Une histoire toute récente

C’est un fait : les 10 000 heures de fonctionnement d’un moteur diesel (théoriquement le double pour un catamaran) sont les principales sources de pollution du cycle de vie d’un multicoque. Passer du thermique à l’électrique est donc l’action la plus vertueuse et efficace pour cocher la case green.

La technologie diesel/électrique n’est pas nouvelle – cela fait des dizaines d’années que de nombreuses locomotives et navires en sont équipés ; un sous-marin a même été propulsé de la sorte en… 1860 !

Les nouvelles batteries lithium/ ion, bien plus performantes et légères que les batteries au plomb ont permis d’offrir une réserve d’énergie tampon qui permet de couper un temps le générateur, voire de s’en passer. Mais voilà, cette énergie disponible n’équivaut pour l’heure qu’à 1 à 2 litres d’essence pour les petites batteries démontables et 10 à 40 litres de gazole pour les plus gros parcs intégrés dans les multicoques de croisière.

Le Lagoon 420, lancé en 2006, est la première tentative de commercialisation d’un voilier de grande série équipé d’une propulsion hybride.

Voilà donc une bonne vingtaine d’années que fleurissent sur de nombreux plans d’eau des embarcations propulsées par un moteur électrique. De petits hors-bords se sont également révélés parfaits pour la pêche sur les étangs. De là à équiper un multicoque océanique… On relève quelques initiatives isolées de particuliers motorisant leur unité et surtout le lancement du Lagoon 420 hybride diesel-électrique en 2006. Le constructeur en a produit une centaine d’exemplaires – au même prix que l’équivalent thermique – avant de proposer à ses clients des traditionnels blocs diesel. Sur le plan technologique, c’était trop tôt. La priorisation accordée au confort avec des coques larges, un déplacement élevé et un fardage important limitait la vitesse de croisière au moteur à 6 noeuds. En 2017, Michael Köhler est sans doute l’homme le plus au fait de la propulsion électrique : après 6 ans de tests, il lance le Solarwave 64. L’accueil de ce catamaran entièrement recouvert de panneaux solaires et démuni de gréement est mitigé. En mode hybride, il n’offre que 24 h d’autonomie à une vitesse de croisière inférieure à 8 noeuds, soit un rayon d’action inférieur à 190 milles. En mode solaire/ électrique, le Solarwave 64 est tout de même capable de naviguer non-stop à 4 noeuds – le catamaran est d’ailleurs parvenu à traverser l’Atlantique, une première. En 2017, Boyd Taylor lance sa nouvelle marque Serenity Yachts ; le Serenity 64 est conforté par le 74 et bientôt l’impressionnant 84. Michael Köhler, de son côté, lance un electriccat de 55 pieds et lance en 2019 sa nouvelle marque Silent Yachts – nous en reparlerons dans cet article. Dans le même temps, les motoristes électriques Oceanvolt et Torqeedo commencent à équiper des unités habitables telles que l’ITA 14,99 pour le premier et un Gunboat pour le deuxième. Fountaine Pajot lance de son côté un Lucia 40 hybride prototype. C’est finalement le dernier Cannes Yachting Festival qui a permis de mesurer que le processus d’électrification des cales moteur est bien en marche. Sur le catalogue du salon, pas moins de seize bateaux dans le vieux port, huit voiliers au port Canto et une bonne trentaine de stands sont estampillés green. C’est d’ailleurs à Cannes que nous avons découvert l’Excess 15 électrique. Certes, 24 unités sur les 450 présentées, c’est à peine plus de 5%, soit une bonne marge de progression possible. Mais le mouvement est bien en marche ; brûler moins de gazole voire ne plus en consommer du tout ne relève plus de l’utopie. Forts de notre quinzaine d’essais d’unités de toutes tailles aussi bien moteurs que voiliers, nous avons une certaine expérience à partager avec vous.

