Quelle énergie utiliserons-nous en 2025 ?

La ville d’Amsterdam a annoncé l’interdiction des véhicules à essence pour 2025. Sur la Côte d’Azur, c’est la suppression des fumées polluantes dans les ports qui est visée pour 2030. Ce ne sont que deux exemples parmi tant d’autres, mais ils illustrent le réveil des consciences qui s’empare de nos systèmes décisionnaires. Les grands acteurs de l’industrie investissent massivement sur la production d’hydrogène afin de viabiliser la mobilité électrique et de répondre à ces objectifs ambitieux. Pour réussir cette transition énergétique, le solaire et l’éolien, ne représentant respectivement que 2 et 4 % de la production d’énergie, attendent d’être déployés à grande échelle. Mais, si c’est le cas, pour optimiser leur production fluctuante, les surplus qui ne seraient pas consommés directement pourraient servir à produire de l’hydrogène, par électrolyse, afin de stocker cette énergie propre. Si 95 % de l’hydrogène proviennent d’énergie fossile, l’électrolyse de l’eau ne représente pour l’instant que 4 % de l’hydrogène produite, et moins de 1 % l’est à partir de l’électricité verte (solaire, éolienne, hydrolienne) ne rejetant aucun CO₂. On obtient un cycle vertueux n’utilisant le pétrole que dans les matériaux composant les appareillages.

Une installation du type, moulin à électrolyse, utilisant le flux du fleuve, est en expérimentation sur la Seine. Le chemin vers une énergie non dommageable est encore très long, mais c'est bien en suivant l’adage "la meilleure façon d’anticiper le futur, c’est de le créer" que l'on y arrivera. Victorien Erussard, à bord d’Energy Observer, catamaran de 30 mètres (l’ancien Tag Heuer puis Enza), s’inspire de ce principe avec l’aide du CEA (Commissariat à l’énergie atomique). Un électrolyseur installé à bord fonctionne avec l’énergie fournie par les 130 m² de panneaux solaires, deux éoliennes, et les arbres d’hélices en mode hydrogénération quand il navigue tracté par un kite ou une aile. Cet hydrogène ainsi fabriqué est stocké sous haute pression dans des réservoirs spécifiques. Puis, le besoin échéant, les 2 MWh à 350 bars qu’ils contiennent sont retransformés en électricité par une pile à combustible avant d’être réintégrés dans le circuit des batteries afin de servir pour la propulsion et la vie à bord. Le tout, sans bruit. Certes, le rendement est encore très faible, car il faut beaucoup d’électricité pour l’électrolyse (environ 5 kW d’électricité pour obtenir 3 kW), et après une année de navigation autour de la France, sans moyen de traction vélique, une autonomie à la vitesse de 5 nœuds est atteinte, mais sur quelques jours seulement. L’objectif aux termes des six ans de voyage sera de parvenir à une autonomie totale à une vitesse de 8 à 10 nœuds. Le défi est de taille, mais Victorien le dit lui-même : "Dans six ans, le bateau ne ressemblera pas à ce qu’il est aujourd’hui, les technologies seront actualisées à bord au fur et à mesure de leur mise au point." Selon lui, une décennie semble être la période minimum pour l’obtention d'un rapport coût/rendement réaliste d’un tel système pour une utilisation grand public. De par leurs volumes, nous serons tributaires des marchés de la mobilité terrestre, qui eux seuls pourront faire baisser les coûts. Mais cela est plutôt bien parti, puisque le prix des batteries au lithium a été divisé par deux ces trois dernières années. Avec plus de 80 000 véhicules prévus, et 250 stations d’ici 2020, les piles à hydrogène devraient suivre le même chemin. L’initiative d’Energy Observer participe, pour le côté maritime, à notre future indépendance sono-fossilifère.

Une question comportementale

Alors, en quoi cela concerne nos bateaux ? N’est-ce pas un peu trop loin de nous ? Il est vrai que la consommation électrique pour notre vie à bord a eu tendance à décupler ces dernières années (voir tableau des consommations). Le besoin journalier d’un catamaran de 45’ avoisine les 400 Ah en 12 volts, soit 4,8 kW. Dans notre logique actuelle, même si nous utilisons des ampoules à led ou si nous éteignons nos tablettes, nos économies domestiques, bien qu’indispensables, ne seront pas suffisantes.

