Energy Observer

Energy Observer suspendu lors de sa mise à l'eau dans le port de Saint-Malo.

Energy Observer se dit laboratoire flottant, en testant un nouveau type d'architecture énergétique[6] avec un système qui allie trois sources d'énergies renouvelables (solaire, éolien et hydrolien) et deux formes de stockage (batteries pour le court-terme et hydrogène pour le long terme). Le navire a la particularité de produire l'hydrogène à bord[3] grâce à l'électrolyse de l'eau de mer. Les ingénieurs testent les différentes briques technologiques séparément afin de les faire fonctionner le mieux possible ensemble. L'autonomie énergétique complète est le défi que cherche à relever ce navire expérimental. Chaque année, le navire passe en chantier afin de tirer les enseignements des navigations écoulées et de remplacer ou optimiser les technologies existantes[7].

Au cours de ses escales, l'équipage d'Energy Observer part à la rencontre de porteurs de projets afin de mettre en avant des solutions concrètes pour atteindre les objectifs de développement durable. Ces contenus vidéos sont ensuite partagés sur une plate-forme vidéo dédiée.

Lors de certaines escales, le navire est accompagné par un village événementiel gratuit destiné à l'accueil du grand public pour le sensibiliser au changement climatique, pour expliquer les technologies embarquées et diffuser les contenus documentaires réalisés pendant l'expédition. Lors des escales, le village[8] met en place la réalité virtuelle et des projections à 360 degrés[9].

L'expédition est menée par deux hommes, Victorien Erussard, capitaine et fondateur du projet, ancien coureur au large et officier de marine marchande. Mais aussi, Jérome Delafosse, chef d'expédition, scaphandrier professionnel et réalisateur de documentaires[10].

L'équipage d'Energy Observer est composé de 4 à 10 personnes selon les navigations. Il réunit plusieurs corps de métiers avec des navigants issus de la course au large ou de la marine marchande, des ingénieurs et une équipe de tournage.

L'équipe à terre est répartie entre Paris, Saint-Malo et Grenoble. Elle est chargée de la veille technologique et de la recherche et développement des technologies embarquées, de la communication, de la gestion administrative du projet et des relations avec les partenaires.

Florence Lambert, directrice du CEA-Liten et marraine, Victorien Erussard, fondateur et capitaine, Jérôme Delafosse, chef d'expédition, Nicolas Hulot, Ministre de la transition écologique et solidaire et parrain. Le 14 avril 2017 à Saint-Malo à l'occasion de la mise à l'eau d'Energy Observer.

Les parrains du projet sont Florence Lambert, directrice du CEA-Liten, et Nicolas Hulot, ancien président de la Fondation pour la nature et l'homme et ancien ministre de l'Écologie[11].

Energy Observer est un projet multipartenaires[3] financé grâce au sponsoring et au mécénat.

En plus des partenaires financiers, le projet est accompagné par des partenaires technologiques et opérationnels, et soutenu par des partenaires institutionnels tels que l'Union européenne, l'UNESCO, le ministère de la Transition écologique et solidaire et l'IRENA.

En France, le navire est nommé le premier ambassadeur des « Objectifs de développement durable » par le ministère de la Transition écologique et solidaire[12] - [13]. Il a reçu le haut patronage du président de la République ainsi que le soutien de la Commission européenne, de l’Unesco et Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA)[14].

Energy Observer est une marque déposée par la société Energy Observer[15]. Le projet se diversifie en 2019 avec la création de la société Energy Observer Developments[16].

En février 2022, l'entreprise annonce la mise à l'eau à l'horizon 2025 d'un cargo capable de transporter 5.000 tonnes de marchandises avec zéro émission de CO2. Le cargo fonctionnera à l'énergie électrique, sera muni de batteries et de réserves d'hydrogène liquide. Son coût est estimé à 80 millions d'euros[17].

Conçu en partenariat avec une équipe d'architectes navals et le CEA-Liten de Grenoble, ce navire expérimental qui pèse 30 tonnes est la poursuite du projet du Cea-Liten avec le voilier Zero CO2, premier bateau autonome en énergie et sans émission de gaz à effet de serre, ni particules fines, propulsé aux énergies renouvelables et à l’hydrogène[18].

