Nouvelles orientations technologiques marines pour Rolls-Royce

De nombreux facteurs peuvent influencer l'efficacité d'un navire (Toutes les photos sont fournies par Rolls-Royce, sauf indication contraire).

« Du point de vue de l'efficacité, la technologie des moteurs diesel a atteint ses limites », déclare Tobias Kohl, vice-président de l'ingénierie des applications marines chez Rolls-Royce Power. « On peut améliorer les systèmes d'injection, la suralimentation, la dynamique de la chambre de combustion, mais au final, c'est une technologie déjà très optimisée. »

« Mais nous pouvons tirer profit de cette technologie lorsque nous étudions d'autres carburants pouvant être utilisés dans un moteur à combustion interne. »

La remarque de Kohl faisait suite à la question suivante : comme aucun carburant « alternatif » n’a la densité énergétique du diesel, la prochaine étape devrait-elle consister à améliorer l’efficacité du moteur pour que le méthanol, l’éthanol, l’ammoniac ou l’hydrogène fournissent une puissance équivalente par kilo au diesel ?

Tobias Kohl, Rolls-Royce Power

Selon Kohl, tout dépend de la charge et du régime moteur. « Quel que soit le carburant, si le moteur fonctionne dans sa plage de fonctionnement optimale, son rendement sera toujours maximal. Mais pour exploiter pleinement son potentiel, nous pensons qu'il faut une gestion intelligente de la charge faisant appel à des batteries ; nous appelons cette combinaison « moteur diesel plus ». »

Pour illustrer son propos, Kohl prend l'exemple d'un groupe électrogène embarqué. Utilisé pour fournir de l'énergie auxiliaire, le moteur du générateur ne fonctionne presque jamais à son régime optimal, généralement bien en deçà. L'ajout d'une batterie permet au groupe électrogène de ne se mettre en marche qu'en cas de besoin, fonctionnant ainsi à la charge et au régime les plus adaptés. Cette énergie est ensuite stockée dans les batteries pour une utilisation ultérieure.

Il affirme qu'il existe d'autres avantages. Le système de batteries permet de compenser les fluctuations de la production d'électricité et, lorsque le navire est à quai, de réduire les coûts d'exploitation en utilisant l'électricité du réseau uniquement pendant les heures creuses – une forme d'écrêtement des pointes de consommation.

Émissions après traitement

L'utilisation d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un carburant alternatif, associé à une batterie, peut contribuer à améliorer le rendement global. Cependant, compte tenu des progrès réalisés en matière de systèmes de post-traitement des émissions, ces nouveaux carburants ne risquent-ils pas de supplanter prématurément le diesel ?

« Le principal obstacle pour les systèmes de post-traitement des émissions dans les applications marines réside dans le manque de bénéfices perçus par le propriétaire. Sur un yacht, ce dernier voit un système qui augmente l'encombrement du moteur, le poids et engendre des coûts supplémentaires, comme celui du liquide urée AdBlue. Malgré tout cela, le bateau n'est ni plus rapide, ni plus silencieux. »

En réponse, Kohl affirme que Rolls-Royce a mis au point des systèmes de post-traitement des émissions de troisième génération, plus compacts, plus légers et plus performants que jamais. « Nous avons optimisé le système et les améliorations sont significatives. Nous pensons que cela le rendra plus acceptable pour les constructeurs et les armateurs. »

Cela soulève la question de savoir si l'objectif de Rolls-Royce, en développant ces systèmes, est d'améliorer l'efficacité du moteur ou du navire.

