L'hybridation électro-hydrogène

Les moteurs électriques du bateau sont alimentés par une source d'énergie hybride : d'un côté une pile à combustible de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), comme le REXH₂® d'EODev, et de l'autre des batteries (LiFePO₄).

La pile à combustible fournit la puissance moyenne nécessaire à la propulsion du navire, et les batteries vont fournir les pointes de puissance. Le rendement global s’en trouve amélioré car la pile fonctionne ainsi sur son point de fonctionnement optimal, avec 60 % de rendement. Si l’on compare à une motorisation Diesel, le rendement global est de ce dernier est de l’ordre de 30 %, avec des pertes en chaleur double. De plus, le diesel doit être dimensionné pour la puissance maximum crête. La solution hydride hydrogène permet, comme un véhicule PHEV (Plug’in Hybrid Electric Vehicle), de faire des services courts en 100% électrique sur batterie, et des services longs avec l’apport énergétique de l’hydrogène.

L’hydrogène est stocké dans des réservoirs en fibre de carbone, sous une pression de 350 ou 700 bars. Les avantages par rapport aux autres options sont les mêmes que l'on retrouve à bord du bateau Energy Observer : zéro émissions (ni CO₂ ou particules fines), silencieux, une plus grande puissance et une meilleure autonomie qu’avec une solution tout batterie.

La pile à combustible et les batteries sont connectées en parallèle sur le réseau de tension alimentant les moteurs. La pile à combustible ne peut que fournir de la puissance alors que la batterie peut en fournir aux moteurs ou en recevoir de la pile. Les batteries ont pour rôle de répondre aux appels de puissance des moteurs, pour palier au temps de réponse relativement faible de la pile et lui fournir la puissance supplémentaire pour atteindre la vitesse maximale du bateau. La pile est dimensionnée pour faire avancer le bateau sur sa vitesse nominale, donc de croisière, et donc de la puissance moyenne nécessaire sur l’exploitation du navire. Les pics de vitesse, d’une durée relativement courte, sont assurée par les deux sources ensemble. Dimensionner la pile à combustible sur la puissance maximale réduirait la compacité de la chaine de propulsion. Un algorithme de gestion de l’hybridation est donc développé pour optimiser le fonctionnement de l'ensemble du système.

Les batteries sont dimensionnées en fonction de la puissance maximum intermittente ou en énergie en fonction de l’autonomie sur batteries souhaitée. Bien sûr le poids, l’encombrement et le prix constituent une limite qui peut amener à reconsidérer les besoins en puissance et en énergie. Mais toutes les configurations sont possibles en fonction du profil d'utilisation.

Dans un bateau diesel-électrique, le gasoil est la source d’énergie, le moteur thermique transforme l’énergie chimique du gasoil en énergie mécanique. Dans une hybridation hydrogène, l’hydrogène est la source d’énergie, la pile à combustible transforme l’énergie chimique de l’hydrogène en énergie électrique, le moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique. On peut dire que le gasoil est remplacé par de l’hydrogène et une pile à combustible, et le moteur thermique remplacé par un moteur électrique. Il faut noter que l’hydrogène n’est pas une source d’énergie fossile comme le gasoil, mais un vecteur énergétique. Du point de vue de l’utilisateur du bateau, l’hydrogène remplace le gasoil, mais d’un point de vue macro-économique, c’est l'ensemble « réseau électrique + hydrogène » qui remplace le gasoil.