Applications des PAC aux bateaux, réalisations en cours.

Applications des PAC aux bateaux,
réalisations en cours.
Jean-François Affolter (1), Piero Mariotti(2) ,
Ecole d’ingénieurs du Canton de Vaud - EIVD, HES-SOi
1, rte de Cheseaux
1400 Yverdon-les-Bains / Suisse
[email protected]
Mots-clés : Pile à combustible, bateau électrique, réglage, environnement
Résumé
On peut offrir à la navigation un maximum de confort, fiabilité, silence, absence de
pollution et respect de l’environnement, avec les piles à combustibles.
Ce besoin écologique est de plus en plus fort sur les lacs et les canaux suisses (et
européens) car les restrictions pour la navigation dite thermique sont de plus en plus
nombreuses. En effet, l’eau et ses biotopes sont facilement perturbés par la pollution et
servent de réserves d’eau potable. L‘utilisation de bateaux électriques s’avère une solution
idéale.
Après avoir réalisé plusieurs embarcations pilotes, un nouveau bateau est en construction.
Ces démarches permettent des essais de fonctionnement, de réglage et des mesures en
service réel, aussi bien que la promotion de cette technologie en touchant un large public
au moyen de démonstrations. Un autre exemple est l’utilisation d’une pile à combustible
comme alimentation électrique d’un voilier de course.
Ces applications s’avèrent aussi un excellent moyen didactique pour l’enseignement de
l’énergétique et des nouvelles technologies de production d’électricité à nos étudiants.
1. Introduction
Ces développements, réalisés à l’aide du financement de l’Office Fédéral Suisse de l’Energie (OFEN)ii, ont
comme objectif d’utiliser les piles à combustibles (PAC) dans des conditions pratiques d’application et de
vérifier leur comportement dans d’autres conditions que celles des laboratoires. Un autre but est d’apporter des
solutions alternatives à la navigation dite « thermique » avec des bateaux respectant l’environnement et
favorables au développement durable. En effet, si l’énergie est un problème de demain, l’eau aussi car ses
biotopes sont facilement perturbés par la pollution et servent de réserves d’eau potable.
Et finalement, mais non des moindres, permettre aux industriels et étudiants intéressés de prendre
connaissance de ces nouvelles technologies, afin d’en faciliter les perspectives d’utilisation.
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professeur à l’EIVD
ingénieur HES à l’EIVD
Application des PAC aux bateaux
2. Projets antécédents
De nombreux projets [2,3,4,5,6], certains illustrés ci-dessous, nous ont déjà permis de tester plusieurs piles à
combustibles PEM de 100W, 300W et 2 kW dans différentes situations depuis 1998.
Figure 1 : Projets antécédents de bateaux mus par piles à combustibles
Ces projets nous ont permis d’explorer les différentes possibilités d’utilisation des piles à combustibles,
d’élaborer des stratégies d’exploitation et de réglages, lesquels ont une grande importance pour un
fonctionnement correct de la pile et l’obtention de bons rendements.
3. Spécificités liés à l’application de piles à combustibles sur les bateaux
Suite à ces différentes expériences « marines », on peut décrire certaines spécificités concernant l’application
des piles aux embarcations : Ce sont en particulier les problèmes de gestion de l’énergie, de sécurité,
d’humidité et de stockage de l’hydrogène. Ces problèmes sont assez identiques à ceux que rencontrent les
développeurs du domaine de l’automobile. Cependant, les problèmes de poids, de refroidissement et de place
sont moins cruciaux.
4. Projet en cours
Les expériences réalisées avec succès lors de ces projets ont soulevé beaucoup d’intérêt dans les milieux
nautiques. Ces nouveaux projets permettent l’expérimentation de techniques développées en fonction des
problèmes soulevés dans les essais précédents.
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Application des PAC aux embarcations…
Actuellement, une nouvelle pile de 3 kW, conçue par PSIiii/EPFZ, construite en collaboration avec la HTABienneiv et l’EIVD est appliquée au bateau de type loisirs familial suivant :
Bateau « Hydroxy3000 » :
Figure 2: Hydroxy3000, PEM 3 kW
Ce bateau est le prototype d’un modèle électrique commercialisable pour les lacs et canaux. Il est construit en
collaboration avec l’entreprise MW-Line.
Bateau « BranecIII » :
Figure 3: Branec III, PEM 300W (APU)
Le Branec III est un voilier de course participant à la « route du Rhum » (St Malo – Pointe à Pitre) équipé de la
pile à combustible de 300W. Il s’agit de tester la pile dans les conditions maritimes sévères, de comparer son
service à un groupe générateur diesel classique et d’examiner les contraintes maritimes pour l’utilisation de ce
matériel. Cette solution d’APU (auxiliary power unit) intéresse de nombreux voiliers.
5.
Conclusions
Pour beaucoup de raisons, les bateaux électriques ont un avenir certain, sur les lacs, les canaux et sur/sous les
océans [8]. Nos projets confirment que l’application des piles à combustibles aux bateaux soulève un grand
intérêt dans les milieux nautiques. Ces personnes sont sensibles à l’environnement et la réponse des piles à
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Application des PAC aux bateaux
combustible doublée d’une motorisation électrique les séduit immanquablement face au moteur thermique
classique.
Un point faible de ces développements est, pour l’instant, le coût et l’accessibilité de ces technologies. On
constate néanmoins qu’en étudiant soigneusement l’ensemble du système énergétique, on peut se rapprocher
singulièrement du coût de bateaux existants au niveau « marginal ». Le coût et l’accessibilité des technologies
vont de toute façon s’améliorer dans les prochaines années.
Ces projets représentent aussi un moyen très intéressant d’enseigner l’énergétique à nos élèves, qui voient
leurs études et réflexions prendre forme dans des développements concrets et attractif.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier sincèrement les organes finançant ces développements : L’Office fédéral de
l’énergie, l’association des électriciens romands et la HES-SO par le biais de son centre de compétences
« Energies ». Les entreprises offrant des contributions matérielles sont aussi chaleureusement remerciées :
Leclanché SA, Beckoff Automation et MW-Line. De même les partenaires de constructions, étudiants et
assistants pour leurs contributions et travaux respectifs.
Références
[1] D. Cicio, « Conception d’un bateau à pile à combustible », diplôme EIVD 1998
[2] JF Affolter, « Rapport annuel pour l’office fédéral de l’énergie 1999 : Projet Pilote d’une petite
embarcation mue par pile à combustible de 300 W », EIVD 1999
[3] P.Mariotti-N, « Réalisation d’un bateau à pile à combustible », diplôme EIVD 1999
[4] P Favre, D Cicio, JF Affolter, « Fun boat powered by a fully automatic fuel cell »,
EuropeanFuel Cells Forum, Lucerne, 1999.
[5] OFEN 1999, Consortium Alpha, projet B3A/B3B, PSI/MW-Line
[6] JF Affolter, « Swiss Fuel Cell Passenger and Pleasure Boats», proc. Portable fuel cells, Lucerne 2000
[7] « Propeller-berechnung », revue PLASTEK 4/98
[8] « Le navire tout électrique», dossier, Revue de l’électricité et de l’électronique, octobre 2000
Un aperçu des développements peut être consulté sur le site internet suivant :
http://www.eivd.ch/labos/cense/projet/p_didactique.html
i
Haute Ecole Spécialisée de Suisse Occidentale
OFEN : Office fédéral de l’énergie
iii
Paul Scherrer Institute
iv
HTA-Bienne : Haute école spécialisée du canton de Berne à Bienne
ii
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