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Energy Observer

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 à Paris avant d’entamer son tour du monde 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, batteries... Les ingénieurs-chercheurs ont œuvré à la conception et l’optimisation de l’ensemble du système de production et de gestion énergétique jusqu’à la propulsion du navire. 

Publié le 5 juillet 2017
Energy Observer est la démonstration d’un mix énergétique 100 % renouvelable alliant énergies solaire, éolienne et hydrolienne, couplées à un système de stockage par batteries lithium-ion et une chaîne hydrogène complète. Cet écrin technologique est le fruit de vingt années de recherche 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 émission, il a fallu adapter les technologies au milieu plutôt hostile de la mer : salinité, humidité, mouvement de houle… mais aussi à l’architecture même du catamaran 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 de l’équipement : plus l’ensemble est léger moins le bateau consomme d’énergie. Au final, l’ensemble de la chaîne énergétique comptabilise un poids de 1,3 tonne au lieu des 30 tonnes habituelles que pourrait atteindre ce type d’installation.  
éclaté du bateau.jpg

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 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 et ceux émis par réverbération sur l’eau et le bateau, sont installés à l’arrière et sur toute la longueur de la coque. 

Vers un transfert de technologies accéléré

L’architecture énergétique d’Energy Observer exploite, pour certaines technologies, un savoir-faire de près de vingt ans de recherche et développement au CEA. Des panneaux photovoltaïques  hétérojonction à haut rendement (23 % contre 19 % aujourd’hui sur des technologies standards) à une pile à combustible miniaturisée, ce sont près de 40 brevets qui sont mis en œuvre. 

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, la propulsion, l'électrolyse et la compression de l'hydrogène ; le second pour la vie 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 (PAC).  Cette chaîne permettra de produire de l’hydrogène à partir de l’eau de mer, de le stocker à bord et de l’utiliser comme carburant dans la PAC. L’énergie électrique issue de la pile à combustible sera remise dans le circuit tandis que la chaleur issue de la réaction sera valorisée pour le chauffage 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 de la chaîne énergétique. Il s’agit en effet d’assurer un fonctionnement optimal en fonction des ressources, variant selon l’heure et la météo, et de la feuille de route du bateau. L’ensemble des données de navigation sera analysé en direct par les ingénieurs afin de proposer des scénarios adéquats. 
détail de la chaine hydrogène.jpg
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 recharge les batteries Li-ion. Tout 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 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 continuera de tourner et se comportera comme une dynamo, grâce à des moteurs 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, 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, Prysmian group, Toyota 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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