Le Serenity 84 sera le prochain flagship de la gamme electriccat du constructeur

Avec ou sans voiles : deux défis différents

Distinguons dès maintenant le multicoque à voile équipé de moteurs électriques et l’electriccat ; le premier peut profiter sous voile de l’hydrogénération – les hélices produisent de l’électricité, ce qui n’est pas le cas du second… En revanche, l’absence de gréement permet d’exploiter idéalement les superstructures pour installer une surface maximum de panneaux solaires. On compte ainsi 10 kWc de panneaux sur le Silent 55, contre 3 sur le Lagoon 51, certes un peu moins grand. Dans les deux cas, la plateforme multicoque est évidemment un plus comparée à celle d’un monocoque plus étroit et même « pointu » côté étrave. Le Silent 55, justement, est sans doute le premier multicoque électrique à avoir séduit son public – et enregistré de nombreuses commandes. Les 40 m² de panneaux solaires pouvent recharger entre 70 et 100 kWh sur une journée d’été. Alors que le Solarwave 64 était équipé de moteurs de 2 x 60 kW, la première version du Silent 55 affiche d’entrée 2 x 135 kW, lui octroyant un petit noeud de plus – aussi bien en full solaire qu’avec l’appoint du groupe. La toute dernière version avec 2 x 250 kW offre toujours cinq noeuds de vitesse en autonomie solaire avec un déplacement calé à 23 tonnes lège. Cette version puissante, munie d’une génératrice de 100 kW montée sur un groupe Volvo D4, permet de naviguer à 9 noeuds avec l’autonomie liée au réservoir de carburant, soit 1 600 miles dans ce cas. Toutefois, le générateur devant tourner H24 – ce qui n’est pas green du tout ! –, il est préférable de réduire la vitesse. Car, si la consommation des moteurs à 5 noeuds n’est que de 8 kWh, à 9 noeuds, elle grimpe à 100 kWh, ce qui est tout juste la puissance que peut fournir l’énorme groupe en instantané. Et si l’on pousse à 13 ou 14 noeuds, on ne pourra tenir qu’une petite vingtaine de minutes, car la consommation culmine à presque 300 kWh, trois fois plus que le potentiel de recharge. Au contraire, à la vitesse de 6 noeuds, on pourra limiter le fonctionnement du générateur à 8 heures sur 24. Le rejet de CO2 est donc encore bien là, néanmoins, la démonstration est faite qu’en adoptant un mode de navigation plus proche du voilier que de celui du bateau à moteur, on peut sérieusement limiter les émissions, voire les supprimer – mais à condition d’adopter une certaine sobriété sur l’eau. Le développement d’ailes de kite – certaines sont désormais automatisées – permet dans le cadre de longues navigations océaniques avec vent portant de gagner jusqu’à 5 noeuds.

Le Solarwave 64, lancé en 2017, s’est illustré par une traversée de l’Atlantique en mode solaire/électrique.

Force est de constater que le concept séduit : Silent Yachts a déjà vendu une vingtaine d’unités de son nouveau 60. La douce utopie écologique devient un défi industriel… Evidemment, ce succès fait des émules, et pas moins d’une dizaine de marques comme Alva Yachts et Soel Yachts sont désormais présentes sur le marché hybride dieselélectrique.

Incontournable générateur…

L’espace occupé par les moteurs électriques est minime, et laisse beaucoup de place pour organiser la cale moteur – ici, celle d’un Slyder 47 équipé de SD15 Oceanvolt.

Si le mode de croisière slow life peut séduire dans le cadre d’un programme de croisière côtière et semi-hauturière sur les plans d’eau bien ensoleillés, la perspective de longues navigations dans les zones à fort courant et/ ou souvent ennuagées paraît inenvisageable dans l’état actuel des capacités de recharge et de stockage de l’énergie verte, nous y reviendrons. Mais il y a d’autres paramètres à prendre en considération, comme la traînée dans l’eau, le déplacement lège et enfin le fardage (voir encadré). Dès lors que l’on ne peut, pour le moment, se passer totalement du gazole, on peut optimiser le support afin qu’il consomme encore moins. C’est le postulat de Dan Levy, le fondateur de la marque O’ Yachts, qui prône le smart hybride d’une manière différente. Pour lui, la circumnavigation uniquement à l’électrique n’est pas encore une réalité. Son Class 6, aux coques très fines développées en collaboration avec le regretté Laurent Bourgnon, ne pèse pas plus de 13 tonnes lège ; on y trouve qu’un seul moteur électrique de 15 kW, et sur l’autre bord un moteur Nanni diesel de 3,8 litres de cylindrée. Le gros bloc de 140 CV ne consomme pas plus d’un litre au mille à neuf noeuds, recharge le parc batterie via un alternateur « Integrel » de 9 kW et sécurise sans doute mieux son skipper quant à la problématique de l’entretien. Les deux moteurs peuvent bien sûr être utilisés ensemble – lors des manoeuvres particulièrement. Dans ce même mode mixte, LEEN Trimarans équipe la coque centrale de son 56 pieds d’un imposant bloc Cummins de 305 CV, et les flotteurs de deux moteurs électriques de 15 kW. Ces deux derniers facilitent les rotations portuaires et permettent l’accès aux zones protégées. L’autonomie en mode électrique est d’une heure à 5 noeuds. 

