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MSC Europa : Saint-Nazaire va expérimenter une pile à combustible au GNL

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MSC Europa : Saint-Nazaire va expérimenter une pile à combustible au GNL

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Le lancement le 31 octobre de la réalisation du MSC Europa, premier paquebot fonctionnant au gaz naturel liquéfié produit par les Chantiers de l’Atlantique et destiné à MSC Cruises, a été l’occasion pour le constructeur français et la compagnie italo-suisse d’annoncer qu’ils avaient décidé d’expérimenter sur ce navire une nouvelle technologie destinée à réduire encore les émissions de gaz à effet de serre. De ce point de vue, le GNL va déjà permettre, en plus de traiter les émissions polluantes (SOx, NOX et particules fines) de diminuer de 20% les rejets de CO2 par rapport à un carburant classique.

L’idée est maintenant d’augmenter sensiblement ces gains en combinant ce type de propulsion avec une pile à combustible développée par CEA Tech et fonctionnant elle-aussi au GNL. Ce qui sera une première. En effet, si des piles à combustible ont déjà été développées, il s’agit pour l’heure de technologies à basse température de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) fonctionnant pour l’essentiel à l’hydrogène. Ce dernier est en fait la solution idéale pour l’environnement, car l’hydrogène peut dans une pile à combustible créer de l’énergie avec pour seuls rejets de l’eau et de l’oxygène. Mais il y a d’importantes contraintes, à commencer par le volume nécessaire pour obtenir la même énergie et la même autonomie. «  Le volume de stockage nécessaire est de l’ordre de sept fois celui des carburants actuels, contre deux à trois fois pour le GNL par rapport au fuel ou au gasoil. Ce n’est évidemment pas sans poser problème car l’une des grandes questions du carburant est qu’il ne doit pas prendre trop de place au détriment des activités commerciales », nous expliquait en septembre dernier Laurent Castaing, directeur général des Chantiers de l’Atlantique. Si tant est que ce casse-tête du volume soit solutionné, il faudrait quand même de très grandes quantités d’hydrogène pour répondre aux besoins des grands navires. Avec alors un autre problème sous-jacent, celui d’une filière d’approvisionnement, qui plus est vertueuse. Car l’hydrogène s’obtient par électrolyse de l’eau, nécessitant donc de l’électricité, qui doit provenir d’énergies renouvelables pour que toute la chaîne soit réellement « verte ».

Outre une alimentation directe de moteurs fonctionnant à l’hydrogène, les recherches se poursuivent sur les piles à combustible. La technologie PEMFC a déjà trouvé ses premières applications, mais elle se cantonne pour l’heure comme source d’énergie principale à de petits bateaux, ferries côtiers et navibus, qui réalisent de courts trajets. Alors que la plus grosse pile à combustible du monde affiche une puissance d’1 MW, un paquebot comme le MSC Europa aura une puissance totale de 80 MW (dont 50 pour la propulsion). Cela, alors qu’un porte-conteneurs géant comme le nouveau CMA CGM Jacques Saadé, également propulsé au GNL, voit son moteur principal développer une puissance de près de 64 MW. En l’état actuel de la technologie, l’hydrogène est donc hors de portée des grands bateaux, si ce n’est en énergie d’appoint et surtout, pour le moment, dans le cadre de programmes de recherche. C’est ce que va par exemple faire le groupe allemand Meyer Werft en équipant le paquebot AIDAnova, livré en décembre 2018, d’une pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène, après en avoir testé une alimentée au méthanol sur le ferry Mariella.

Si les chantiers nazairiens continuent de suivre de près les progrès accomplis avec l’hydrogène, la nouvelle solution qui va être expérimentée sur le MSC Europa doit permettre de disposer rapidement d’un dispositif offrant des gains significatifs sur les émissions de CO2. Il s’agit d’une pile à oxyde solide (Solid Oxide Fuel Cell - SOFC), qui sur la base de GNL produit de l’électricité, avec comme rejets de l’eau et du CO2, mais pour ce dernier dans des proportions bien moindre grâce à l’efficience énergétique globale du dispositif. « Cette technologie qui fonctionne à très haute température (~ 750°C) est plus efficace pour les applications maritimes de forte puissance que les solutions à basse température de type PEMFC. En effet, la technologie SOFC offre un très bon rendement électrique pouvant atteindre 60 %, et comme la chaleur produite peut être autoconsommée à bord, son rendement total -chaleur et électricité- peut être bien supérieur, d’où une réduction directe de la consommation énergétique et des émissions de gaz à effet de serre », expliquent les Chantiers de l’Atlantique et MSC Cruises. Cette solution SOFC alimentée au GNL permettrait ainsi, si la solution fonctionne comme prévu et une fois qu’elle serait pleinement déployée, de réduire de l’ordre de 30% ces émissions par rapport au moteur classique dual fuel alimenté au GNL, sans rejeter ni oxyde d’azote, ni oxyde de soufre, ni particules fines. Ce qui reviendrait, en ajoutant les gains déjà induits par l’emploi du gaz naturel liquéfié, à réduire de 50% au moins les émissions de gaz à effet de serre. Et cette technologie offre l’avantage d’être compatible avec de nombreux combustibles (GNL/méthane, méthanol, ammoniac, hydrogène …) laissant la voie ouverte à d’autres carburants dans les années qui viennent, au fil des progrès techniques qui seront accomplis.

Cette pile à combustible SOFC a été développée par les ingénieurs du CEA Tech et fonctionne en laboratoire. Il s’agit maintenant de voir si elle peut être installée sur un bateau et fonctionner de manière nominale dans un environnement marin. C’est l’objectif de l’expérimentation qui va être conduite sur le MSC Europa dans le cadre d’un projet de R&D baptisé PACBOAT, soutenu par le Programme des Investissements d'Avenir piloté par l'ADEME . Pour cela, un accord de coopération a été signé le 31 octobre entre les Chantiers de l’Atlantique, MSC Cruises, le CEA Tech, le Bureau Veritas et Entrepose Group, la société chargée d’industrialiser la pile à combustible.

Le démonstrateur qui sera testé sur le MSC Europa sera un petit dispositif de 50 kW, qui produira donc de l’électricité et de la chaleur à partir de GNL mais encore à très petite échelle par rapport aux besoins énergétiques d’un tel bateau. « L’ensemble de l’installation tiendra dans un petit conteneur. L’idée est ensuite, quand le fonctionnement du système sur un navire sera validé, de monter en puissance en ajoutant des modules. Nous voulons aller rapidement vers des systèmes de 1 MW, puis 5 et 10 MW. Par rapport au MSC Fantasia (sorti en 2008 de Saint-Nazaire, ndlr), le MSC Europa bien que plus gros verra déjà ses émissions de gaz à effet de serre baisser de 40% grâce à l’emploi du GNL et à différentes optimisations. Avec un système comme ces nouvelles piles à combustible nous pouvons envisager d’aller encore plus loin, vers une réduction de 50/55% », estime Laurent Castaing.

Ainsi, en attendant l’émergence de carburants complètement décarbonés et surtout des solutions techniques permettant de les employer sur de grands navires, il devrait être possible, dans quelques années seulement, de diminuer significativement les rejets de CO2 des grands paquebots. Ce ne sera peut-être qu’une étape intermédiaire, mais si les résultats sont au rendez-vous, ce sera déjà beaucoup en attendant encore mieux.

 

Chantiers de l'Atlantique (ex-STX France) MSC Cruises