Pont du ferry Halunder Jet, qui utilise quatre moteurs diesel MTU 4000 et des propulseurs à jet d'eau

« Les deux », répond Kohl. « Comme je l'ai dit, les moteurs ont été optimisés grâce à l'intégration des technologies les plus récentes. Nous y travaillons depuis plus de 100 ans », ajoute-t-il avec un sourire. « Pour obtenir de nouveaux avantages, nous devons donc envisager l'ensemble de l'installation de propulsion dans son ensemble et son interaction avec le navire. »

Concernant les problèmes d'exécution, il raconte comment un yacht avait été équipé d'un générateur uniquement pour chauffer la piscine à bord. « Aujourd'hui, nous pouvons utiliser un système de cogénération pour faire exactement la même chose. Je n'aime pas le terme « gaspillage », mais c'est pourtant bien ce que nous utilisons aujourd'hui. »

Le redimensionnement optimal apporte des avantages

Les nouveaux carburants présentent clairement un avantage en termes de réduction des émissions, mais le dimensionnement approprié des moteurs – en choisissant le modèle qui correspond à la puissance requise, au lieu du plus gros disponible – jouera un rôle considérable dans l’amélioration de l’efficacité des navires.

« Lorsqu’un navire ou un yacht entre en cale sèche pour une rénovation, on peut analyser les données, observer le fonctionnement du moteur, son environnement et ses conditions d’utilisation. Ces informations permettent de déterminer si un moteur plus petit conviendrait à cette application. »

Le groupe électrogène Rolls-Royce MTU série 2000 DS peut être utilisé comme groupe électrogène auxiliaire marin.

Kohl affirme qu'il existe plusieurs leviers clés pour améliorer l'efficacité. Les carburants à faible teneur en carbone jouent un rôle essentiel, tout comme les nouvelles technologies. Le mode d'exploitation du navire constitue un troisième élément.

« Pour optimiser l’efficacité, il faut tenir compte des aléas climatiques », explique-t-il. « Les marées et les vents influent sur la navigation et le fonctionnement du moteur. Grâce au système mtu NautIQ Foresight, les capitaines peuvent surveiller les performances du navire et prendre des décisions pour améliorer son rendement. »

Cela va de pair avec la conception de la coque, jusqu'à celle des hélices. Kohl affirme qu'une hélice bien conçue peut générer des gains de 10 à 15 %, une amélioration considérable qui, au final, réduit les coûts d'exploitation.

pipeline technologique

En août dernier, la construction du plus grand navire au monde propulsé par batteries s'est achevée en Tasmanie. Équipé d'un système de stockage d'énergie par batteries de 40 MWh et de 275 tonnes, le China Zorrilla est un ferry transportant passagers et véhicules qui effectuera des traversées du Rio de la Plata entre l'Argentine et l'Uruguay.

Kohl estime que, même s'il s'agit d'un exemple extrême de cette technologie, les ferries électriques ont de solides applications.

Le ferry China Zorrilla est chargé sur le navire semi-submersible de levage lourd Black Marlin (Photo : Incat)

« Lorsqu'un navire, comme un ferry, suit un itinéraire prévisible et dispose de la capacité de se recharger, l'énergie électrique y trouve une application idéale, et je suis convaincu que cette technologie continuera de se développer dans les années à venir. Chez Rolls-Royce, nous avons déjà des cas où les générateurs embarqués servent uniquement de système de secours aux batteries, un peu comme un prolongateur d'autonomie sur une voiture. »

S'agissant plus précisément du China Zorrilla, Kohl se réjouit que quelqu'un prenne le risque de pousser la technologie actuelle à ses limites. Il doute cependant que cela ait un impact significatif sur le développement des grands ferries. L'inverse est vrai pour les ferries plus petits ; il cite les navires à batteries déjà en service en Scandinavie comme une utilisation plus pragmatique de cette technologie.

Concernant les technologies marines futures chez Rolls-Royce, Kohl a déclaré : « Nous continuerons à développer des moteurs à combustion. Nous sommes convaincus que pour les longues distances, les itinéraires imprévisibles et pour relever les défis liés aux infrastructures, c’est la seule solution. »

« Mais j’aimerais ajouter que nous considérons le méthanol comme un carburant à fort potentiel. Nous allons donc continuer à développer des solutions de combustion interne, de manière à soutenir les carburants alternatifs. »