Un mix énergétique fiable

Les technologies embarquées, combinant de multiples sources d'énergies renouvelables et formes de stockage, batteries et surtout hydrogène, préfigurent les réseaux énergétiques intelligents - smart grid - de demain, reproductibles à grande échelle, partout et pour tous.

L’hydrogène, clé de voute du système Energy Observer

L’hydrogène est à ce jour le meilleur allié des énergies renouvelables. Élément chimique le plus abondant de l’univers, léger et d’une densité énergétique 3 fois supérieure à des carburants traditionnels, il permet de stocker le surplus d’énergies renouvelables et de pallier leur intermittence. Si Energy Observer devait stocker son énergie uniquement avec des batteries traditionnelles, il pèserait deux fois plus lourd !

Aujourd’hui, les 62 kilos d’hydrogène stockés à bord fournissent 1 MWh d’électricité et 1 MWh de chaleur, ce qui représente la consommation moyenne d’un ménage de 4 personnes pendant 1 mois et 10 jours.

Si la mobilité maritime et terrestre répondent à des exigences toujours plus fortes de puissance, de vitesse et de fiabilité, l’hydrogène est à ce jour l'un des vecteurs énergétiques offrant une alternative crédible aux énergies fossiles sans impacts sur l’environnement. En testant à bord de ce navire un système énergétique basé sur un mix d’énergies renouvelables et de l’hydrogène produit à bord par électrolyse de l'eau de mer, Energy Observer ouvre la voie à de multiples applications terrestres et maritimes, pouvant être répliquées à l’échelle d’un usager, d’un quartier voire d’une ville.

Bilan des technologies

Le navire a franchi le cap symbolique des 62 000 milles nautiques avant d’arriver au Brésil en decembre dernier. L’année 2023 a vu de nombreux travaux de réparation et d’optimisation organisés à bord. 2022 a en effet été éprouvante pour l’ensemble des systèmes, avec de très fortes chaleurs, des eaux souvent troubles, et un incident de manutention en Malaise. L’ensemble du système haute pression a été démonté et revu à Cape Town, après de longs travaux sur le solaire dans l’Ocean Indien.

Désalinisation

Le système de désalinisation installé à bord donne toujours de très bons résultats. Constitué de trois étages successifs de désalinisateurs à l’excellent rendement de la Société bretonne SLCE, installée près de Lorient, ils ont fait l’objet d’un entretien constant en 2022 et 2023. Les eaux des ports indonésiens, puis de Singapour, Langkawi, Cochin puis Port Elizabeth, Durban et Cape Town ont nécessité une maintenance normale du système, mais l’ensemble fonctionne parfaitement, fournissant eau fraîche à l’équipage, et surtout eau déionisée de qualité pour l’électrolyseur.

Électrolyseur

Toujours basé sur un système Proton Onsite spécifiquement transformé par les ingénieurs d’Energy Observer, l’électrolyseur embarqué donne également toute satisfaction. Il peut produire jusqu’à 8 kg par jour d’hydrogène vert - 4 Nm3/hr étant sa production nominale -, lorsqu’il est en fonctionnement. Sa consommation électrique (7 kWh/Nm3) pousse l’équipage à électrolyser à quai ou au mouillage, lorsqu’il n’y a pas trop d’autres importantes consommations simultanées, même s’il est théoriquement possible d’électrolyser en navigation lorsque les OceanWings procurent assez de poussée pour assurer la mobilité du navire. Plus de 300 Kg d’hydrogène vert ont été produits à bord en 2023.

Compression

Le stockage à bord étant conçu autour de réservoirs compressés à 350 bars, les deux étages de compression sont essentiels pour stocker suffisamment d’hydrogène : jusqu’à 62 kg répartis dans les huit réservoirs. Les compresseurs disponibles sur le marché étant conçus pour les stations fixes, ils sont beaucoup trop lourds et volumineux pour être embarqués. C’est pourquoi deux étages de compression spécifiques ont été développés avec la société Nova Swiss : le premier de 30 bars, pression de sortie de l’électrolyseur, à 180 bars, puis un second de 180 à 350 bars. Depuis 2017, ces compresseurs ont demandé beaucoup de travail de mise au point, et consommé de nombreuses membranes de tous types de matériaux. Nova Swiss a soutenu ces développements en fournissant des composants de façon régulière, et en envoyant des techniciens sur les principaux chantiers d’optimisation.

Une nouvelle importante opération de maintenance des compresseurs a été organisée aux Seychelles en 2023, pour permettre au système de fonctionner correctement : nouvelles membranes, démontage des compresseurs, et tests de mise en pression de l’ensemble du réseau hydrogène à bord.

