Cerfs-volants, cargos à voiles… Les bateaux du futur, c’est pour bientôt

À quoi ressembleront les bateaux du futur ? La question se pose, tant le secteur multiplie les promesses. Objectif : tenir la trajectoire climatique de neutralité carbone, que l’Organisation maritime internationale vise officiellement « avant ou vers 2050 », sans renoncer à ses désirs de croissance.

En 2019, 11 milliards de tonnes de marchandises ont traversé les océans sur quelque 100 000 navires. Chaque année, la marine marchande émet pas moins de 919 millions de tonnes de CO₂ dans l’atmosphère, soit 3 % des émissions mondiales. Ce bilan pourrait encore s’alourdir : si rien n’est fait, les experts du secteur s’attendent à ce qu’il augmente de 50 % d’ici 2050. Le trafic maritime pourrait en effet tripler d’ici cette échéance, selon l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE).

Pour tenir ces perspectives de croissance fulgurante avec le changement climatique, le secteur envisage différentes solutions. Le fioul doit notamment être massivement remplacé par des e-carburant « propres », à base d’hydrogène vert, avec des volumes probablement largement surestimés, soulignait récemment Reporterre.

Autre piste largement vantée dans la communication des armateurs : utiliser l’énergie propre, gratuite et illimitée du vent pour propulser les navires. Voiles souples ou rigides, rotors et kites se multiplient avec l’ambition de réduire d’autant la consommation de carburant de la marine marchande. Environ 45 % des navires pourraient être équipés de propulsions par le vent d’ici 2050, selon l’Agence de la transition énergétique (Ademe).

Pour faire le tri de ce nouveau bestiaire de solutions véliques et de bateaux à voile du futur, Reporterre a classé et évalué les atouts des quatre principales technologies en cours de déploiement. Il en ressort une évidence : si elles constituent de précieuses alliées pour la décarbonation, aucune de ces nouvelles voiles ne pourra exonérer le trafic maritime de repenser drastiquement son organisation et ses ambitions de hausse du trafic mondial.

1- Les cerfs-volants des mers : les plus pratiques, les moins puissants

Les cerfs-volants sont-ils l’avenir de la marine marchande ? C’est en tout cas la thèse des promoteurs de kites, comme l’allemand Skysails, le nantais Airseas avec son projet Seawing (récemment racheté par un armateur japonais) ou encore Beyond the Sea, fondé en 2014 par le navigateur français Yves Parlier.

Leur idée est simple : tracter cargos, tankers et autres porte-conteneurs grâce à de gigantesques cerfs-volants placés à la proue des navires. Inspirée du kitesurf, la méthode a déjà été testée avec succès sur des zodiacs, des navires de course, ainsi que sur Ville de Bordeaux, un roulier de 154 mètres de long transportant des pièces Airbus. D’ici 2026, Beyond the Sea espère mettre au point une aile de 400 m², ce qui permettrait de décarboner les marines « à beaucoup plus grande échelle  », espère son directeur général, Marc Thienpont.

L’usage d’un cerf-volant géant pourrait permettre aux cargos de réduire d’environ 20 % leur consommation de carburant. « Les kites viennent soutenir la propulsion existante. Un peu comme si quelqu’un poussait votre voiture et que vous pouviez relâcher un peu la pédale d’accélérateur », explique Marc Thienpont. Ils pourraient également être utilisés en complément sur les navires dont le vent est déjà le moteur principal, signale-t-il.

Parmi les principaux atouts des kites : contrairement aux autres types de voiles, ils n’encombrent pas les ponts des porte-conteneurs. La quantité de marchandises transportées peut donc rester la même, et les dizaines de milliers de bateaux de commerce déjà en service dans le monde pourraient les adopter sans modifier substantiellement leur architecture. Autre point positif : les cerfs-volants peuvent aller chercher le vent en altitude, là où il est plus fort et régulier. Ils peuvent également être utilisés à des allures très proches du vent. Leur fonctionnement est cependant optimal aux allures « portantes », c’est-à-dire lorsque le vent vient de l’arrière du bateau. On leur fait alors décrire des huit dans le ciel, ce qui leur crée leur propre vent et les rend encore plus efficaces.