D’autre part, l’hydrogénération n’a pas encore fait toutes ses preuves. Quant à la motorisation électrique, elle est en plein développement, mais sa consommation reste très importante (entre 5 et 12 kW à 5-6 nds, voir tableau) et son manque de diffusion fait appréhender le service après-vente dans les régions éloignées. Toutes ces bonnes raisons pourraient nous faire reculer au pied du mur… avant que nous apercevions que le chemin du retour s’est effacé derrière nous. Pourquoi ne pas avancer vers la puissance silencieuse ? Car beaucoup de progrès n’attendent que notre volonté et notre ingéniosité pour se développer. Les toutes nouvelles évolutions éclaircissent notre horizon (voir Multicoque mag n^o 185 sur l’énergie douce). Eoliennes plus performantes, hydrogénérateurs fonctionnant dès les basses vitesses, nouveaux panneaux solaires semi-flexibles plus commodes à étaler sur les roofs et produisant avec la seule luminosité, piles à combustible fonctionnant au méthanol et rejetant de l’eau, et récemment le tissu photovoltaïque capable de se déployer sur les voiles et les tauds, forment un mix énergétique respectueux de l’environnement. Dorénavant, cet arsenal de fournisseurs, utilisés conjointement, peut représenter un approvisionnement supérieur à notre consommation domestique.

Assez pour ne pas allumer le groupe électrogène, voire pour autoriser une propulsion électrique sur quelques heures, bien au-delà de la sortie du port et du chenal qu’elle autorise actuellement. Car le stockage et sa gestion ont eux aussi évolué, non seulement les batteries au lithium sont deux fois moins chères, mais leur poids ne cesse de diminuer, et l’on peut avoir maintenant 5 kWh dans une petite cinquantaine de kilos. Les systèmes de monitoring modernes gèrent la puissance disponible en continu, et tirent le signal d’alarme ou allument le groupe automatiquement. Avec 300 kilos de batteries, ce qui n’est pas exorbitant dans un catamaran de 45’ on possède de quoi naviguer entre 5 et 10 heures selon le modèle et les conditions. Dès lors, la propulsion hybride devient envisageable, d’autant plus que les caractéristiques intrinsèques aux catamarans pour y parvenir sont assez avantageuses. La surface disponible pour le photovoltaïque est très grande, et la présence de deux coques peut s’avérer un atout décisif. 

Réapprendre à concevoir et à naviguer

Il est évident que l’énergie contenue dans le litre de pétrole (1 l d’essence équivaut à 9 kWh, c’est-à-dire à l'équivalent de 3000 l d’hydrogène à pression atmosphérique) nous a, au cours de ce dernier siècle, quelque peu soustrait à certaines réalités dynamiques. Force est de constater que la propulsion électrique est beaucoup plus sensible au poids et à la résistance à l’avancement, qu’elle soit structurelle ou conjoncturelle. Pour la même taille de 45’, la différence de consommation entre un catamaran léger de 8 tonnes au faible sillage et un autre de 15 tonnes super habitable sera du simple au triple. De même, on voit sur les courbes de consommation qu’un nœud de plus se traduit par le doublement de la consommation, et l’augmentation est exponentielle dès que l’on dépasse 70 % de la vitesse de carène. C’est-à-dire que, pour la plupart des bateaux de série, la vitesse qui permet une autonomie raisonnable est de cinq nœuds. Pour Marc Van Peteghem (VPLP), le challenge sur la conception architecturale sera passionnant : "Les foils qui rajoutent de la traînée à faible vitesse n’auront pas d’incidence tant que l’on n’atteint pas le déjaugeage réservé à des unités légères, mais le dessin des coques, lui, oui." Puis une vraie réflexion sur les matériaux et les techniques permettant de gagner du poids sera incontournable. Les progrès sur la transmission de la puissance dans l’eau avec des hélices à pas variable et des boîtes de vitesse deviendront primordiaux. Mais en attendant, si l’on veut gagner le sacro-saint nœud, mieux vaut préparer sa navigation en prenant en compte les paramètres du courant, des marées et vents que l’on va rencontrer sur le parcours. Car les conditions de mer et l’angle du vent apparent peuvent largement changer la donne. Ainsi, lors d’une remontée vent et mer de face, la dépense augmente pour garder la même vitesse. A l’inverse, à partir du travers, on peut prendre 1 nœud de plus avec le même régime, et même consommer moins grâce à l’aire engendrée. Un nouveau raisonnement mathématique, en quelque sorte. Concrètement, si l’on se projette dans la vie normale du plaisancier lambda sur 24 heures, deux situations sont à prendre en considération en dehors du port, où la prise de quai se chargera de renflouer le parc.

