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- Vitesse des bateaux électriques
- Autonomie
- Coût des batteries, durée de vie
- Batteries Lithium
- Matériau Composites
- Bilan carbone et recyclabilité
- Energie solaire
- Maintenance, Fiabilité, Formation
- Propulsion Hybride
- Prix de revient
Vitesse des bateaux électriques
L’utilisation de moteurs électriques ne limite pas la vitesse du navire. La vitesse de service est limitée
principalement par la quantité d’énergie embarquée (voir autonomie).
Autonomie
L’autonomie des navires électrique zéro émission dépend de la capacité énergétique des batteries embarquées
(voir énergie solaire). Celle ci est limitée par le poids des batteries. Une batterie de 100 kWh en Ni-Cd correspondant
à la technologie sûre et accessible financièrement aujourd’hui pèse environ 2 tonnes alors qu’il suffit de 20 litres de
gasoil pour fournir la même énergie !
Sur un bateau, la résistance à l’avancement et donc la puissance nécessaire aux moteurs augmente
fortement avec la vitesse. Il faut donc maitriser la vitesse pour être mesure de fonctionner pendant toute une journée
sans recharge intermédiaire.
Afin de ne pas dépenser trop d’énergie pour le transport des batteries elle mêmes, nous limitons le
poids de batterie à 15% du poids total, le poids des passagers représentant environ 30%.
Dans ces conditions et grâce aux économies d’énergie réalisées, du fait d’une construction légère
et de l’efficacité hydrodynamique des carènes et des hélices, nos navires peuvent atteindre une autonomie de 100 km (50 Nm)
à une vitesse de service de 12 km/h (6 nœuds) ce qui autorise une exploitation normale en fluvial, lacustre ou côtier.
| Vitesse | Autonomie sur batteries sans recharge intermédiaire |
|---|---|
| 9 km/h / 4.5 nœuds | 200 km / 100 nm |
| 12 km/h / 6 nœuds | 100km / 50 nm |
| 15 km/h / 7.5 nœuds | 50 km / 25 nm |
Autonomie en fonction de la vitesse de service (plate-forme 15m)
L’amélioration des performances des batteries au cours de la prochaine décennie permettra de doubler
cette autonomie et la technologie pile à combustible à hydrogène possède le potentiel pour la quintupler. Nos navires
sont conçus pour pouvoir accueillir ces technologies en deuxième monte éventuellement.
Coût des batteries, durée de vie
Le coût d’achat des batteries représente une part importante du budget initial d’un navire
zéro émission (10 à 20% selon l’autonomie et la technologie). De plus les batteries doivent être remplacées
périodiquement.
Ce budget batteries doit être considéré comme un budget « énergie » et comparé au budget « carburant »
d’un bateau thermique.
En effet, la durée de vie d’une batterie de qualité (Ni-Cd ou mieux) dépend principalement de
la quantité d’énergie débitée par la batterie au cours de son existence. Le coût de l’énergie délivrée par la
batterie s’estime alors en comptabilisant l’approvisionnement réseau, le coût et la durée de vie de la batterie,
le rendement du moteur électrique et divers autres facteurs moins influants. Ce coût est ainsi comparable avec
le coût de l’énergie délivrée par un carburant fossile, qui dépend du prix à la pompe et du rendement du moteur
thermique. Cette comparaison montre que :
- les coûts de l’énergie batterie et de l’énergie carburant fossile sont actuellement très proches
- la capacité optimale de batterie n’est pas la plus faible possible
- la technologie optimale de batterie n’est pas la moins chère.
C’est pourquoi, nous proposons aujourd’hui des batteries en technologie Ni-Cd dont la durée de
vie est de cinq ans au moins pour une exploitation journalière.
La tendance actuelle donne un avantage croissant en terme de coût sur de l’énergie « batterie »
sur l’énergie « carburant fossile » grâce à l’abaissement du coût des batteries et à cause de l’augmentation continue
du coût du carburant fossile.
Batteries Lithium
La batterie Lithium présente des avantages potentiels indiscutables par rapport au Ni-Cd en
terme de poids, d’encombrement et de maintenance. Il existe aujourd’hui une offre très étendue de batterie Lithium
en terme de technologies et de coût.