Le mix énergétique[19] est composé de trois sources de production d’énergie renouvelable :

• Solaire photovoltaïque : avec des panneaux solaires
• Éolien : 2 éoliennes à axe vertical, des ailes de traction, puis des propulseurs éoliens à axe vertical
• Hydrolien : grâce aux 2 moteurs électriques réversibles en générateurs permettant de produire 4 kWc chacun lorsque le bateau est tracté ou amarré dans une zone à fort courant

Et de deux systèmes de stockage :

• Batteries lithium-ion : 106 kWh
• Hydrogène : 62 kg comprimé à 365 bars, convertis en électricité grâce à une pile à combustible de 22 kW

Les panneaux solaires permettent de produire entre 50 et 150 kWh d'électricité par jour selon la saison et la latitude et intègrent différentes technologies :

• Conformable (cellules Sunpower) avec ou sans revêtement anti-dérapant.
• Bifacial : permettant de produire jusqu’à 30% d’énergie en plus grâce à la réverbération sur les surfaces blanches de la coque et sur la mer. Cette technologie a été réalisée en collaboration avec l’Institut national de l’énergie solaire à Chambéry. Elle est installée sur les ailes solaires latérales, l’aile solaire arrière ainsi que sur la verrière de la nacelle centrale.
• L’hétérojonction : les cellules utilisées pour les panneaux bifaciaux ont la particularité de combiner deux types de silicium grâce à l’hétérojonction, contrairement aux cellules classiques qui n’en utilisent qu’un seul. Cette configuration permet de convertir plus efficacement l’énergie solaire en électricité, avec un rendement proche de 24%, alors que les panneaux conventionnels ont un rendement de l'ordre de 19%[20].

Depuis 2020, le navire a 202 m² de panneaux solaires pour une puissance de 34kWc[21].

Les éoliennes d’Energy Observer ont été montées sur un axe vertical, contrairement aux éoliennes traditionnelles dont l’axe est horizontal. Ce format a été choisi car il est plus efficace pour récolter l’énergie de vents changeants et offre notamment un meilleur rendement à de basses vitesses de vent.

Les 2 éoliennes fonctionnent au mouillage ou en navigation, de jour comme de nuit. D’une puissance de 1 kWc chacune, ces éoliennes fournissent une énergie d’appoint lorsqu’il n’y a pas de soleil - jusque 5% de l’énergie totale récoltée par le navire, contre 95% pour les 23,7 kWc de panneaux photovoltaïques.

À la suite des divers essais, il s'avère que les deux éoliennes ont un rendement nul du fait de la prise au vent[22].

Le 18 avril 2019, Energy Observer est doté de 2 propulseurs éoliens automatisés à axe vertical. Chaque propulseur est une aile rigide dont la surface modulable peut atteindre 31,5 m². Les ailes peuvent pivoter à 360 degrés. Elles permettent de réduire la consommation des moteurs électriques[23], et même de les utiliser en tant que générateurs d'énergie[24].

Les deux moteurs ont chacun une puissance de 41 kW, soit une puissance totale de 82 kW (115 chevaux). Ces moteurs conçus par Phase Automation sont dotés d’un très haut rendement (97%), qui contribue à réduire les besoins du navire.

Ils sont réversibles, c’est-à-dire qu’ils peuvent devenir générateur d’électricité, à la manière d’une hydrolienne, pour générer 2 × 4 kWc. Ce mode peut être utilisé lorsque le navire est tracté (par un propulseur éolien par exemple) ou bien lorsqu’il est amarré dans une zone avec un fort courant (sur un fleuve).

À partir de 2020, ces moteurs sont couplés à des hélices à pas variable[21].

Les batteries Lithium-ion pèsent 1,4 tonne (75 Wh/kg contre 260 Wh/kg pour l'avion Solar Impulse 2).

Bien que très important, le poids n’est pas le premier élément de choix à bord d’Energy Observer où les ingénieurs ont d’abord choisi l’étanchéité et la solidité du système.

Energy Observer utilise l’hydrogène comme moyen de stockage, pour prolonger l’autonomie du bateau la nuit ou lorsque les conditions météorologiques ne sont pas favorables.

L’hydrogène est produit à bord grâce à une chaîne de production d’hydrogène complète installée dans les flotteurs du navire, qui permet de désaliniser, purifier, électrolyser, comprimer et enfin stocker l’hydrogène dans 8 réservoirs. Pour le tour de l'Europe du Nord, grâce aux propulseurs éoliens, il est possible de produire de l'hydrogène pendant la navigation[25].

L’hydrogène est ensuite converti en électricité grâce à la pile à combustible, conçue et fabriquée par le CEA-Liten[26]. En 2020, cette pile est complétée avec une pile développée par Toyota[27].

L'ensemble de la chaîne hydrogène (électrolyseur, compresseur, pile à combustible) a un rendement d'environ 30%, contre 90% pour la batterie. La batterie est donc utilisée comme système de stockage court terme (alternance jour/nuit), le système à hydrogène sert quant à lui de prolongateur d’autonomie (stockage long terme). La chaîne hydrogène pèse 2,1 tonnes.

