l'océan.

Oxydes de soufre (SOx)

Le soufre, lorsqu'il est brûlé, se combine avec l'oxygène pour former du SOx, qui contribue aux pluies acides, aux maladies respiratoires et aux dommages causés par l'écosystème.Depuis janvier 2020, l'Organisation maritime internationale (OMI) a plafonné la teneur mondiale en soufre à 0,5 % (en baisse par rapport à 3,5 %), avec des limites encore plus strictes de 0,1 % dans les zones désignées de contrôle des émissions (ZCE) comme la mer Baltique, la mer du Nord et la côte nord-américaine.

Oxydes d'azote (NOx)

Les moteurs de navires de croisière sont soumis aux normes de niveau II et III de l'OMI. Le niveau III, applicable uniquement aux ECA nord-américaines et américaines, exige une réduction de 80 % des NOx par rapport au niveau I. Pour atteindre le niveau III, les systèmes de recyclage des gaz d'échappement (EGR) ou de réduction catalytique sélective (SCR) sont généralement nécessaires. Les moteurs GNL fonctionnant sur le cycle Otto produisent naturellement moins de NOx en raison d'une combustion plus froide et plus maigre, souvent en respectant le niveau III sans traitement aval.

Dioxyde de carbone (CO2) et impact sur le climat

Le CO2 est le gaz à effet de serre primaire des moteurs marins. Un grand bateau de croisière typique émet environ 250 à 300 kg de CO2 par mille marin à vitesse de croisière. Bien que le GNL réduit le CO2 d'environ 20 % par rapport au HFO de façon bien à l'éveil, le glissement du méthane (méthane non brûlé s'échappant du moteur) peut compenser certains de ces avantages. Le méthane est un gaz à effet de serre puissant, avec 28 à 36 fois le potentiel de réchauffement du CO2 sur 100 ans.

Matières particulaires (PM) et carbone noir

La combustion de HFO produit des niveaux élevés de particules, y compris le carbone noir, qui accélère la fonte de la glace lorsqu'elle est déposée sur la neige arctique. La combustion de GNL génère très peu de particules, généralement de 95 à 99 % de moins que le HFO. C'est un avantage majeur pour les navires opérant dans les régions arctiques, où l'OMI envisage d'interdire l'utilisation de HFO d'ici 2024 ou 2025. Pour un examen détaillé des options d'atténuation du carbone noir, voir les pages de l'OMI sur le carbone noir.

Impact sur la vitesse et les performances

Le type de carburant ne se contente pas de déterminer les émissions; il influence également la puissance du bateau, la consommation de carburant et la vitesse réalisable.

Conception du moteur et densité de puissance

Les moteurs à deux temps HFO et MGO peuvent être brûlés dans des moteurs diesel à deux temps à vitesse lente, extrêmement efficaces et produisant un couple élevé à faible régime de rotation. Ces moteurs sont robustes, fiables et bien compris. Cependant, ils sont aussi lourds et nécessitent de gros systèmes d'huile de lubrification. Les moteurs GNL, par contre, utilisent souvent des modèles à quatre temps à vitesse moyenne qui offrent de meilleurs rapports puissance-poids et des vibrations plus faibles.

Efficacité et gamme de carburants

Pour un navire de croisière, cela peut signifier sacrifier l'espace pour le transport de marchandises ou de passagers. Toutefois, l'efficacité thermique plus élevée des moteurs modernes à GNL, souvent supérieure à 48 %, peut compenser, ce qui entraîne une consommation globale de carburant plus faible par mille marin. Certains exploitants signalent que les navires à GNL atteignent des vitesses de service équivalentes ou légèrement plus élevées (20 à 22 nœuds) que leurs homologues à GNL tout en produisant beaucoup moins d'émissions.

Considérations opérationnelles

Bien que le bunkering soit maintenant disponible dans les grands centres de croisière en Europe (Rotterdam, Barcelone, Marseille) et en Amérique du Nord (Miami, Vancouver), de nombreux petits ports manquent encore d'installations. Les navires doivent planifier des itinéraires pour s'assurer qu'ils peuvent ravitailler en GNL ou transporter un approvisionnement en MGO. Cette complexité logistique peut limiter la flexibilité de la vitesse opérationnelle – un capitaine peut devoir réduire la vitesse pour étirer les réserves de GNL ou passer au diesel pour maintenir le calendrier, modifier le profil des émissions.

Échanges entre vitesse et durabilité

Pour un type de carburant donné, l'accélération de 18 noeuds à 22 noeuds peut augmenter la combustion de carburant de 40% ou plus, augmentant considérablement les émissions par kilomètre. Les opérateurs doivent équilibrer l'expérience des clients (horaire de maintenance) avec les KPI environnementaux.

  • Slow Steaming:[ Réduire la vitesse de 2–3 noeuds peut réduire la consommation de carburant de 30 %, réduisant les coûts et les émissions. Il s'agit d'une stratégie commune sur les passages transocéaniques où les fenêtres d'arrivée sont larges.
  • LNG et Vitesse: Comme la combustion du GNL est intrinsèquement propre, un navire qui circule sur le GNL peut maintenir des vitesses plus élevées avec une pénalité d'émission absolue inférieure à un HFO en combustion. Cependant, le coût en capital plus élevé des moteurs GNL signifie que les exploitants sont incités à maximiser l'efficacité énergétique pour récupérer les investissements, ce qui les amène souvent à fonctionner à des vitesses modérées autour de 18 à 20 nœuds.
  • Fuels et vitesse futurs: Le méthanol et l'hydrogène ont des densités d'énergie volumétrique plus faibles que le HFO et le GNL, ce qui pourrait encourager des vitesses plus lentes ou exiger des arrêts de ravitaillement plus fréquents.

