ActuNautique.com

La propulsion hybride à l’hydrogène des navires de plaisance

Nous avons récemment étudié les systèmes de propulsion électriques hybrides-diesel.
Si ces systèmes sont convaincants à l’instant T, la ressource fossile se raréfiant et les émissions de particules fines émises par les générateurs diesels les excluent des solutions d’avenir.
On parle beaucoup d’hydrogène dans les milieux nautiques, les systèmes hybrides à l’hydrogène seraient même promis à une hégémonie à court terme.
De quoi s’agit-il exactement ?
 

Le Catamaran Race for Water, hybride hydrogène autonome

Le Catamaran Race for Water, hybride hydrogène autonome

Les avantages d’une motorisation électrique

Les moteurs électriques offrent couple élevé et excellent rendement, dès les bas régimes. Si on compare un moteur diesel avec un électrique, l’électrique produit les mêmes effets qu’un moteur diesel deux fois plus puissant. Rendement, poussée linéaire, couple omniprésent, tous ces facteurs plaident pour la propulsion électrique. Reste le problmème de l'autonomie.

La motorisation hybride hydrogène 

Quand on évoque la propulsion hydrogène, il s’agit en réalité de propulsion électrique hybride à l’hydrogène. 
Sur un bateau, une propulsion hybride électrique consiste en un système dans lequel le/les moteurs électriques sont alimentés par des batteries, elles-mêmes rechargées par des générateurs. Le dimensionnement de ces derniers dépend du programme, il peuvent “aider” au chargement des batteries ou fournir assez d’énergie pour étaler la consommation électrique des moteurs.
Le générateur peut prendre la forme d’un générateur diesel, ou, dans un système hybride hydrogène, d’une pile à combustible à l’hydrogène on le nomme aussi “range extender”.
De tels générateurs sont propres, n’émettent ni fumée, ni gaz, ni particule lors de leur fonctionnement, seulement de l'eau propre.
Souvenons- nous que la Norvège va bannir de ses eaux côtières tous les navires à passagers émettant des particules d’ici à 2026. Les embarcations privées devraient suivre...

Le principe d'une motorisation hybride hydrogène sur réservoirs

Le principe d'une motorisation hybride hydrogène sur réservoirs

La pile à combustible
 

La pile à combustible fonctionne comme une batterie que l'on alimente en permanence en combustible, d'où son nom ! 
La pile à combustible mobilise l'énergie générée par la réaction de couples oxydo-réducteurs au sein d'un boîtier. 
L'oxydation d'un combustible réducteur sur un électrode, couplée à la réduction d'un combustible oxydant sur l'autre crée une tension entre les deux et génère du courant électrique.

Principe de la pile à combustible

Principe de la pile à combustible

La pile à combustible à hydrogène

 


La société EoDev exploite l'expérience acquise par le catamaran Energy Observer lors de ses campagnes et tout particulièrement le développement de sa pile à combustible à hydrogène.
Celle-ci va entrer en phase de commercialisation.
Baptisée RXH2, il s’agit de l’adaptation d’une pile d’origine Toyota aux besoins marins.
Son encombrement d’un mètre et son poids de 400 kg la réserve, pour le moment, aux grosses unités.
Mais pour cet encombrement, cet engin est capable de délivrer 70 kW en crête, soit l’équivalent de moteur thermique de 150 HP. Des montages de plusieurs piles en série permettent d’augmenter la puissance disponible à 1 MW (1000 kW) !
Cette pile consomme de l’hydrogène (H2) et rejette de l’eau propre.
Elle ne comporte pas de pièces en mouvements et garantit une durée de vie de plus de 15000 heures.
 