Non, il n’y a pas d’arbre d’hélice au bout de ce volant moteur de Volvo Penta D4, mais une génératrice alimentant un parc batteries XXL et des moteurs électriques.
Les schémas techniques des deux principaux fabricants de motorisation électrique montrent bien que chaque élément du système hybride est indépendant, ce qui favorise la répartition des poids.

Le mix énergétique des multicoques à voile

Le O’ Yachts Class 4, soucieux du poids embarqué, a misé sur des batteries NMC (nickel, manganèse, cobalt), deux fois plus légères que les « classiques » lithium/ion à puissance égale.

Si les electriccats hauturiers affichent leurs limites pour s’émanciper totalement de l’énergie fossile, les multicoques à voile sont mieux armés – le nombre croissant des initiatives de motorisation électrique en témoigne. Chez Torqeedo et Oceanvolt, l’essentiel des installations sur des unités de croisière concernent des voiliers de 40 à 70 pieds. La première énergie utilisée sur un multicoque à voile est le vent. Bien exploité, ce dernier procure vitesse et énergie renouvelable avec l’hydrogénération créée par les hélices. La deuxième source d’énergie est le soleil. Un multicoque qui peut recevoir une surface de panneaux solaires conséquente pourra fournir l’énergie de servitude au mouillage. Les deux qualités combinées, c’est-à-dire un voilier performant et offrant assez de surface plane (un multicoque donc !) permettront sans doute de fournir suffisamment d’énergie pour assurer la vie à bord, et parfois même à naviguer au moteur. La tentative du célèbre navigateur Jimmy Corneel à bord de son Outremer 4.Zero a démontré la difficulté de « tenir » un tour du monde sans émission de CO2 en mode full electric, et donc sans générateur. Parvenu aux Canaries depuis le sud de l’Espagne avec seulement 13 % de capacité batterie, l’équipage n’a pas réussi à maintenir un équilibre durable entre la consommation et la régénération – laquelle a tout de même tenu une moyenne horaire de production de 336 W. En fait, la production de courant intervient surtout à partir de sept noeuds de vitesse (voir courbe) et nécessite une grande régularité. Ce sont finalement des conditions qui n’arrivent pas si souvent en croisière, où les ruptures de rythme sont fréquentes – sans parler de l’inévitable pétole. Sur la houle de l’Atlantique aux trois quart arrière, on peut produire 6 kW sur un surf, et puis 0,2 l’instant d’après au creux de la vague. « Plus la vitesse du multicoque est constante, plus l’hydrogénération sera forte, sans compter la différence entre la coque sous le vent qui génère mieux que celle au vent », nous précise Romain Guiraudou, de chez Outremer Yachting. Suite à des problèmes de santé, Jimmy a jeté l’éponge. On peut sans risques affirmer qu’un générateur reste incontournable, à moins de disposer de panneaux solaires en plus grand nombre, d’une ou deux éoliennes pour les jours nébuleux ou/et enore d’un hydrogénérateur supplémentaire type Watt&Sea produisant correctement entre cinq et sept noeuds – un mix énergétique, en somme. En matière de production d’énergie renouvelable, il faut miser sur l’exploitation de la moindre possibilité. C’est au final l’addition de tous ces moments de production qui peut faire pencher la balance sur le positif. Sunreef l’a parfaitement compris en recouvrant intégralement son tout dernier 80 ECO de cellules photovoltaïques capables de capter les rayons à toute heure de la journée ou presque, et de reverser théoriquement 200 kWh dans les batteries quotidiennement. C’est beaucoup, mais le générateur reste à bord… 

L’implantation technique peut être très différente selon les modèles, avec les moteurs sous le plancher des cabines ou dans la cale moteur avec le groupe électrogène pour le montage en série...
... dans le cas d’un montage en parallèle, tout est regroupé dans la cale moteur.

Une consommation sous haute surveillance

L’Outremer 4.Zero de Jimmy Cornell était équipé de ServoProp 15 garantissant une courbe d’hydrogénération très favorable grâce à ses pales à pas variable.

