Aller au contenu principal

Une plateforme mobile de type catamaran propulsée par des rotors Flettner et naviguant là où les gisements de vent en mer sont les plus intéressants pour produire de l’énergie décarbonnée grâce à des hydroliennes placées sous ses coques. C’est le concept imaginé par la jeune société française Farwind Energy, créée en juillet 2020 et installée sur le site de Centrale Nantes. C’est d’ailleurs l’ancien directeur de cette école d’ingénieurs, Arnaud Poitou, qui en est le président et cofondateur avec Aurélien Babarit et Félix Gorintin, qui occupent respectivement les fonctions de directeur technique et directeur des opérations de Farwind Energy. « L’énergie est infinie en haute mer et c’est là qu’il faut la récupérer. L’idée consiste à développer ce que l’on peut considérer comme la troisième génération d’éoliennes marines (après les éoliennes posées et les éoliennes flottantes, ndlr). Le vent fait avancer le navire grâce aux rotors Flettner et à l’effet Magnus, et des hydro-générateurs produisent de l’électricité qui peut être stockée dans des batteries ou servir pour produire un carburant vert, comme de l’hydrogène par électrolyse ou du méthanol grâce à l’hydrogène fabriqué à bord et du CO2 embarqué », explique Arnaud Poitou. L’objectif est d’aller chercher dans les eaux internationales les meilleurs gisements de vent en éliminant deux contraintes majeures des éoliennes marines : des coûts de développement et de construction extrêmement élevés, et des conflits d’usage avec les professionnels de la mer, en particulier les pêcheurs, mais aussi le rejet d’un certain nombre de riverains du littoral.

 

256824 farwind
© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU

Arnaud Poitou, Aurélien Babarit et Félix Gorintin (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Un navire de 80 mètres et plusieurs MW de puissance

L’équipe de Farwind Energy planche sur un navire en acier d’environ 500 tonnes, 80 mètres de long pour 20 à 25 de large, doté de quatre systèmes Flettner dont la rotation déporte la plateforme et la fait avancer naturellement grâce au vent (la vitesse de rotation permettant d’accélérer ou de ralentir). S’y ajoutent deux « hydroliennes » chargées de produire l’énergie grâce à leur hélice mue par l’avancement du navire. Des équipements en forme de pods, réversibles afin de servir aussi à propulser en cas de besoin la plateforme, qui aura une puissance de plusieurs mégawatts (sachant que 10 à 20% de l’énergie produite par les hydro-générateurs sert à faire tourner les rotors qui ont besoin d’un entrainement). La plateforme devra évidemment être capable d’affronter des conditions météorologiques très dures, alors que la vitesse visée pour maximiser la production d’énergie est d’environ 20 nœuds, pour des houles allant jusqu’à 1.5 à 2 mètres. « Nous voulons une plateforme qui dispose d’une puissance comparable à celle d’une éolienne grâce notamment à son positionnement aux meilleurs endroits, de manière à disposer d’un facteur de charge de l’ordre de 70%, c’est-à-dire que la machine fonctionne 70% du temps, ce qui est supérieur aux éoliennes. Nous pourrons faire des navires plus gros mais nous estimons aujourd’hui que 80 mètres est un bon compromis entre les coûts et une capacité de production qui peut atteindre 40 MW/h d’électricité par jour, ou 800 kilos d’hydrogène sur une semaine, soit de quoi faire le plein de 40 bus fonctionnant avec ce carburant ». Selon les applications, le navire pourrait embarquer par exemple 200 tonnes de batteries sous forme conteneurisée, chargées en mer et ensuite facilement débarquées dans un port. Ou bien de quoi fabriquer du carburant, par exemple un électrolyseur ainsi que des cuves ou bombonnes pour stocker l’hydrogène produit.

 

256817 farwind
© FARWIND ENERGY

Vue du projet de navire de 80 mètres étudié par Farwind (© FARWIND ENERGY)

 

Livrer de l'énergie et des carburants verts aux îles, ports, aéroports...