Réservoirs

Les réservoirs Luxfer montés sur le bateau depuis 2017 ont eux aussi subi une très importante opération de mise à niveau à Cape Town, en collaboration avec Air Liquide et les ingénieurs d’EO Concept. Pour la première fois, les réservoirs ont été sortis de leurs logements sur le pont du navire, et les têtes munies de capteurs et chargées de contrôler les flux, changées après inertie à l’azote. Les ingénieurs d’Energy Observer ont pu introduire une caméra endoscopique à l’intérieur des réservoirs pour inspecter minutieusement l’état du liner interne. Aucun défaut n’a été révélé après sept années de bons et loyaux services. L’ensemble du circuit a ensuite été soumis à des tests de pression avant d’être remis en route, en pleine capacité, pour rejoindre le Brésil.

Pile à combustible

La pile à combustible Toyota, qui anime le système de production électrique du bord, a subi une grosse révision en Malaisie, surtout à cause de doutes sur certains périphériques de refroidissement. Ce module fonctionne toujours à une puissance de 70 kW, meilleur compromis de rendement. Spécifiquement conçu pour fonctionner sur un bateau, donc avec un échangeur de température - et non pas un système de radiateur comme sur les voitures hydrogène -, le refroidissement est un développement spécial pour le navire, tout comme l’admission d’air qui doit traiter humidité et salinité. Rappelons qu’un clone du système est également en fonctionnement au centre de R&D de Toyota Europe, et que d’autres systèmes similaires, baptisés REXH2, sont distribués par Energy Observer Developments partout dans le Monde. Energy Observer reste donc un laboratoire flottant essentiel pour optimiser la durée de vie et la fiabilité du système complet, permettant ainsi une maintenance prédictive de tous les autres REXH2 en service.

Solaire

Les panneaux photovoltaïques bifaciaux - développés par l’Institut National de l’Energie Solaire - présents sur les ailes latérales et arrière du navire ont été installés en 2016-2017. Particulièrement exposés aux vagues, notamment ceux positionnés à l’avant des ailes latérales, beaucoup ont subi des casses matérielles après avoir été frappés par de fortes vagues, notamment durant la traversée du Pacifique. Le rendement global de ces panneaux bifaciaux a donc subi une perte d’efficacité préjudiciable à la performance globale, et certains ont dû être remplacés. Quelques panneaux ont également subi des infiltrations d’eau dans leurs encapsulements, toujours dues aux paquets de mer reçus lors de passages dans du très mauvais temps et de la forte vague.

Les panneaux solaires flexibles présents partout ailleurs sur le navire font quant à eux l’objet d’un partenariat très actif avec Solbian, leur fabricant italien. Les innovations en matière de polymères, de colles, de contacteurs sont toutes testées à bord du navire, et cela implique un suivi attentif de leurs performances, grâce au logiciel de suivi développé à bord du bateau, Energy Management System. Certains matériaux innovants n’ont pas résisté aux chaleurs de l’Asie du Sud Est, et d’autres composants ont également connu un vieillissement prématuré. À chaque fois, Solbian récupère les pièces endommagées, ou les recycle dans les pays d’escale d’Energy Observer, et les remplace par des évolutions corrigées. Energy Observer est ainsi le véritable laboratoire d’essai en situation extrêmes des innovations solaires maritimes, constamment optimisées à bord. Certains panneaux usagés ont également fait l'objet de dons à des fins pédagogiques.

Éolien

Energy Observer embarque deux ailes automatiques OceanWings de 32 m² depuis 2019, conçues par VPLP, et dont le suivi est désormais assuré par Ayro. Le navire laboratoire développait les seuls exemplaires opérationnels en conditions réelles et quotidiennes de ces innovants systèmes. Ce développement inclut une optimisation de l’accastillage, de l’assemblage, le remplacement régulier de composants et la fourniture de données pour l’utilisation opérationnelle de ces ailes.

Depuis leur installation en 2019, elles ont parcouru plusieurs dizaines de milliers de milles nautiques, et l’équipage estime à environ 30% leur apport en propulsion. Cet apport est évident en zone d’alizés et de vents portants soutenus, permettant en outre de dépasser les 12 nœuds de vitesse sans impacter la consommation moyenne électrique du bateau. Pour Energy Observer, il s’agit aujourd’hui du système éolien automatique le plus prometteur et le plus accessible, une fois son développement abouti.

Dorénavant, le navire Canopée, affrété par Ariane Espace, utilise lui aussi ce système, dans une dimension beaucoup plus importante, preuve que les investissements effectués par Energy Observer depuis 2019 trouvent des applications industrielles concrètes chez les acteurs maritimes.