La pile Rex H2 d'Eo Dev

La pile Rex H2 d'Eo Dev

Le carburant des piles à combustible

 


Pour fonctionner, ces piles ont besoin de combustible. 
Concernant l’hydrogène, elles peuvent être approvisionnées depuis la terre, en remplissant des réservoirs. On retrouve alors la problématique de l’autonomie d’autant que l’hydrogène n’est pas de tout repos à stocker en grandes quantités, sous très forte pression ou à très basse température. 
Rappelons nous le Zeppelin Hindenburg qui explosa à l'atterrissage en 1936 aux USA, plein de dihydrogène…
 

Un réservoir à hydrogène, sous forme liquide, à -253°C eà la pression atmosphérique

Un réservoir à hydrogène, sous forme liquide, à -253°C eà la pression atmosphérique

Reste la solution de la production depuis le bord et du stockage en quantités réduites.
La matière première pour en fabriquer, c’est de l’eau. A bord, on n’en manque pas !
Pour la transformer en H2 (dihydrogène), il faut d’abord la filtrer et la purifier. C’est le travail d’un osmoseur ou dessalinisateur à osmose inverse.
Puis, cette eau pure doit être hydrolysée pour séparer l’hydrogène qui fera office de combustible pour la pile.
C’est le travail d’un hydrolyseur qui électrolyse l’eau de mer. Puis, un système de compresseurs vient en relai pour permettre le stockage de ce gaz à forte pression, plus de 350 bars.

L'autre solution, consisterait à abaisser sa température à -253°C pour le condenser/liquéfier.


Cette réaction d'hydrolyse nécessite de l’électricité qui doit être produite par d’autres moyens que la pile alimentée par le travail de l'hydrolyse !

Selon que le navire soit conçu pour produire ou non son hydrogène, deux catégories se dessinent pour la plaisance.

Les navires hybrides à hydrogène à réservoirs

 


Ces bateaux sont destinés à “faire le plein” d’hydrogène à quai.

Hynova 40, un dayboat de promenade touristique à pile à combustible
Les calanques de marseille et de cassis sont sillonnées de vedettes de transport de passagers. Leurs écosystèmes fragiles sont endommagés par les rejets de ces engins.
Devant la volonté du Parc National des Calanques de n’autoriser, pour les professionnels, que les navires propres, un opérateur de transport touristique local à conçu un 40’ fonctionnant avec une pile à combustible à Hydrogène de 80 kW alimentant 132 kWh de batteries Lithium entraînant deux moteurs électriques de 184 kW chacun. 
A faible vitesse, la pile alimente seule le bateau tandis qu’un vitesse soutenue, les batteries la renforcent. 
Le bateau embarque 23 kg d’hydrogène liquide à 350 bars et effectue des allers-retours Marseille-Cassis. Il charge à quai tous les soirs. Le plein d’hydrogène s’effectue depuis le quai.

Hynova 40

Hynova 40

Les navires produisant leur propre dihydrogène

Le cycle de production-stockage-consommation d'hydrogène à bord de Race for The Water

Le cycle de production-stockage-consommation d'hydrogène à bord de Race for The Water

Energy Oserver

Energy Oserver

Energy Observer, et Race For Water, des trawlers multicoques hybrides hydrogène


Sur ces bateaux, on retrouve la même configuration de base, mais, destinés au long cours, ils synthétisent leur propre hydrogène qu’ils stockent dans leurs réservoirs sous pression. 
Il disposent, pour ce faire, de panneaux photovoltaïques (Race For Water) ou de puissants mâts-éoliens (Energy Observer) capables de produire l’énergie électrique nécessaire pour étaler la consommation représentée par les services à bord et l’installation de dessalinisation/hydrolysation, qui produit l’hydrogène nécessaires à la propulsion depuis l’eau de mer. 
A quai, Energy Observer et Race For Water actionnent leurs installations de production d’hydrogène au moyen du courant du quai pour remplir leurs réservoirs.

Race for Water

Race for Water

Production, transport et stockage de l’hydrogène à grande échelle ne sont pas sans poser de problèmes. Inflammable, et détonnant, le modèle des “stations services” à hydrogène n’est pas sans risques et, qui plus est, loin d’être déployé.
Ceci laisse de beaux jours aux systèmes capables de produire, à petite échelle, leur propre carburant !
 

Partager cet article

Repost0