Généraliser les cerfs-volants nécessiterait cependant — comme pour la plupart des solutions véliques — de former les marins. Les kites ne sont par ailleurs pas assez puissants pour remplacer, à eux seuls, le moteur des navires de commerce. Utilisés largement, ils seraient certes utiles pour réduire leurs émissions de gaz à effet de serre du secteur, mais insuffisants pour les ramener à zéro.

2- Les voiles « actives », dépendantes du moteur

Oubliez les voiles blanches déployées au-dessus des flots. Figurez-vous plutôt de gros cylindres en métal tendus vers le ciel : voilà les « voiles actives », qui équipent déjà une vingtaine de cargos à travers le monde et continuent de se développer. On en distingue deux types : les rotors (dont l’invention remonte aux années 1920) et les profils aspirés, testés dès les années 1980 par le commandant Cousteau.

Ces deux systèmes ont en commun d’avoir besoin d’une source d’énergie extérieure pour exploiter celle du vent. Le rotor utilise l’effet « Magnus », un phénomène aérodynamique étudié depuis le XIX^e siècle. Concrètement, on fait tourner cette tour de métal de plusieurs dizaines de mètres de haut à une vitesse rapide, grâce à un groupe électrogène ou un hydrogénérateur. Ce mouvement modifie l’écoulement naturel de l’air, crée une dépression et une surpression de part et d’autre du cylindre, et génère ainsi une poussée vélique. Le profil aspiré est quant à lui doté d’un ventilateur qui « aspire » le vent. Le changement de pression créé engendre, là aussi, une force propulsive.

Les promoteurs de ces solutions revendiquent de jolies économies de carburant : jusqu’à environ 25 % pour un profil aspiré et 30 % pour un rotor en conditions optimales, c’est-à-dire avec du vent de travers. Avec du vent arrière ou de face, ces systèmes s’avèrent moins efficaces. Cette difficulté peut être contournée grâce aux logiciels de « routage », qui adaptent la route en fonction des conditions météorologiques.

Principal avantage : très robustes et compacts, ces systèmes peuvent être installés sur des navires spécialement conçus pour eux, mais également en « rétrofit », c’est-à-dire sur les bateaux déjà existants. La durée de vie moyenne d’un cargo étant comprise entre 20 et 30 ans, « le potentiel de décarbonation est colossal », selon Arnaud Poitou, président de Farwind Energy, qui exploite l’énergie du vent en haute mer. À l’inverse des voiles en tissu, dont la marine marchande a « peu l’habitude », les pièces qui composent les voiles actives sont par ailleurs courantes à bord, signale Jérôme Védrenne, ingénieur recherche et développement au sein du bureau d’études Crain Technologies : « Il n’y a pas de saut technologique. En termes de maintenance, ce sont des choses que les gens du maritime savent déjà faire. »

Le moteur n’en reste pas moins indispensable à bord. « Faire du 100 % vélique avec un rotor, sur un cargo, ça me semble difficile », admet Arnaud Poitou. Les voiles actives n’influent par ailleurs ni sur la pollution sonore ni sur les collisions avec les cétacés. Déployées à grande échelle, elles pourraient rendre la marine marchande plus propre… mais pas plus rutilante.

3- Les cargos ailés, condamnés à la vitesse

Imaginez des ailes géantes, plantées à la verticale sur le pont de cargos marchands. De telles visions commencent à se concrétiser sérieusement : rien qu’en Europe, l’aile suédoise Oceanbird ou la britannique Windwings ont récemment fait parler d’elles, de même que leur concurrente française Oceanwings. Déjà opérationnelle, l’aile géante équipe notamment le cargo Canopée, qui a transporté des éléments de la fusée Ariane 6 de l’Europe à la Guyane. Hautes de 37 mètres, rétractables, orientables, les quatre ailes de Canopée permettent au navire de 121 mètres d’être propulsé jusqu’à 40 % par le vent.

