Comment les navires peuvent-ils passer à des systèmes de propulsion zéro émission ?

La propulsion des navires à zéro émission est aujourd'hui réalisable grâce à l'électricité par batterie pour les trajets courts et aux piles à combustible à hydrogène vert pour le transport en haute mer.

La transition n’est pas un simple échange technologique mais une réingénierie systémique. Pour les navires de moins de 200 milles marins, des systèmes électriques à batterie avec offre de recharge à quai 92 à 96 % d'efficacité du bien au réveil . Pour les navires océaniques, hydrogène liquide (LH2) couplé à des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) fournit la seule solution évolutive zéro carbone, atteignant zéro émission de CO2, SOx ou PM . Cependant, le LH2 nécessite 3,7 fois plus de volume de réservoir que le gazole marin (MGO) pour le même contenu énergétique, ce qui oblige à une refonte complète des systèmes de stockage et de manutention du carburant.

Il n’existe pas de carburant à zéro émission unique. Des parcours pratiques combinent méthanol vert (déjà utilisé sur les navires de 16 200 EVP de Maersk) et ammoniac (visés pour 2026 par Fortescue) comme transporteurs d'hydrogène, mais ceux-ci produisent toujours du NOx ou du N2O à l'échappement à moins qu'ils ne soient associés à une réduction catalytique sélective. La propulsion zéro émission la plus mature pour les navires côtiers reste entièrement électrique, avec Yara Birkeland de la Norvège démontrant 120 milles marins par charge à 6,5 nœuds.

Équipement auxiliaire et technologies requises pour l'hydrogène liquide (LH2) comme carburant marin

L’utilisation du LH2 nécessite un écosystème complet, du bunker à la propulsion, au-delà de la pile à combustible. Six sous-systèmes critiques sont obligatoires pour un fonctionnement sûr et efficace :

• Réservoirs cryogéniques sous enveloppe sous vide – Maintenir LH2 à -253°C. Le taux d'évaporation doit être inférieur à 0,2 % par jour ; Les réservoirs actuels de l'OMI de type C atteignent 0,1 à 0,15 %.
• Système de récupération d'énergie froide – Utilise l'exergie cryogénique du LH2 (environ 1,2 kWh par kg) pour la climatisation ou le pré-refroidissement des marchandises, améliorant ainsi l'efficacité totale du système de 12 à 18 %.
• Mâts de ventilation à double paroi et étanches aux gaz – Conception de détection et de dispersion des fuites ; la vitesse de flamme de l’hydrogène (2,7 m/s) nécessite des zones antidéflagrantes classées IECEx/ATEX Zone 1.
• Pompes cryogéniques haute pression (jusqu'à 700 bar) – Livrer du LH2 aux vaporisateurs ; débits de 500 à 2000 kg/h sont typiques pour une propulsion de 10 MW.
• Verrouillages de sécurité et détecteurs de flamme à hydrogène – Temps de réponse inférieur à 3 secondes ; capteurs ultraviolets/infrarouges (UV/IR) requis selon la norme CEI 60079-29.
• Gestion des gaz d'évaporation (BOG) – Soit par reliquéfaction (pénalité énergétique de 8 à 10 %), soit par alimentation directe des piles à combustible auxiliaires. Pour les longs voyages, le BOG doit être brûlé ou recondensé toutes les 48 à 72 heures .

Modernisation des équipements diesel existants pour répondre aux normes environnementales : voies de modernisation pratiques

Les moteurs diesel existants ne sont pas radiés. Trois niveaux de rénovation permettent la conformité aux normes IMO Tier III et EPA 2027 pour 30 à 60 % du coût de remplacement. Pour la réduction des NOx, systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) atteindre une réduction de 85 à 95 %, ramenant les moteurs de l’ère 2000 de 14 g/kWh à < 2 g/kWh. Pour les SOx, épurateurs en boucle fermée éliminent 98 % du SO2, mais nécessitent la manipulation de soude caustique et de boues – les épurateurs en boucle ouverte sont interdits dans 80 ports dans le monde à partir de 2025.

Pour les particules (PM), filtres à particules diesel (DPF) avec travaux de régénération active uniquement sur les moteurs avec <0,5% de carburant soufré ; sinon, catalyseurs à base de carburant (FBC) combiné à une émulsion eau dans carburant, réduit les particules de 50 à 60 %. Un exemple concret : Modernisation par Stena Line de 12 navires RoPax avec SCR DPF réduit les NOx de 12,4 à 1,8 g/kWh et les PM de 92 %, pour un coût de 850 000 € par moteur – 38% d'une nouvelle installation de moteur bi-carburant .

• Reflash du système de contrôle du moteur – Ajustez le calage de l'injection pour réduire la formation de NOx (généralement en retardant l'angle de vilebrequin de 2 à 4°).
• Modification du calage variable des soupapes (VVT) – Réduit la température de pointe de combustion, abaissant les NOx de 15 à 20 % sans post-traitement.
• Mise à niveau du rail commun haute pression – Permet des injections pilotes multiples, réduisant le bruit et les NOx de 30 % tout en réduisant la consommation de carburant de 5 à 7 %.