Nota bene : Les données de navigation pour Energy Observer sont issues de collecteurs de données[40] - [41] du Système d'identification automatique.

Le Tour de France permet de fiabiliser les technologies du navire, et d'animer un village pédagogique itinérant qui accueillera 100 000 visiteurs[42].

Après son baptême à Paris[43], Energy Observer navigue vers Boulogne-sur-Mer et Cherbourg[44].

À Nantes, Energy Observer navigue avec le Jules Verne II (transport en commun à hydrogène)[45]. Le navire produit de l'hydrogène à partir de l'eau de la Loire[46].

Il passe par l'île d'Yeu et La Rochelle, et essaye une aile de traction de 50 m²[47].

L' équipe met en route la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau de mer en naviguant vers Bordeaux[48].

Il passe par Royan, puis se dirige vers les eaux ibériques en passant par Donastia. Energy Observer contourne la péninsule ibérique avec le passage du détroit de Gibraltar [49] puis arrive à La-Seyne-sur-Mer[50].

Il va ensuite à Marseille où il est amarré au pied du MUCEM[51]. A Monaco, le navire fait une sortie avec SAS Le Prince Albert II et Bertrand Piccard à bord[52].

Le Tour d'Europe du Nord permet de valider les ailes de propulsion. Équipé de celles-ci, le navire peut produire de l'hydrogène tout en naviguant. Il permet également de valider plusieurs technologies dans des conditions extrêmes.

Les étapes du Tour d'Europe du Nord

Destination	Du	Au	Commentaire
BelgiqueAnvers	18/03	21/03	Le 18 mars 2019, Energy Observer quitte Saint Malo à destination d'Anvers[66]. Il atteint la destination 3 jours plus tard[67].
Pays-BasAmsterdam	02/04	04/04	Le 2 avril, le navire passe et salue La Haye avant d'atteindre Amsterdam[68]. Durant cette escale, il est équipé d'une paire de propulseurs éoliens le 18 avril[69].
AllemagneHambourg	22/04	25/04	Le 22 avril, Energy Observer quitte le port d'Amsterdam puis navigue vers Hambourg qu'il atteint le 25 avril[70].
DanemarkCopenhague	13/05	15/05	Energy Observer quitte Hambourg le 13, navigue dans le canal de Kiel et passe à Holtenau. Il continue sa route vers le Danemark, avec une pause face à Ballen île Samsø (entièrement autonome en énergie). Le 15 mai 2019 au soir, Energy Observer atteint Copenhague pour une escale officielle[71].
SuèdeStockholm	20/05	24/05	Le 20 mai, il se met en route vers la Suède. Le 22 mai, il passe à Kalmar, navigue ensuite entre les îles de l'archipel de Stockholm qu'il atteint le 24 mai.
FinlandeHelsinki	04/06	06/06
EstonieTallin	11/06	12/06	Energy Observer arrive à part d'Helsinki le 11 juin pour naviguer vers Emäsalo, Axalö puis Tallinn.
RussieSaint-Pétersbourg	14/06	16/06
EstonieKunda	21/06	22/06	Energy Observer s'arrête à Kronstadt avant de rejoindre sa destination.
EstonieTallinn	23/06	24/06
EstonieKärdla	25/06	26/06	Energy Observer s'arrête à Kronstadt avant de rejoindre sa destination.
SuèdeVisby	27/06	30/06
SuèdeKalmar	30/06	01/07
SuèdeSimrishamn	03/07	04/07	Sur sa route, Energy Observer salue la forteresse de Kurrholmen (sv).
DanemarkCopenhague	05/07	06/07
NorvègeTromsø	07/07	27/07	Le 10 juillet, le navire est à proximité de Kristiansand et repart le 11 juillet.
NorvègeLongyearbyen	02/08	10/08	Le 6 août, Energy Observer navigue à proximité de la pointe sud de l'Île aux Ours. Il atteint le sud du Spitzberg le 8 août 2019.
NorvègeTromsø	11/08	18/08	Energy Observer passe par Pyramiden avant de naviguer au sud pour retourner vers les côtes continentales de la Norvège.
NorvègeBodø	26/08	29/08	Durant son escale, le navire fait une excursion vers l’île voisine de Store Hjartøya.
NorvègeRørvik	31/08	02/09
NorvègeÅlesund	04/09	06/09
ÉcossePeterhead	19/09	22/09
ÉcosseAberdeen	27/09	27/09
AngleterreLondres		03/10	Le 3 octobre 2019, Energy Observer arrive à Londres, dernière escale du Tour d'Europe du Nord.
FranceSaint-Malo	14/10		Energy Observer repart pour Saint Malo, via Dunkerque et Cherbourg.