Encore plus ambitieux : le projet de porte-conteneurs Williwaw, 160 mètres de long pour une capacité de 1 300 conteneurs (la moyenne actuelle des porte-conteneurs étant autour de 4 500, le plus gros dépassant les 24 000), veut atteindre 50 % de propulsion vélique grâce à six ailes construites par Computed Wing Sail. Citons également le projet Wisamo, porté par Michelin, qui met au point des ailes gonflables et rétractables au déploiement entièrement automatisé.

Avantages : les mâts en composite et acier et les membranes en polyester de ces ailes permettent d’atteindre des dimensions bien plus ambitieuses que les voiles classiques. « Pour de telles dimensions, les voiles souples n’ont pas les propriétés mécaniques nécessaires, sont trop lourdes et nécessitent de poser beaucoup de câbles qui encombreraient le pont. Pareil si on cherche à multiplier les petites voiles pour compenser, ça prendrait trop de place. À l’inverse, les ailes sont fines, génèrent une bonne portance et peu de traînées donc peu de risque de cabaner », c’est-à-dire de se renverser, explique Nils Joyeux, fondateur de Zéphyr & Borée, qui co-affrète le navire Canopée.

Revers de la médaille : ces ailes sont moins modulables que des voiles classiques. Elles sont faites pour fonctionner très bien « au près », soit avec un vent presque de face, mais le moteur reste indispensable et tourne à plein régime dès que le vent vient de l’arrière. Les pollutions liées au moteur, sonores notamment, ne sont donc que partiellement évitées. Pour maximiser l’utilisation des ailes, le navire doit en outre avancer à vive allure, car cela accentue le « vent apparent » venant de l’avant. Cette technologie condamne ainsi à la vitesse (Canopée revendique 16 nœuds de moyenne), ce qui fait tout de même beaucoup de contraintes pour profiter de la propulsion vélique…

4- Les petits voiliers, hérauts de la lenteur

Et si l’on revenait, vraiment, aux bateaux à voiles ? C’est le pari fait par de plus en plus d’entreprises, à l’instar de la bretonne Grain de Sail, qui affrète des navires propulsés uniquement par le vent et transportent ses marchandises à travers l’Atlantique. La principale contrainte est de taille : leur premier cargo fait 24 mètres de long. Towt, autre héraut du transport à la voile, repousse les limites avec un voilier-cargo de 80 mètres. De quoi charger 1 100 tonnes de marchandises. Un bond de géant comparé aux 50 tonnes du voilier Grain de Sail, mais encore bien loin des plus de 60 000 tonnes, en moyenne, des porte-conteneurs modernes…

Les limites mécaniques propres aux voiles souples textiles ne permettront jamais d’atteindre ce gigantisme, ni la vitesse des navires propulsés au fioul. Pour autant, ces voiliers tirent aussi profit de leur taille réduite : ils peuvent s’amarrer à des infrastructures plus petites et décharger leur fret dans des ports moins saturés que ceux réservés aux porte-conteneurs extralarges. Dépendre des vents n’est pas non plus un handicap : les alizés fournissent des vents portants réguliers et les prévisions satellitaires de pointe les aident à optimiser leurs trajectoires.

« Ce qui compte, pour les clients, c’est le délai de l’entrepôt de départ à l’entrepôt d’arrivée. Sur une transatlantique, cela peut prendre 25 à 30 jours pour une compagnie fossile et 21 jours pour nous, grâce à notre agilité d’exploitation, notre indépendance vis-à-vis des terminaux avec mégagrues de déchargement complètement congestionnées », assure Guillaume Le Grand, fondateur de l’armateur vélique Towt.

Quasiment dépourvus de moteur (Towt assume d’y recourir quelques heures sur le trajet en cas de besoin), ces petits voiliers sont imbattables d’un point de vue écologique, affichant 90 à 97 % de réduction d’émissions de gaz à effet de serre, ainsi qu’une baisse drastique des particules polluantes, nuisances sonores et collisions marines. Avec une limite soulevée par tous les armateurs interrogés : les cargos-voiliers ne pourront pas prendre en charge les 11 milliards de tonnes de marchandises traversant chaque année les océans. Un retour à une marine marchande durable nécessitera forcément de réduire la voilure.