Au mouillage, tout d’abord, en disposant quotidiennement (huit heures de soleil et 5 nds de vent), d’environ 16 kW (voir tableau production). Même si le ciel est voilé et qu'il y a pétole, les 4,8 kWh de servitude (6 kWh x 80 % de décharge, voir tableau conso) seront de toute façon rechargés. Mais, si le vent et surtout le soleil sont de la partie, vous êtes dispensé d’allumer votre groupe, car les 10 kWh restants vous permettront aisément de quitter votre mouillage, de sortir de la baie et de hisser les voiles. Une fois en navigation, vous allez disposer du tissu solaire sur une face des voiles qui remplace celui des tauds, mais surtout de l’hydrogénération des moteurs. Avec les dernières générations d’embase-hélice à pas variable, vous emmagasinez 1 kWh à 6 nœuds, 1,5 kWh à 8 nœuds et 3 kWh à 10 nœuds. Fois deux, cela peut rapidement recharger 100 % de votre parc. S’il n’y a pas de vent du tout, vous pouvez naviguer sur votre parc batteries de 30 kWh pendant quelques heures (voir tableau production) et finalement trouver du vent, ou allumer le groupe. En cas de vent léger, une solution consiste à se servir d’un seul moteur comme soutien pour créer du vent apparent. La propulsion vélique ainsi obtenue va soulager la consommation (0,50 kW), mais vous pouvez aussi vous servir de l’autre moteur comme hydro-générateur. La traînée induite ne fait perdre que 0,3 nœud, et si vous atteignez 5 nœuds, cela fournira 500 watts par heure. Cela semble peu, mais vous faites route sans toucher à votre parc batteries. En fin de journée, vous rentrez au moteur dans une autre baie ou dans un chenal, puis faites vos manœuvres, en sachant que votre dispositif solaire a continué de fonctionner entre-temps, ce qui vous assure l’usage du bord pour l’escale nocturne et le redémarrage du lendemain. Ainsi, la boucle est bouclée sans avoir agressé vos tympans.

Pour la navigation côtière et semi-hauturière

Bien sûr, en cas d’absence totale d’Eole et d’une nébulosité proche de 8/8, ou si l’on veut naviguer à 7 nœuds de moyenne, il n’y aura pas d’autre alternative que de démarrer le groupe. Si on n’a pas anticipé les situations météo, pour étaler un fort coup de vent ou lutter contre une marée de 110, la dépense sera très importante, imposant la recharge permanente par le groupe électrogène. Un 20 kWh sera d’ailleurs le minimum recommandé, car, dans ces conditions, les moteurs les utiliseront dans le même laps de temps qu’ils seront produits.

Il est évident que la propulsion électrique n’est pas encore adaptée aux navigations intensives et extrêmes, mais la possibilité de passer de belles vacances estivales en côtier, voire en semi-hauturier, tout en ayant la conscience soulagée de ne pas laisser trop d’émissions polluantes dans son sillage, devient accessible pour celui qui consentira à faire l’investissement. Il n’est pas encore possible de se passer d’un groupe électrogène pour fournir la puissance et l’autonomie, mais, la technologie évoluant, il sera possible de l’allumer de moins en moins souvent, voire peut-être à terme de le remplacer par une pile à l’hydrogène et/ou de profiter des progrès réalisés par les fournisseurs de watts renouvelables. Ou, qui sait, par de nouveaux procédés encore inexistants, ou pas encore opérationnels aujourd'hui…

Et finalement, pourquoi attendre 2025 et ne pas commencer à (re)naviguer comme lorsque vous avez commencé la voile… en silence !

Tableau consommation du bord sur 24 heures (mixte : navigation mouillage sur Cata 45’)

Le calcul de la consommation électrique s’obtient en multipliant la puissance de chaque appareil par la durée d’utilisation en heures. Si vous avez une indication en Ah sur l’appareil, multipliez-la par le voltage pour obtenir la puissance en watts. Exemple, une ampoule de 3 Ah x 12 volts = 36 watts

*Le taux de décharge batterie étant de 80 %, il faut avoir 6 kWh en stock pour cette consommation

Tableau de la production du bord sur 24 heures (mixte : navigation mouillage sur Cata 45’)

Tableau consommation moteur Cata de 45’ 12 tonnes avec moteur 2 x 15 kW (= 2 x 20 CV)

Les mesures sont exprimées par vent de face et mer plate. Le passage des vagues peut nécessiter 10 à 20 % de puissance supplémentaire. De même, au vent portant, la consommation baissera de 20 %. Avec du vent, il est préférable de naviguer à la voile. Le très fort vent de face est à éviter, ou alors sur de très courtes périodes. L’anticipation est primordiale, car, dans les pires conditions (vent et courant forts de face), même le groupe de 20 kW ne compensera une dépense de 40 kW que pendant une demi-heure, et le parc sera vite épuisé.