Avec son concept, l’entreprise nantaise vise plusieurs grands marchés : « Nous travaillons sur les zones non interconnectées, là où les coûts de production de l’énergie sont élevés et où on emploie le plus souvent des carburants fossiles, comme les îles. Nous nous intéressons aussi aux ports qui pourraient utiliser nos batteries pour alimenter les navires en courant quai, ou des bateaux fonctionnant avec des carburants verts. Car nous nous inscrivons aussi dans la chaîne d’approvisionnement des nouveaux carburants propres, comme l’hydrogène pour lequel nous avons deux atouts majeurs par rapport aux éoliennes terrestres : d’abord un facteur de charge important qui offre une capacité permettant de mieux amortir les électrolyseurs, et la possibilité de livrer la production là où on en a besoin. Nous regardons également avec beaucoup d’intérêt la possibilité de produire sur nos navires des carburants liquides comme le méthanol, qui présente l’énorme avantage de pouvoir être utilisé dans des moteurs classiques », poursuit Arnaud Poitou. Le projet pourrait aussi intéresser les aéroports, en particuliers les plateformes insulaires situées généralement en bord de mer, alors que l'aéronautique s'est lancée dans le challenge des futurs avions fonctionnant à l'hydrogène. 

Un beau potentiel aux Antilles, en Atlantique, en océan Indien…

Les meilleures zones de navigations sont établies en fonction de l’étude de modèles météorologiques et d’un logiciel de routage pour faire naviguer les navires là où le vent est le plus favorable. Ont en particulier été identifiés des secteurs au large des Antilles, des îles du Ponant ou encore en océan Indien pour les batteries. Quant à l’hydrogène, des zones propices se trouvent notamment en Atlantique nord, à l’ouest de l’Irlande. « Pour l’électrique par exemple, les Antilles sont très intéressantes avec les alizés et les effets entre les îles, on atteint sans problème 60% de facteur de charge et jusqu’à 70 à 80% du côté d’Aruba. Des zones autour de Maurice sont également intéressantes, de même que Kerguelen, le terrain de jeu est très vaste ! », note Aurélien Babarit. 

 

256816 farwind
© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU

Alexis Martin, qui fait partie de l'équipe, montre les gisements de vents dans le monde (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

256812 farwind
© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU

 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Des campagnes plus ou moins longues en fonction de la production

Avec des campagnes que l’équipe imagine plus ou moins longues en fonction de la manière dont la plateforme est équipée : « Pour recharger des batteries, ce serait plutôt des sorties à la journée alors que dans le cadre de la production d’hydrogène, on serait plutôt sur une semaine et pour méthanol plusieurs mois », précise Arnaud Poitou. De là, plusieurs modes opératoires sont étudiés. Si un gisement de vent intéressant se trouve près d’installations portuaires, les sorties à la journée ou à la semaine ne posent pas ou peu de problèmes. Cela, avec un bateau ou une noria de navires qui font la navette entre la zone de navigation propice et la terre. En revanche, si le temps de transit est important, il faut envisager de laisser une flottille opérer sur place dans la durée. « Dans ce cas, on peut imaginer par exemple pour la production de méthanol que les navires soient sur site six mois dans l’année, un tanker venant les alimenter en CO2 et récupérer le méthanol qu’ils produisent ».

Plateformes télé-opérées avec bateau suiveur en attendant des unités autonomes

Ce qui implique une certaine logistique, sans parler du fait qu’en attendant que la règlementation internationale évolue sur la mise en œuvre de navires autonomes en haute mer, il faudra à minima une équipe de contrôle et de sécurité installée sur un ou des bateaux suiveurs. « Nous travaillons sur les aspects liés à la télé-opération avec les Affaires maritimes, sachant que pour le moment nous visons les eaux nationales. Peut-être qu’à l’avenir nous pourrons déployer des flottilles autonomes mais il y aura d’abord un bateau accompagnateur de type vedette tout temps avec une équipe à bord. Au début elle pilotera un navire et l’on pourra ensuite monter sans problème à quatre ou cinq », assure Aurélien Babarit. Evidemment, si un bateau de type vedette sera suffisant près des côtes, des opérations hauturières nécessiteront un navire suiveur plus grand.

