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Posté par Redbran le Dimanche 09/07/2017 à 00:00
Des technologies de pointe pour Energy Observer navire à hydrogène
Le CEA architecte énergétique d'Energy Observer: des technologies de pointe pour un projet innovant.

Le 6 juillet, Energy Observer, le premier navire à hydrogène autonome et sans émission de CO2 ni particule, a été baptisé lors de son escale (Une escale est un arrêt marqué par un véhicule de transport durant un trajet au long cours. Dans sa dimension technique, elle a...) à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) avant d'entamer son tour du monde (Le mot monde peut désigner :) durant six ans. Depuis 2015, le CEA s'est vu confier par l'équipe d'Energy Observer la conception du système énergétique unique au monde intégrant un assemblage de différentes technologies: panneaux photovoltaïques haut rendement, électrolyseur, pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple...), batteries... Les ingénieurs-chercheurs ont œuvré à la conception et l'optimisation de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) du système de production et de gestion énergétique jusqu'à la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le...) du navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de...).


Légende de l'image

Energy Observer est la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de...) d'un mix énergétique (Le mix énergétique, ou bouquet énergétique, est la proportion des différentes sources dans la production d'énergie.) 100 % renouvelable alliant énergies solaire, éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire de l'électricité (dans...) et hydrolienne (Une hydrolienne est une turbine sous-marine qui utilise l'énergie cinétique des courants marins, comme une éolienne utilise l'énergie cinétique de l'air.), couplées à un système de stockage par batteries lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où l'électrode négative est composée de...) et une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) complète. Cet écrin technologique est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil....) de vingt années de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) et développement du CEA-Liten (Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux) qui entend prouver la maturité des technologies embarquées et le potentiel de la mixité énergétique et des énergies renouvelables au service d'un futur propre, performant et innovant.
Les défis à relever par l'équipe composée des navigateurs et architectes navals d'Energy Observer et d'une trentaine d'ingénieurs du CEA-Liten ont été nombreux. Outre l'objectif d'autonomie complète et zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans...) émission, il a fallu adapter les technologies au milieu plutôt hostile de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.): salinité, humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).), mouvement de houle (La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. C'est une oscillation sinusoïdale régulière qui est légèrement différente des vagues car la houle se déplace sur de grandes ditances contrairement aux vagues qui...)... mais aussi à l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) même du catamaran (Un catamaran est un bateau possédant deux coques, en général l'une à côté de l'autre. Le but peut être d'aller plus vite grâce à des coques fines, d'améliorer la...) où les espaces dédiés aux éléments de la chaîne énergétique sont étroits et difficiles d'accès. À ces contraintes s'ajoute également le critère du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est...) de l'équipement: plus l'ensemble est léger moins le bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux besoins du transport maritime ou fluvial, et permet diverses activités telles que le...) consomme d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Au final, l'ensemble de la chaîne énergétique comptabilise un poids de 1,3 tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie,...) au lieu des 30 tonnes habituelles que pourrait atteindre ce type d'installation.

Détail des installations de la chaîne énergétique mises au point par le CEA

Energie solaire – Deux technologies différentes ont été intégrées pour réaliser les 120 m² de panneaux photovoltaïques. Les panneaux qui recouvrent le pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus...) sont galbés pour épouser au mieux la forme arrondie de la coque ; ils ont été réalisés sur mesure. Des panneaux bifaces à hétérojonctions, qui permettent de capter à la fois les rayons directs du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) et ceux émis par réverbération sur l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et le bateau, sont installés à l'arrière et sur toute la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) de la coque.

Stockage – Les batteries lithium-ion seront sollicitées pour le stockage à court terme et alimentent deux réseaux distincts: l'un de 400 V et l'autre de 24 V. Le premier est utilisé pour la gestion des appels de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :), la propulsion, l'électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.) et la compression de l'hydrogène ; le second pour la vie (La vie est le nom donné :) à bord et les équipements de contrôle-commande et de sécurité.

Le stockage long-terme sera assuré par une chaîne hydrogène complète. Energy Observer est en effet équipé d'un désalinisateur, d'un électrolyseur, de réservoirs et d'une pile à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction...) (PAC). Cette chaîne permettra de produire de l'hydrogène à partir de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.), de le stocker à bord et de l'utiliser comme carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) dans la PAC. L'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la quantité...) issue de la pile à combustible sera remise dans le circuit tandis que la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) issue de la réaction sera valorisée pour le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) de l'eau sanitaire à bord.

Gestion du système complet – Au-delà des installations pour capter et stocker l'énergie à bord du catamaran, les équipes du CEA-Liten ont également mis au point l'ensemble du système de gestion et contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la chaîne énergétique. Il s'agit en effet d'assurer un fonctionnement optimal en fonction des ressources, variant selon l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure...) et la météo, et de la feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds. À l'aisselle...) de route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le...) du bateau. L'ensemble des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) sera analysé en direct par les ingénieurs afin de proposer des scénarios adéquats.


Détail de la chaîne hydrogène sur Energy Observer (c) Energy Observer © (c) Energy Observer

Fonctionnement du bateau selon trois modes

Lorsque le bateau est à quai, il ne consomme pas d'énergie hormis celle nécessaire à la vie à bord. L'énergie produite grâce au soleil et au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à...) recharge les batteries Li-ion. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le surplus est valorisé en démarrant la chaîne de production par électrolyse et de stockage hydrogène.

Lorsque les conditions de navigation sont favorables, production et consommation sont à l'équilibre. Les batteries servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) pour les appels de puissance et la gestion des intermittences des différentes sources d'énergies. Alors que le kite intelligent assurera une assistance pour de longues traversées, l'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) continuera de tourner et se comportera comme une dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Elle a été inventée en Belgique en...), grâce à des moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) réversibles, elle devient un hydrogénérateur.

Lorsque la production par le solaire et l'éolien est insuffisante pour couvrir la consommation, la pile à combustible, via l'hydrogène stocké, prolonge l'autonomie du bateau.

À propos de Energy Observer
Energy Observer est le premier navire à hydrogène autonome en énergie et zéro émission propulsé aux énergies renouvelables: 120m2 de panneaux photovoltaïques, 2 éoliennes à axe vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.), 1 aile de traction intelligente et 2 moteurs électriques convertibles en hydrogénérateurs. Grâce à ce mix énergétique, Energy Observer est le premier bateau au monde capable de produire son hydrogène à partir de l'eau de mer. Le chantier a été lancé en 2015 par Victorien Erussard, capitaine du navire, grâce au soutien de AccorHotels et Thélem assurances, rejoints depuis par Delanchy et d'autres entreprises telles qu'Air Liquide (Air liquide est un groupe industriel français d'envergure internationale, leader mondial des gaz industriels, c'est-à-dire des gaz pour l'industrie,...), Prysmian group, Toyota (Toyota est un constructeur automobile, originaire du Japon. Le siège du groupe est situé dans la ville de Toyota (qui a repris le nom de l'entreprise), à proximité de Nagoya.) ou Delta Dore. Le 26 juin 2017, Energy Observer a quitté Saint-Malo, son port d'attache, pour entamer un tour du monde de six ans, qui commence par une série d'escales françaises lancée à Paris cet été et qui s'achèvera à Monaco en décembre prochain.

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Source: CEA