Bateaux électrique 1/3
Motorisation électrique pour bateaux (1/3) - Généralités
30 MARS 2021
Rédigé par François Meyer - ActuNautique Magazine
Comparer un moteur à explosion, essence ou diesel, avec un autre électrique ne revient pas à mettre en parallèle les chiffres de puissance et de couple.
D’autres paramètres entrent en ligne de compte et permettent de comprendre les ordres de grandeur et les choix des moteurs électriques de navires de plaisance.
Puissances, couple et régime
Le régime moteur, exprimé en tours par minute, ou tours/minutes ou RPM, correspond au nombre de révolutions par minute effectuées par le vilebrequin.
La puissance maximale d’un moteur, exprimée en chevaux (Ch ou HP) représente la puissance maximale enregistrée au banc au régime moteur le plus élevé. C’est le produit du couple par le régime moteur.
Le couple représente la force de torsion qu’imprime le mouvement de rotation d’un moteur à un axe.
La puissance spécifique, exprimée en kw/kg, représente la puissance d’un moteur rapportée à sa masse.
Les moteurs diesel
Sur les moteurs diesel, la puissance maximale est obtenue entre 2800 et 3000 RPM suivant les moteurs.
Le couple maximal évolue, selon une courbe, du régime du ralenti (800 RPM) au régime maximal (2700 RPM). Il atteint sa valeur maximale entre 1800 et 2000 RPM pour n’augmenter que lentement dans les hauts régimes.
Dans la pratique, on utilise ces moteurs entre 1500 et 2000 RPM pour favoriser le couple et ménager leur mécanique.
On n’utilise ainsi le moteur diesel pour son couple et non pas pour sa puissance maximale, celle-ci étant située trop haut dans les tours.
Cette différence de “localisation” du couple et de la puissance dans l’échelle des tours minutes d’un moteur diesel contribue à les surdimensionner.
C’est pourtant la puissance maximale qui est utilisée pour comparer les moteurs entre eux.
La puissance spécifique d’un moteur diesel atmosphérique s’établit à environ 4 kg/HP. Les moteurs diesel sont lourds.
Les moteurs électriques
Sur ces moteurs, le couple maximal est disponible instantanément, quel que soit le régime.
La puissance maximale peut-être utilisée efficacement, sur une longue période, car elle ne met pas en danger la mécanique par sur-sollicitation.
Pour se l’imaginer, Michel Nave, Président de eNave Systems, distributeur d’Oceanvolt pour la France, compare son effet à celui d’un régulateur en voiture : on règle une vitesse, et lorsqu’on on décide d’accélérer au régulateur, tout se passe de manière relativement linéaire.
Il en va de même sur un bateau électrique, où les effets de la montée en régime sont linéaires, grâce à l’omniprésence du couple maximal dans la plage de régime utilisée.
D’autre part, la puissance d’un moteur est exprimée au vilebrequin, en aval de ce dernier, une partie de la puissance moteur est consommée par les pompes et l’alternateur.
Pour ces raisons, les motoristes électriques estiment que l’omniprésence de ce couple autorise le montage de moteurs offrant une puissance maximale inférieure de 40 à 50 %.
Lorsqu’on réalise qu’on utilise rarement la puissance maximale d’un moteur diesel, au risque de l’entendre hurler dans les hauts régimes, on comprend que cette valeur n’est pas de nature à comparer un moteur à un autre.
Dans le domaine de la navigation, c’est le couple qui revêt une importance élevée.
C’est cette valeur, ou sa résultante sur l’hélice, par poussée, qui peut être comparée intelligemment.
Pour cette raison, compte tenu de l’omniprésence du couple maximal à tous les régimes, les motoristes électriques comme Jeremy Bénichou de chez Torqeedo considèrent que le couple d’un moteur électrique équivaut à celui d’un moteur diesel trois fois plus “coupleux”. Le couple maximal d’un moteur diesel n’étant pas disponible sur toute sa plage d’utilisation.
Enfin, sur un moteur électrique, la puissance spécifique est de l’ordre d’1 à 2 kg par HP seulement. Les moteurs électriques sont relativement légers.
Rendement
Un moteur dissipe, disperse ou perd une partie de l’énergie qui lui est apportée et en transforme une autre partie en mouvement utile.
Le ratio entre l'énergie apportée et énergie utilisable est désigné rendement.
Le rendement influe sur le coût d’exploitation.
Le rendement d’un diesel
Les moteurs à explosion présentent de très mauvais rendements. Frottements, chaleur due aux explosions, dissipent une partie importante de l’énergie apportée :
30 % de l’énergie se dissipe sous forme de chaleur dans l’échappement.
30 % se dissipe sous forme de chaleur dans le refroidissement moteur (une partie de ces pertes réchauffe l’eau chaude sanitaire).
10 % se dissipe sous forme de chaleur dans l’air ambiant.
Au final, le rendement énergétique d’un moteur à explosion marin atmosphérique s’établit à environ 30 %.
Le rendement d’un moteur électrique
Ces moteurs, dont le nombre de pièces en mouvement est nettement plus faible, limitant d’autant les frottements internes, se caractérisent par des rendements beaucoup plus importants, de l’ordre de 80 à 90 %.
Autonomie au diesel
1 litre de diesel représente une quantité d’énergie brute d’environ 10 kWh.
Sur un bateau équipé d’un moteur diesel, le réservoir de carburant de 100 L représente ainsi une réserve d'énergie de 1000 kWh.
Compte tenu du rendement d’un moteur diesel, 30%, ces 1000 kWh contenus dans le réservoir représentent 300 kWh d’énergie produite en sortie de moteur.
Sur la base d’un moteur diesel de 25 HP (20 kW), les 100 L de gazole du réservoir d'énergie garantissent 15 h de fonctionnement à régime maximal (300/20).
Autonomie électrique
Un moteur électrique d’une puissance équivalente, comme le Torqeedo Cruise 10 ou l’Oceanvolt SD10, “corrigée” à 10 kW, consomme… 10 kWh à plein régime.
C’est toute la capacité des deux batteries recommandées par le fabricant. Ainsi, le réservoir d'énergie des batteries représente 1 h de fonctionnement à régime maximal.
Le poids d’un tel pack de batteries au Lithium, bien plus faibles que leurs homologues au plomb, représente 70 kg pour un prix de 10000€ TTC.
Ces paramètres de poids et de prix interdisent de régler le problème de l’autonomie uniquement en jouant sur la capacité des batteries.