Lors des essais de l’Outremer 4.Zero, la consommation à bord – en mode frugal ! – a été drastiquement contrôlée. En faisant très attention, à cinq personnes, chaque repas consomme entre 1 et 2 kW, une douche idem, le dessalinisateur encore 2 kW, sans compter les multiples autres petits consommateurs (leds, écrans, feux de navigation, etc.). Même si l’équipe d’Outremer est parvenue à ne dépenser qu’un peu plus de 2 kWh lors d’une journée monacale, une consommation journalière de 10 kWh n’a rien du luxe. L’addition peut encore vite monter en sollicitant les winches ou le guindeau électriques, ou encore faisant tourner le lave-vaisselle. Il y a quatre ans, nous évoquions une consommation quotidienne d’environ 5 kWh pour un cata de 45 pieds ; aujourd’hui, cette consommation est parfois multipliée par quatre ou cinq. C’est le constat que fait l’Excess Lab, qui a équipé un Excess 15 d’un système Deep Blue hybride avec deux moteurs de 50 kW montés en sail drive, deux batteries lithium de 50 kWh et deux groupes de 20 kW. L’équipage d’essai a bouclé un tour de Méditerranée sans appréhension quant à la dépense d’énergie, puisque 100 kWh d’énergie sont disponibles et rechargeables en deux heures et demie avec les groupes. La moyenne journalière de la consommation, en faisant un peu attention (coupure régulière du ballon d’eau chaude, par exemple), s’est établie à 18 kWh. Pour Hervé Piveteau, responsable produit chez Excess, la motorisation électrique est une excellente pourvoyeuse de confort de par la capacité batterie, mais à condition que l’hydrogénération fonctionne à plein régime, ce qui n’est pas évident. Sur les deux semaines de navigation de l’Excess 15, le système de gestion de l’énergie relève 1 100 kWh nécessaires pour la propulsion et 255 kWh pour le service, soit 1 355 kWh de dépense. Les génératrices diesel ont rechargé 1 155 kWh, soit 85 % ; la prise de quai 160 kWh, soit 12 % et l’hydro n’a généré que 40 kWh, soit 3 % sur la période. On voit bien qu’entre les rendements théoriques et la situation réelle, de grandes marges sont à prendre en considération. Des essais ont été réalisés à la suite pour optimiser le travail de l’hélice, « le but étant à terme d’arriver à contrebalancer la consommation de servitude journalière », nous précise Jeremy Benichou, responsable des grands comptes de Torqeedo. Reste la consommation des moteurs : à 8 noeuds, les 40 kWh nécessaires sont tout juste rechargés en instantané par les deux groupes. Et s’ils marchent, c’est qu’il n’y pas de régénération possible. La gestion de l’énergie devient donc un paramètre crucial. Pour y voir plus clair, chaque fabricant possède son système de gestion de l’énergie intégré. La société Koriolan a quant à elle mis au point un système appelé ShipHeart permettant de contrôler et de piloter la consommation de chaque appareil du bord en temps réel.

Le Windelo 54 fait partie de cette nouvelle génération de multicoques pensée pour l’optimisation de la motorisation électrique dès la conception. Moteurs sur ligne d’arbre, centrage des batteries, hautes performances et belle surface solaire : des atouts primordiaux pour favoriser ce mode de propulsion !

Architecture : des caractéristiques plus ou moins vertes 

La légèreté, la finesse des coques ainsi que l’aérodynamisme des superstructures qui induisent les performances sont au centre de la problématique qui favorise ou non l’utilisation d’énergies naturelles et propres. Elles servent efficacement la motricité et une gestion de l’énergie la plus propre possible. Un voilier qui peut s’extraire des petits airs et afficher, dès le vent medium, des vitesses moyennes élevées fournira de l’énergie pour la vie à bord en navigation. La motorisation électrique est plus sensible au poids et au fardage que son homologue thermique. Ainsi, des variations de consommation en fonction des données poids/ longueur/finesse peuvent être impressionnantes – c’est également vrai pour l’aérodynamisme. En effectuant nos relevés de vitesse avec ou contre le vent, nous avons constaté des différences importantes. Rien qu’avec une légère brise de 3-4 noeuds, la consommation à 7 noeuds sur l’Excess 15 E-Lab passe de 15 kWh travers au vent, à plus de 20 face au vent. Cet écart de données devient exponentiel quand le vent forcit ; remonter dans 15 noeuds de vent déchargera quatre fois plus vite le parc batteries. La forme des roofs, des coques et la légèreté des matériaux de construction – qui ne doivent évidemment rien enlever aux acquis de confort et d’habitabilité – représentent le grand défi à venir. Pour viabiliser l’alternance écologique, designers, concepteurs et constructeurs devront faire preuve d’imagination – pour le meilleur !

Le salut par l’hydrogène ?