 

256819 farwind
© FARWIND ENERGY

Le prototype en essais sur le lac de Vioreau (© FARWIND ENERGY)

 

Premiers essais réussis avec un prototype au 1/14ème

Après des études et simulations, Farwind Energy a récemment testé avec succès un premier prototype de sa plateforme, avec un bateau d’un gabarit d’environ 1/14ème, sur le lac de Vioreau, en Loire-Atlantique. « Nous avons récupéré un catamaran de 5.5 mètres normalement doté d’un mât de 9 mètres et 20 m² de voilure. Nous l’avons équipé à la place d’un rotor Flettner de 3 mètres de haut et 40 centimètres de diamètre, qui offre un équivalent de 10 m² de voile souple. Nous avons également mis en place au milieu un hydro-générateur dont l’électricité produite est stockée dans une batterie, un système de commande et de contrôle pour télé-opérer le démonstrateur depuis un bateau accompagnateur, une centrale inertielle et différents capteurs pour les mesures. L’objectif de ces essais était de valider les outils de développement et de design », détaille Aurélien Babarit. Avec au final, selon l’équipage, des résultats très proches de ceux établis en simulations. « Avec un vent de 8 nœuds, la vitesse est par exemple de 3 à 4 nœuds, en ligne avec ce que nous pensions ». Les essais vont se poursuivre, notamment en mer.

 

256821 farwind
© FARWIND ENERGY

Le prototype en essais sur le lac de Vioreau (© FARWIND ENERGY)

256815 farwind
© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU

Le prototype (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Diaporama orphelin : container

 

256814 farwind
© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU

Le prototype (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

15 à 18 millions pour construire un démonstrateur à taille réelle

Et Farwind Energy pense déjà à la suite, qui passera par la construction d’un démonstrateur à taille réelle.  « Nous avons consolidé la technologie, bien avancé sur la partie marché et au niveau du financement nous avons levé 1 million d’euros. Nous sommes en discussion avec des partenaires et des organismes publics pour nous inscrire dans les programmes de développements technologiques. Nous souhaitons réaliser un démonstrateur de 80 mètres avec une puissance de 2.2 MW, qui permettra de générer 10 GW/h d’électricité par an », dit Arnaud Poitou. Ce qui commence à faire de l’énergie, mais dans le cas des grandes îles par exemple, un tel concept ne pourra que contribuer au mix énergétique local. Car pour la Guadeloupe par exemple, qui compte 400.000 habitants, il faudrait une flotte de pas moins de 170 navires de 80 mètres pour assurer sa consommation annuelle d’électricité, de l’ordre de 1700 GW/h par an. « Nous visons des territoires où notre solution permettrait avec quatre ou cinq navires de prendre une part de marché significative mais pas majoritaire, de l’ordre de 15 à 20% de la production d’énergie ».

Le coût du démonstrateur de 80 mètres est estimé entre « 15 et 18 millions d’euros », le gros du prix revenant aux équipements. « Les batteries notamment coûtent très cher et un premier modèle est toujours plus onéreux car il faut financer le développement. Nous voulons ensuite réduire sensiblement les prix grâce à la production en série, pour atteindre 12 ou 13 millions au troisième ou quatrième navire et autour de 10 millions à l’horizon 2030 ».

Créer une filière avec des entreprises technologiques françaises

Le projet ambitionne aussi de développer une filière en s’appuyant sur des industriels français selon les technologies employées. Pour les rotors, par exemple, Farwind Energy a noué un partenariat avec la société nantaise Loiretech, un sous-traitant historique du secteur aéronautique spécialisé dans les pièces en matériaux composites. « Nous pensons créer une co-entreprise pour créer ensemble les rotors ». Autre société ligérienne impliquée dans le projet : EN Moteurs, qui officie par exemple sur la propulsion électrique des sous-marins français et œuvre ici dans l’industrialisation des hydro-générateurs. Quant au stockage d’énergie, Farwind travaille avec la start-up grenobloise Verkor, spécialisée dans les batteries bas-carbone.

Objectif 2024

« Notre ambition, d’ici la fin 2022, est de terminer les études de définition et affiner la structure de coûts, valider la production et avoir un premier client courant 2024 », avance Arnaud Poitou. Pour financer le prototype, Farwind table sur 9 millions de capital propre et une somme équivalente en fonds publics. Reste maintenant à savoir si ce premier navire sera équipé pour recharger des batteries ou produire de l’hydrogène, un choix qui n’est pas encore tranché. Enfin, concernant l’exploitation des navires, Farwind pourrait devenir armateur, du moins au départ : « On pense qu’on aura vocation à exploiter au début la technologie. Ensuite, une fois que le marché sera mûr, nous verrons quelles solutions seront les plus pertinentes ».

© Un article de la rédaction de Mer et Marine. Reproduction interdite sans consentement du ou des auteurs.

 

Aller plus loin

Rubriques
Energies marines