Cependant, les moteurs de plus de 25 ans font face à des rendements décroissants. Un moteur à régime moyen de 1995 après la mise à niveau du SCR affiche toujours une consommation de carburant 8 % plus élevée qu'une référence de 2020, de sorte que des limites opérationnelles (par exemple, une charge maximale de 60 %) peuvent être imposées pour respecter les limites d'émission sans consommation excessive d'urée.

Optimiser les systèmes de propulsion des navires pour réduire la consommation de carburant : des interventions éprouvées

La réduction de la consommation de carburant est un ensemble de mesures concernant la coque, l'hélice, le moteur et l'exploitation. L’action la plus efficace est la réduction de la vitesse : réduire la vitesse de 24 nœuds à 18 nœuds réduit la puissance requise de 58 % (puisque puissance ∝ vitesse³). Pour un porte-conteneurs de 14 000 EVP, cela permet d'économiser 80 à 100 tonnes de carburant par jour – d'une valeur de 64 000 $ par jour à 800 $/tonne VLSFO.

Au-delà de la rapidité, cinq rénovations offrent des délais d’amortissement inférieurs à 3 ans :

1. Ailettes de capuchon de bossage d'hélice (PBCF) – Réduire les pertes de vortex dans le moyeu de 2 à 4 % d'économie de carburant ; coûte environ 20 000 $ par hélice.
2. Stators de pré-tourbillon ou conduits d'égalisation de sillage – Améliorer l’afflux d’eau vers l’hélice ; économie typique de 4 à 7 % (par exemple, le conduit Mewis de Mitsubishi).
3. Système de lubrification de l'air (ALS) – Injecter des bulles d’air sous la coque ; permet d'économiser 5 à 12 % à la vitesse de conception . Silverstream Technologies rapporte une moyenne de 8,5 % sur 25 navires.
4. Renouvellement du revêtement de coque avec du silicone anti-salissures – Réduit la rugosité de 150 µm à 30 µm ; permet d'économiser 6 à 10 % de carburant. Appliquer tous les 60 mois.
5. Logiciel d'optimisation des garnitures – Le trim dynamique en temps réel réduit la résistance de 2 à 5 % ; retour sur investissement souvent <6 mois.

Les optimisations côté moteur incluent récupération de chaleur résiduelle (WHR) en utilisant des cycles Rankine organiques (ORC) – récupérant 8 à 12 % de l’énergie des gaz d’échappement – et déclassement (limitation électronique de la puissance maximale) pour faire fonctionner les moteurs à leur charge la plus efficace (généralement 75 à 85 % de la valeur nominale). Une étude de 2023 portant sur 50 vraquiers a révélé que la combinaison de l'ALS, du PBCF, de l'optimisation de l'assiette et d'un déclassement de 15 % permettait d'obtenir des résultats économies totales de carburant de 24 à 31 % sans changer le moteur principal .

Comment les normes d'émission pour les équipements portuaires de manutention des marchandises sont réglementées

Les équipements de manutention portuaire (CHE) – tracteurs de chantier, reach stackers, portiques sur pneus (RTG) et chariots élévateurs – relèvent de engins mobiles non routiers (NRMM) réglementations, pas les règles maritimes de l'OMI. Dans l'UE, Étape V (Règlement (UE) 2016/1628) s’applique depuis 2019, plafonnant les particules à 0,015 g/kWh et les NOx à 0,67 g/kWh pour les moteurs > 56 kW. Aux États-Unis, Finale EPA Tier 4 (40 CFR Part 1039) impose des PM ≤0,02 g/kWh et des NOx ≤0,67 g/kWh pour les moteurs ≥56 kW, avec une mise en œuvre pleinement effective à partir de 2015.

Toutefois, les ports adoptent de plus en plus arrêtés locaux « port vert » qui vont au-delà des normes nationales. Par exemple, Plan d'action pour la qualité de l'air (CAAP) du port de Los Angeles exige 100 % de CHE à zéro émission d’ici 2030 – obligeant les opérateurs à passer à des unités électriques à batterie ou à pile à combustible à hydrogène. En 2025, 42 % des RTG de POLA sont électriques, avec des systèmes à pantographe ou à enrouleur de câble. Le California Air Resources Board (CARB) les applique via rapports mensuels d'exploitation et télématique embarquée , avec des amendes allant jusqu'à 10 000 $ par jour et par unité non conforme.

Pour les CHE diesel existants, les voies de conformité comprennent : remplacement du moteur avec une unité certifiée Stage V/Tier 4 (coût de 30 000 $ à 80 000 $), mise à niveau avec DOC DPF (filtre à particules à catalyseur d'oxydation diesel) permettant une réduction de 90 % des particules, ou repowering au lithium-ion électrique – qui a un coût initial plus élevé (150 000 $ pour une conversion de chariot élévateur) mais réduit les coûts d'exploitation de 70 % grâce à l'électricité par rapport au diesel. Les autorités portuaires proposent généralement incitations pour les équipements à faibles émissions : par exemple, le programme A-Sub du port de Rotterdam prévoit un cofinancement de 40 % pour les rénovations CHE à zéro émission.