Moteur bateau électrique (2/3)
- Le 100% électrique
31 MARS 2021
Rédigé par François Meyer - ActuNautique Magazine
Une motorisation silencieuse, ne produisant pas de vibrations, sans odeur et dont le plein ne coûte à peu près rien, n’est-ce pas le rêve de tout plaisancier ?
Au-delà de cette image idyllique, quels sont les programmes de navigation, solutions et contraintes de motorisation d’un navire de plaisance 100% électrique ?
Dossier spécial bateau motorisation électrique :
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Motorisation électrique pour bateaux (1/3) - Généralités sur les bateaux électriques
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Moteur bateau électrique (2/3) - Le 100% électrique
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La plage de puissances disponibles
La puissance des moteurs électriques du marché est limitée par la capacité des batteries nécessaires à leur fonctionnement. En effet, il faut réaliser qu’une motorisation de Bénéteau Flyer 10, 2 x 350 HP hors-bord, représente, comme nous l’avons compris dans notre article précédent, une motorisation électrique de 250 kW en 48 V. Pour faire fonctionner un tel moteur 1 heure, ce ne sont pas moins de 125 batteries Lithium de 2 kWh qui seront nécessaires. 125 !
Haute tension/basse tension ?
La formule de la puissance (P; P=UI), en électricité, relie le Voltage (U) avec l’intensité (I). Les systèmes électriques de motorisation sont basés sur des moteurs fonctionnant en 24 ou 48 V pour les versions basse tension et 400 V pour celles à haute tension.
Torqeedo développe et défend les installations haute tension à bord des navires de plaisance et s'appuie sur un partenariat avec le constructeur bavarois BMW, qui l'approvisionne en batteries.
Il faut bien comprendre le lien entre puissance et voltage. Une batterie d’une capacité de 1 kWh en 400 V “contient” autant d'électricité qu’une de 9 kWh en 48 V.
Les systèmes haute tension autorisent ainsi un stockage de davantage d’énergie dans un même volume que les systèmes basse tension. En revanche, ces systèmes haute tension, sont plus coûteux à réaliser et à maintenir et présentent un danger plus important en cas de dysfonctionnement.
Les fortes puissances des bateaux à moteur sont dictées par la volonté de les voir déjauger, pour planer et atteindre des vitesses élevées. Compte tenu de la contrainte "batteries", les puissances des moteurs électriques basse tension de la plaisance s'établissent entre 2 et 60 kW (équivalent 5 à 170 HP thermique), et il est exclu donc de motoriser avec ces derniers toute embarcation rapide en dehors de certains foilers.
Pour propulser une embarcation rapide conventionnelle, il faudra se tourner vers une solution “haute tension”, en 400 V dont l'installation n’est pas à la portée de n’importe quel atelier de mécanique/électricité nautique.
L’importance de la carène
Seules certaines carènes déjaugeant rapidement ou certains foiler électriques comme les Bow-riders tout carbone du suédois Candela réussissent à résoudre l’équation vitesse et propulsion électrique. Les foilers de Candela réduisent leur traînée de 80% par rapport à un hors-bord conventionnel. La surface mouillée de la coque joue fortement sur la question.
C’est ainsi que les coques de voiliers rapides, des catamarans rapides, des trawlers, des carènes à déplacement, dont le but n’est pas de planer, sont bien adaptées à ce type de motorisation, lorsqu'on ne recherche pas la vitesse de déjaugeage.
L'hydrogénérateur, un principe favorable aux voiliers
Un moteur électrique marin, lorsqu’il est monté sur un voilier naviguant sous voiles, produit de l’énergie quand l'hélice est entraînée par la vitesse du bateau. C’est le principe de l'hydrogénération, la dynamo à eau ! Les hydrogénérateurs purs ne sont que de moteurs électriques ne délivrant pas de propulsion.
Sur un voilier, l'hydrogénération générée par un moteur électrique est proportionnelle à sa puissance. Sur un moteur de 15kW elle peut représenter environ 200 et 400 voire 500 Wh.
Sur 10 h de navigation, ce sont 2 à 5 kWh de produits. C'est loin d'être négligeable.
Les carènes rapides sont une fois encore favorisées, car, plus la vitesse sous voile est élevée, plus la production d'électricité le sera. Selon Michel Nave, de la société eNave Systems, représentant exclusif d’Oceanvolt en France, la différence de production en Wh passe du simple au triple entre 5 et 8 nœuds.
Le choix du tout électrique, un choix à raisonner
Choisir le tout électrique, compte tenu des contraintes de poids et du prix des batteries, c’est choisir une autonomie à vitesse maximale comprise entre une et deux heures dans le meilleur des cas. Sur les carènes à déplacement, la vitesse maximale, c’est la vitesse de coque, elle s’établit entre 6 et 8 nœuds suivant les longueurs. Ça ne signifie pas que ces bateaux soient incapables de dépasser cette vitesse, ils le peuvent, mais en planant, surfant ou jaugeant, au prix d’un très important surcroît de puissance.
Sur le plan de la sécurité, enfin, choisir un 100% électrique c’est demeurer dans les limites d’un programme bien défini. Les batteries, réservoir d'énergie, offrant une capacité bien plus faible qu’un réservoir de gazole ou d’essence.
L’autonomie limitée des bateaux 100% électriques laisse relativement peu de place à l’impondérable que l’on peut rencontrer en croisière. Laisser passer une dépression, et perdre du temps, ou profiter d’une zone ventée optimisant vitesse et hydrogénération, mais nécessitant de se dérouter, sont des options difficiles à concilier avec des emplois du temps serrés.