Pour une plongée plus profonde dans le compromis vitesse-émission, la Clean Shipping Coalition offre des outils de comparaison et des études de cas.

Le paysage réglementaire et son influence

La stratégie initiale de l'OMI en matière de GES vise une réduction de 40 % de l'intensité du carbone d'ici 2030 (par rapport à 2008) et une réduction de 50 % des émissions totales de GES d'ici 2050.

  • Capitule mondiale de soufre (2020): 0,5% limite de soufre a forcé de nombreux opérateurs à passer à des combustibles à faible teneur en soufre ou à installer des épurateurs.
  • Indice de conception de l'efficacité énergétique (IDEE) et indicateur d'intensité du carbone (CII) :[ Ces normes imposent des normes d'efficacité contraignantes pour les nouveaux navires et des cotes annuelles pour les navires existants. Les navires dont les cotes CII sont médiocres (D ou E pendant trois années consécutives) devront soumettre des plans de mesures correctives.
  • Système d'échange de quotas d'émission de l'UE (ETS):[ À partir de 2024, le transport maritime (y compris les croisières) sera inclus dans le marché du carbone de l'UE. Chaque tonne de CO2 émise nécessite une allocation, coûtant entre 80 et 100 euros par tonne.
  • FuelEU Maritime: À partir de 2025, ce règlement de l'UE prévoit une réduction de l'intensité des gaz à effet de serre utilisés par les navires qui font escale dans les ports de l'UE, soit 2 % en 2025, 6 % en 2030 et 80 % en 2050.

Ces règles qui se chevauchent signifient que les lignes de croisière doivent penser non seulement aux émissions aujourd'hui, mais aussi au coût futur du carbone du carburant dans lequel elles investissent. Les navires commandés aujourd'hui seront probablement toujours en service en 2045-2050, de sorte que le choix du système de carburant (prêt à GNL, bicarburant ou capable de fonctionner sur du méthanol) est une décision stratégique.

Tendances futures et perspectives d'avenir

L'industrie des croisières explore un portefeuille de carburants de prochaine génération et de systèmes hybrides :

  • Bio-LNG et GNL synthétique:[ Produit à partir de déchets organiques ou de CO2 capté et d'hydrogène renouvelable, ces combustibles d'entrée peuvent réduire les émissions de 80 à 90 % ou plus. Plusieurs lignes de croisière ont signé des protocoles d'entente avec les fournisseurs pour assurer des volumes bio-LNG d'ici 2025.
  • Méthanol: Déjà utilisé sur certains navires de chargement, le méthanol peut être stocké à température et pression ambiantes, simplifie l'infrastructure de bunkering. La société danoise MAN Energy Solutions développe des moteurs à deux temps au méthanol pour les grands navires, et les constructeurs de croisière évaluent la technologie pour les nouveaux bâtiments.
  • Cellules à combustible: Les piles à combustible à oxyde solide fonctionnant au GNL ou au méthanol peuvent atteindre 60 % de rendement électrique avec des émissions de NOx, de SOx et de PM proches de zéro. Plusieurs projets pilotes sont en cours, avec un potentiel d'alimentation auxiliaire ou même de propulsion complète dans les petits navires.
  • Propulseur à vent: Les rotors Flettner, les ailes rigides ou les systèmes de cerf-volant peuvent réduire la consommation de carburant de 10 à 30 % à vitesse de croisière.Par exemple, la classe Carnival Vista utilise des systèmes de lubrification d'air, et les conceptions plus récentes intègrent les voiles comme source d'alimentation supplémentaire.
  • Systèmes hybrides de batterie:[ Des batteries de courte durée permettent aux navires de fonctionner en mode zéro émission pendant les approches portuaires, l'ancrage et pendant le stationnement.

La transition ne se fera pas du jour au lendemain. La remise en état des navires existants est coûteuse et l'infrastructure mondiale pour les carburants de substitution est encore immature. Cependant, le rythme de la pression réglementaire et de l'examen public s'accélère. Pour un aperçu des derniers projets de bunkering GNL dans le monde, consultez Ship & Bunker considérablement.

Conclusion

Le carburant lourd, bien que bon marché, n'est plus durable dans un monde exigeant un air plus propre et une réduction des émissions de carbone. Le GNL offre des réductions immédiates et substantielles de SOx, NOx et PM, avec des avantages modérés en matière de CO2, mais il est accompagné de défis d'infrastructure et de coûts.

La vitesse et les performances ne sont pas sacrifiées lors du passage à des carburants plus propres, en fait, les moteurs modernes GNL peuvent correspondre ou dépasser la puissance des diesels traditionnels. Le compromis clé réside dans l'équilibre du coût du carburant, la conformité réglementaire et les contraintes opérationnelles des nouveaux carburants. Alors que l'industrie des croisières navigue cette décennie de transition, le type de carburant choisi aujourd'hui définira non seulement la performance environnementale de sa flotte, mais aussi sa compétitivité dans un monde qui décarbone rapidement.