Pour assurer un service exigeant et garantir la sécurité des passagers, la batterie (d’une capacité
de plus de 100 kWh) et la gestion de son environnement (management, charge, régulation de température) doivent être
de la plus grande qualité. Fort de plus de dix années d’expérience, nous savons que des incidents de charge ou des
décharges profondes peuvent survenir et qu’il est nécessaire de prévenir tout risque d’incendie ou d’explosions.
Le lithium est un matériau très instable et plusieurs accidents survenus sur des batteries lithium «lowcost»
ont démontré qu’il ne faut pas négliger ces risques.
Les batteries Lithium répondent à ces critères de qualité et de sécurité pour un coût aujourd’hui trois
à quatre fois supérieur que celui des batterie Ni-Cd que nous avons utilisé avec succès jusqu’à présent.
Cependant, avec l’essor du véhicule sans émission et les investissement réalisés dans la construction
de nouvelles unités de production de batteries Lithium, on prévoit que leur coûts sera supportable d’ici trois ans au plus.
Matériau Composites
L’utilisation des matériaux composites fibre de verre – résine polyester pour la construction des
navires à passagers zéro émission présente nombreux avantages par rapport à l’aluminium et à l’acier.
Le poids très élevé de l’acier augmente la consommation d’énergie dans des proportions telles qu’une
autonomie acceptable ne peut être obtenue qu’avec une quantité de batterie dissuasive.
L’aluminium est acceptable mais les matériaux composites permettent de réduire le poids s’ils sont mis
en œuvre sous vide ou en infusion, de réduire l’entretien puisqu’il n’y a pas de corrosion ni peinture et de réduire
les coûts dès lors que l’on utilise comme nous le faisons des moules amortissables et d’augmenter la durée de vie du bateau.
La résistance du matériau composite à la mer est largement prouvée par son utilisation généralisée pour la
construction de bateaux de sauvetage et de pilotes.
La défiance de certains professionnels s’appuie principalement sur le risque d’endommagement lié aux
manœuvres d’accostage fréquentes. Il est vrai qu’un navire en composite comme d’ailleurs un navire en aluminium souffrira
plus qu’un navire en acier d’accostages brutaux dans le cas où les protections de coque et de quai ne sont pas adaptées.
En revanche on n’observe aucun endommagement quand les escales et les protections sont conçues correctement. Il convient
aussi de noter que contrairement à l’aluminium, il est possible de réparer le composite en quelques heures à flot.
Pour ce qui concerne le bilan carbone (voir bilan carbone et recyclabilité), on constate que les émissions
liées à construction du gros œuvre ne représentent pas un enjeu majeur comparées aux émissions liée à l’énergie de propulsion.
L’avantage de l’acier à la construction sera compensé par le supplément d’énergie de propulsion dû au poids élevé de ce matériau.
Les bilans aluminium et composite sont suffisamment proches pour que l’on puisse considérer que le choix entre ces deux matériaux
n’a pas d’impact significatif sur le bilan carbone global du navire.
Bilan carbone et recyclabilité
L’analyse de cycle de vie (incluant la recyclabilité) des principales sources d’émission de GES pour
notre bateau de 75 PAX peut se résumer au tableau suivant
| Gros Oeuvre | Batterie de durée de vie 5 ans | Recharge électrique au réseau | |
|---|---|---|---|
| Poids d’équivalent carbone | 25 tonneEC | 20 à 35 tonneEC | 3 kgEC / jour d’exploitation |
L’émission de GES lié au carburant fossile d’un bateau thermique conventionnel pour une capacité et
un service similaire est d’environ 120 kgEC par jour.
Les émissions de GES par année :
| Electrique sans émission 75 PAX AltEn | Conventionnel thermique | |||
|---|---|---|---|---|
| Gros Œuvre (durée de vie > 20 ans) | Batterie (durée de vie > 5 ans) | Recharge électrique au réseau | Carburant fossile | |
| Poids d’équivalent carbone | 1,2 tonneEC | 4 à 7 tonneEC | 1 tonneEC | 40 tonneEC |
Le bateau électrique sans émission permet donc d’éviter l’émission de plusieurs dizaine de tonnes d’équivalent
carbone par année d’exploitation.