Le tout électrique, un choix onéreux
Quand on peut acheter un moteur diesel pour 6 000 à 10 000 € hors installation, une motorisation 100% électrique s’avère nettement plus onéreuse. Le coût des batteries demeure élevé en technologie Lithium. D’après Jérémy Bénichou (Torqeedo), les tarifs des batteries s’établissent entre 700 et 1000 €/kWh TTC et le prix des installations dépasse allègrement les 30 000 €.
C’est un argument. Mais une Tesla modèle X ou S n’est-elle pas facturée 100 à 120 000 €, conclut-il ?
Si l’argument économique demeure, pour le moment, défavorable à l’électrique, l’argument écologique et moral lui est favorable !
Pour finir, prenons l’exemple quelques navires de plaisance réalisés en 100 %
électrique.
Le Naviwatt ZenPro 580, un semi-rigide électrique de 5,80 m, est motorisé par un moteur hors-bord électrique Torqeedo de 50 kW, haute tension, correspondant à 80 HP essence. Doté d’une batterie d’origine BMW de 40 kWh, le bateau est capable de pointes à 25 nœuds et se recharge au quai, sur une prise 220V/16A. Beaucoup plus fort, son couple élevé lui permet de tracter des navires de 15 tonnes, 20 fois son propre poids ! Il est utilisé en assistance à l’amarrage par le port de la Ciotat, quelques heures par jour et l'autonomie est largement suffisante, et autorise un chargement 1 ou 2 fois par semaine.
Le Loxo 32 Electric de Pogo Structures, est un bateau à moteur basé sur une carène de voilier, léger, moins de deux tonnes à vide, propulsé par deux moteurs Oceanvolt de 15 kW (48 V) , 30 kW en tout (équivalents à 80 HP diesel) chacun, branchés sur 53 kWh de batteries.
L’installation, réalisée par eNave Systems, donne à ce bateau une autonomie de 28 NM à 12 nœuds, 33 NM à 10 nœuds et 44 NM à 8 nœuds. La capacité des batteries représente un peu moins de deux fois la puissance moteur et offre au bateau 2 h de marche à vitesse maximale.
Difficile d’envisager d’augmenter considérablement le parc batterie moteur pour des raisons de poids (environ 7 kg par kWh) et d’encombrement mais aussi de coût (entre 700 et 1000 € le kWh).
Un chargeur de quai permet de recharger les batteries en quelques heures. Le coût d’un tel système s'élève à 40 000 € hors installation.
Le Marsaudon ORC 42 (TS 42) tout électrique se prête parfaitement à la motorisation électrique. Ces bateaux, rapides et légers, vont vite et présentent relativement peu de surface mouillée. L'installation préconisée par Michel Nave d’e-Nave Systems, le distributeur Oceanvolt pour la France, comporte deux moteurs saildrive 48 V 15 kW et 30 kWh de batteries.
Autonomie à 6 nœuds, 60 NM. Vitesse maximale 10 nœuds. Entre 40 et 50 000 €.
Le Swan 43, 10 tonnes, électromotorisé par Oceanvolt, sort principalement en sortie à la journée ou au weekend. Il dispose d’un moteur sail drive de 15 kWh, de 15 kWh de batteries et d’un puissant chargeur de quai. Un système à environ 30 000 €.
Pour motoriser un voilier de série de 38 à 40’, un moteur de 10 kW offre le même couple qu’un diesel de 30 HP.
Un configuration Torqeedo “simple” comportant un moteur SD10 (10 kW) et deux batteries de 5kWh, un chargeur de quai adapté et le système de monitoring adapté représente un investissement de 20 000 € hors coûts d'installation chez Torqeedo d’après Jérémy Bénichou.
Le Frauscher 740 Mirage Air. Les Frauscher Mirage sont de luxueux dayboats électriques destinés à des sorties à la journée. Puissamment motorisés 60 ou 110 kW Torqeedo, haute tension, soient près de 300 HP thermique, ces beaux engins disposent d’une ou deux batteries BMW de forte capacité de 40 kWh. 80 kWh en 400 V représenteraient 540 kWh en 48 V, on comprend l’intérêt de la haute tension en termes d’encombrement et de poids !
Le plus rapide atteint les 35 nœuds, allure à laquelle son autonomie atteint les 20 NM. A 10 nœuds, l’autonomie atteint les 65 NM.
Le Salona 38, 11,60 m, 6200 kg lège motorisé avec un moteur Sail Drive Oceanvolt de 10 kW et 30 kWh de batteries, qui lui donne entre 5 heures d’autonomie à 4 nœuds et 3 h à 7 nœuds. 30 kWh, c’est un parc très important monté sur un voilier expérimental. Pour un tarif de motorisation frisant les 40 000 €.
Dans le domaine de la grande croisière, Jimmy Cornell a rencontré des difficultés lors du début de son tour du monde (projet Elcano) à bord d’un Outremer 45 tout électrique. Ce bateau rapide, disposant de tout le confort électrique (vitrocéramique, congélateurs, winches électriques…), motorisé électriquement par Oceanvolt, comptait uniquement sur ses panneaux solaires et sur son système d'hydrogénération pour alimenter ses batteries.
Si le système s'avère fiable en eaux abritées ou sans contrainte de temps, le programme de Cornell à base d'escale programmée l’a empêché de tirer profit de la météo pour naviguer à la voile dans des conditions optimales.
De plus, les hydrogénérateurs ne se comportent pas de la même manière en présence de houle que sur mer plate. Du coup, production électrique en baisse et mise en sommeil de certains équipements. A suivre au printemps.