La pile à combustible de l’Hynova 40 transforme en électricité le contenu des bonbonnes d’hydrogène et fournit autant d’énergie qu’un groupe de 60 kW.

Le ratio consommation/hydrogénération d’unités performantes et au mix énergétique optimisé comme les Windelo 50 et 54 bénéficie d’un gain de rendement de 30 % à 40 % par rapport à des unités plus conventionnelles ou de plus grande série. L’évolution du stockage de l’énergie avec des nouvelles technologies de batteries deux fois plus légères – comme les nouvelles NMC que l’on retrouve sur le Class 4 de O’ Yachts – permet d’envisager une plus grande réserve d’énergie. Mais, malgré ces avancées significatives, le recours à un producteur d’énergie complémentaire respectant l’environnement comme la pile à combustible paraît inéluctable pour pouvoir se targuer de naviguer un peu plus vert encore. Saluons les premières initiatives : la société EODev a présenté la version plaisance de sa pile à combustible REXH², développée par Toyota et installée sur le catamaran d’exploration Energy Observer en 2020. Les premiers essais menés par Hynova Yachts avec 4 bonbonnes de 110 litres d’hydrogène pressurisé à 350 bars alimentant la fameuse pile REXH² ont permis de produire 60 kWh sans bruit et en rejetant seulement de l’eau. Le bateau d’essai ainsi équipé assure une autonomie de 500 milles à huit noeuds, et sa capacité d’hydrogène ne pèse qu’une trentaine de kilos. Qui dit mieux ? Avec un encombrement d’un mètre cube et un poids de 400 kg, la pile à combustible REXH² est pour l’heure la plus compacte sur ce marché. Elle pourrait convenir à nos multicoques qui ne manquent pas de place pour l’installer et stocker l’hydrogène. Le premier grand constructeur à se pencher sur le dossier hydrogène est Fountaine Pajot, qui annonce le lancement d’un premier Samana 59 équipé de cette motorisation hybride hydrogène-électrique en 2023.

 Le SAV est assuré à distance par les techniciens des fabricants. Le risque principal de dysfonctionnement réside dans l’électronique, car les moteurs eux-mêmes sont très fiables et sans entretien.
Tout comme la pile à combustible d’EODev provenant de Toyota, les batteries de BMW i3 rappellent que l’évolution technologique issue de l’automobile reste un formidable tremplin pour la plaisance. Il faut savoir l’exploiter !

Naviguer plus vert, combien ça coûte ?

Les systèmes de gestion de l’énergie sont le centre névralgique des systèmes hybrides. On peut les manipuler de n’importe quel répétiteur, dedans ou dehors. Sur le Windelo, il est même repris dans le carré sur grand écran. Une manière efficace de sensibiliser tout l’équipage à ce nouveau mode de fonctionnement.

Finalement, les seuls obstacles au développement plus généralisé de ces technologies concernent la fiabilité, l’entretien et le coût. Olivier Kauffmann, fondateur et dirigeant de Windelo, nous l’assure : les moteurs électriques ne tombent pas en panne et n’ont quasiment pas besoin d’entretien. Les risques résident plutôt dans le système électronique de gestion. Mais sur ce point, on peut être rassuré : les techniciens, comme nous l’avons constaté à bord de l’Ocean Explorer 72 équipé de Torqeedo de 100 kW, peuvent prendre la main à distance sur le système via une connexion Internet. Le coût global de telles installations est encore élevé. Une remotorisation avec des Torqeedo Deep Blue sur un Aquila 44 a demandé un investissement de 175 000 €. Mais il s’agissait là d’une installation prototype a posteriori. Dan Lévy chiffre le surcoût d’une installation complète – plus gros générateur, système de propulsion/hydrogénération complet et panneaux solaires – en lieu et place d'une propulsion thermique classique à 90 000 € HT pour un catamaran de 40 pieds et 200 000 € HT pour un 60 pieds. On attend bien sûr avec impatience les prochains tarifs de Fountaine Pajot, qui proposera dès le prochain Cannes Yachting Festival trois modèles en thermique ou en électrique…

L’hydrogénération est encore assez faible à 7 noeuds de vitesse sous voile ; elle ne devient vraiment efficiente qu’au-dessus de 10 noeuds. La différence entre la courbe théorique et la réalité peut être importante en fonction de l’état de la mer.
Grâce à ses capteurs, ce petit boîtier ShipHeart développé par Koriolan permet de connaître la consommation de tous les appareils à bord, et de pouvoir les commander pour maîtriser son parc énergétique.