Hybridation de la propulsion
Définition : Propulsion hybride
La propulsion hybride combine plusieurs sources d'énergie. Dans le cas d'une propulsion éolienne il s'agira donc d'associer une énergie mécanique à celle fournie par le vent.
Le principe global de ce type de propulsion consiste à profiter des avantages de chaque type de moteur en minimisant leurs inconvénients.
Exemple : Rainbow warrior III
Rainbow Warrior III passe de 7 à 10 nœuds grâce à une propulsion électrique, dont la consommation supplémentaire reste marginale comparée aux bénéfices apportés.
Chaîne énergétique d'un navire classique
La fonction de propulsion d'un navire peut être assurée de deux manières :
Réaction suite à la mise en mouvement d'une certaine masse d'eau (hélice, aviron)
Action d'une force extérieure sur le navire (remorquage, vent)
Il est possible de décrire les différents flux d'énergie utilisés dans la propulsion d'un navire grâce à ce que l'on appelle une chaîne énergétique.
Celle-ci peut être schématisée pour un navire conventionnel de la manière suivante :
Les flèches indiquent le sens conventionnel de circulation de l'énergie.
Nous voyons ici que la force nécessaire pour vaincre la résistance à l'avancement est fournie exclusivement par l'hélice .
Chaîne énergétique d'un navire à propulsion éolienne
En installant un propulseur éolien, nous nous retrouvons avec le schéma suivant :
On remarquera que l'on parle bien de propulseur éolien puisque le profil est directement utilisé pour créer une force propulsive en complément de celle fournie par l'hélice.
Selon la vitesse de navigation ciblée et la route envisagée, la propulsion éolienne peut être utilisée en tant que source principale de propulsion ou en complément grâce à une hybridation de la propulsion.
En effet, pour une résistance à l'avancement donnée, il existe une infinité de combinaisons possibles entre la force propulsive fournie par l'hélice et celle fournie par le système éolien selon un taux d'hybridation[4] fixé lors de la conception du navire.
Remarque : Energie primaire vs secondaire
L'objet de ce cours est bien l'étude de la propulsion par le vent, c'est à dire l'étude des moyens mis en œuvre afin créer une force propulsive directement à partir de l'énergie éolienne, sans conversion, en tant que source d'énergie primaire donc.
Dans le cas contraire, on parlera alors de source d'énergie secondaire, la fonction de propulsion est exclusivement assurée par une hélice, l'énergie éolienne n'étant utilisée qu'en complément du moteur de propulsion.
Dans le cas de l'utilisation d'un aéromoteur[5], la chaîne énergétique ressemblera alors à ceci :
Ici, l'éolienne convertit l'énergie du vent en électricité qui peut être stockée ou directement utilisée pour le bord ou la propulsion.
L'énergie du vent participe donc dans une certaine mesure à la propulsion mais devra néanmoins être convertie avant d'y concourir.
Energie secondaire= pertes
En utilisant le vent comme source d'énergie secondaire, il sera donc nécessaire d'avoir recours à des moyens de conversion de l'énergie, avec toutes les pertes que cela peut induire.
Le vent est utilisé dans l'exemple ci-dessus afin de produire un carburant de synthèse.
On pourrait imaginer de limiter les pertes en créant une chaîne équivalente avec utilisation d'accumulateurs électriques et en installant les aéromoteurs directement à bord. Les pertes seraient alors probablement moindres bien que toujours existantes du fait de la conversion d'énergie.
Exemple : Le Bois-rosé
On peut toutefois imaginer se passer de l'énergie électrique et relier l'éolienne directement à la chaîne propulsive.
L'éolienne fournit alors de l'énergie mécanique mais celle-ci devra néanmoins être convertie en poussée par l'hélice afin de créer une force propulsive.
Ce procédé a notamment été testé dans les années 1920 sur Le Bois-rosé.
Choix taux hybridation= choix opérationnel
Le choix du taux d'hybridation résulte d'un choix opérationnel en regard du degré d'optimisation désiré.
Néanmoins, dans un soucis de sécurité de la navigation ,la réglementation peut imposer l'emport d'une puissance mécanique minimale.
Texte légal : Division 222 (Navire JB < 500 UMS) - 2.4.5.13 : Vitesse de sécurité
C’est la vitesse minimum considérée comme suffisante pour assurer la manœuvrabilité du navire quelques soient les courants auxquels il doit faire face.
Par défaut, la vitesse atteinte à la demi-puissance de propulsion du navire, sans que celle-ci puisse être inférieure à 7 nœuds, sera forfaitairement la vitesse de sécurité.
Vitesse de sécurité= emport d'un moteur
Cette vitesse ne pouvant pas être atteinte en permanence avec seulement 50% de la seule force propulsive éolienne (cf. absence de vent), cette disposition induit donc l'obligation d'emport d'une propulsion mécanique auxiliaire.
Remarque : Obligation emport et non d'usage
Il est tout à fait possible d'avoir à son bord un moteur suffisamment puissant au cas où son usage serait nécessaire (avarie, manoeuvres portuaires, mauvais temps...etc) sans toutefois être contraint de l'utiliser.