Le second poste d’émission est la batterie dont le bilan s’améliorera avec la technologie Lithium.
Notons qu’aujourd’hui les batteries industrielles sont recyclées (80% à 100%) quelle que soit leur technologie.
On constate aussi que le poste construction du gros oeuvre a un bilan relativement faible.
Energie solaire
Les cellules photovoltaïques sont en mesure de produire entre 200Wh/m² par jour et 1000Wh/m² par
jour selon la technologie (mono ou poly cristallin), la situation géographique et l’ensoleillement de la journée.
Pour un navire 75 passagers de 14m x 5m, on dispose d’une surface pratiquement utilisable de 40m² au maximum soit
une production comprise entre 8 kWh et 40 kWh alors que la consommation journalière d’énergie pour un service 80km à
12kmh est environ 70 kWh.
Ceci montre qu’avec la meilleure technologie, la surface maximum et l’ensoleillement maximal ,
les panneaux solaires pourraient fournir plus de la moitié de l’énergie nécessaire mais que la plupart du temps leur
apport sera marginal. De plus il faut dimensionner la batterie pour le cas le plus défavorable.
Remarquons cependant que dans le cas d’une vitesse de service de moins de 8 km/h (le ferry boat de
Marseille par exemple), le solaire couvrira une grande partie des besoins en énergie.
Maintenance, Fiabilité, Formation
L’entretien d’une propulsion électrique est très réduit comparativement à une propulsion thermique.
Les composants de propulsion et d’énergie de nos bateaux possèdent une durée de vie élevée :
| Moteur | Variateur | Chargeur | Batterie |
|---|---|---|---|
| 7 ans ( remise en état possible pour 50% du coût initial) | 15 ans | 14 ans | 5 ans |
Durée de vie pour une exploitation de 12 heures par jour tous les jours de l’année
Propulsion Hybride
L’hybridation des sources d’énergie permet d’étendre le domaine d’application des navires électriques.
L’utilisation d’une chaîne de propulsion électrique à haut rendement associée à des coques offrant peu de résistance à
l’avancement permet d’obtenir une réduction très importante de la consommation d’énergie et donc des émissions y compris
dans le cas ou l’énergie est produite par un groupe électrogène.
Nous proposons deux types d’hybridation adaptées chacune à une problématique d’exploitation :
- Prolongateur d’autonomie (Range Extender) : Un groupe électrogène embarqué de puissance modérée vient en appoint des batteries dans la cas d’un besoin en énergie particulier : crue, fort coefficient de marée, fort vent, journée prolongée… le groupe électrogène alimente alors les chargeurs de batteries embarqués. Ce dispositif permet d’éviter de sur-dimensionner le parc batterie pour des conditions d’utilisation exceptionnelles.
- Diesel électrique : Un groupe électrogène alimente directement les moteurs électriques en alternance avec les batteries. La puissance du groupe permet de naviguer à vitesse soutenue par exemple en rade. L’énergie des batteries permet de naviguer sans émission à vitesse modérée lors des approches portuaires ou urbaines.
Prix de revient
Du fait que la technologie utilisée pour réaliser nos bateaux électriques est plus élaborée et moins
diffusée que celle d’un bateau thermique conventionnel, le prix d’achat hors batterie s’en trouve substantiellement plus
élevé. En revanche Le coût de l’entretien et du renouvellement des pièces d’usure est moindre que pour un bateau thermique
conventionnel.
Comme développé par ailleurs (voir coût des batteries, durée de vie), le coût des batteries et de la recharge est
aujourd’hui équivalent au coût du carburant d’un navire conventionnel. De nombreuses études prévoient que le prix du
carburant fossile pourrait augmenter de 7% par an au cours des prochaines années. A contrario, avec le développement du
véhicule électrique terrestre, de grands constructeurs de batterie prévoient que la technologie Lithium offrant toutes
les garanties de sécurité sera au prix actuel du Ni-Cd d’ici cinq ans et deux fois moins chère dans dix ans.
L’intégration de ces données démontre que le prix de revient sur vingt ans d’un bateau électrique est
déjà inférieur à celui d’un bateau thermique conventionnel.