Janvier 2022

Le livre blanc de la propulsion des navires par le vent

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Synthèse du livre blanc

La propulsion des navires par le vent


Exploiter le vent pour propulser la flotte de navires marchands est une solution déjà disponible pour améliorer significativement l’empreinte carbone de ce secteur. La France possède une avance technologique et un écosystème favorable qui pourraient se transformer rapidement en une filière industrielle d’exception grâce à un soutien public et privé approprié. La course pour décarboner l’économie étant engagée mondialement, de nombreux acteurs en Asie et en Europe du Nord se positionnent sur la propulsion des navires par le vent. L’offre française doit donc se démarquer rapidement et fortement pour être créatrice d’emploi et contribuer significativement à un transport maritime plus propre.

Wind Ship vous propose de découvrir, grâce à son livre blanc, les fondamentaux de la propulsion des navires par le vent : une proposition technologique crédible, performante et disponible dès aujourd’hui pour assurer la durabilité du transport.


Pourquoi est-il important de décarboner le transport maritime ?

Le transport maritime constitue le maillon essentiel de l’organisation économique mondiale. En 2019, 11 milliards de tonnes de marchandises ont traversé les océans sur quelque 100 000 navires, un trafic en augmentation constante, permise notamment par la taille croissante des navires. Si cette massification des volumes fait du maritime l'un des modes de transport les moins émetteurs de gaz à effet de serre par unité transportée, sa facture climatique globale grimpe en raison de la croissance des échanges. Il est à l’origine 3% des émissions de CO2 mondiales soit 1 milliard de tonnes. Si rien n’est fait, les émissions de CO2 "maritime" pourraient encore augmenter de 50% d’ici 2050 par rapport à 2018. À quoi s'ajoutent nombre d'autres pollutions et atteintes à la biodiversité marine.

Les États ont pris conscience de cette situation et se sont résolus, à travers l'instance compétente en la matière qu'est l’Organisation maritime internationale (OMI), à diminuer de 50% les émissions de gaz à effet de serre de la flotte mondiale d’ici 2050. Cependant, remplacer 300 millions de tonnes annuelles de carburant fossile par des sources d’énergie plus propres nécessite d’opérer d’immenses changements dont le coût est extrêmement important et se répercutera nécessairement sur le coût du transport. Le cadre réglementaire international se construit petit à petit, mais les moyens financiers, technologiques et logistiques de ce changement ne sont pas encore opérationnels.

Quel peut-être le rôle de la France dans ce domaine ?

C'est la convention internationale des Nations unies sur le droit de la mer qui fixe les droits et les devoirs des États. Ces derniers négocient les accords internationaux sur la prévention de la pollution des navires dans le cadre de l’OMI. 

La France dispose de peu de marge de manœuvre pour agir directement, même dans les eaux sous sa souveraineté ou sa juridiction. Toutefois, c’est elle qui fixe les sanctions en cas de non-respect des règles internationales, ce qui lui permet de les rendre très dissuasives en matière d'émissions atmosphériques. Elle peut aussi rendre son pavillon particulièrement attractif pour les navires propres.  En tant qu'État côtier, elle pourrait réglementer dans une certaine mesure le passage dans ses eaux territoriales pour préserver l’environnement, mais c'est la Commission européenne qui est compétente en la matière. Celle-ci a privilégié un système d'indicateurs et de quotas d'émissions de gaz à effet de serre qui s'imposeront aux armateurs d'ici 2023 dans l'espace maritime européen. 

La France représente le deuxième territoire maritime mondial. A son échelle, elle peut participer à accélérer l’évolution des modes de consommation en proposant des solutions concrètes de réduction des émissions, par exemple une logistique maritime décarbonée sur le segment courte distance. Pour cela, elle peut s’appuyer sur les sociétés françaises qui proposent déjà des solutions pour réduire les émissions du transport maritime en exploitant le vent comme propulsion.

Pourquoi les carburants non fossiles ne sont qu’une partie de la solution ?

La flotte mondiale utilise aujourd’hui le fioul lourd, résidu pétrolier à la fois très peu cher et exonéré de taxe, aux performances énergétiques inégalées.  Pour le remplacer, les regards sont désormais tournés vers les carburants décarbonés. Les biocarburants sont déjà un peu utilisés, dans les limites étroites que leur laissent la réglementation et la concurrence d’autres usages. Les plus attendus sont les carburants de synthèse produits à partir d’électricité issue d’énergie renouvelable – souvent en utilisant l’hydrogène comme vecteur d’énergie.  Outre que ces carburants ne sont pas encore au point, ils sont moins efficaces que le pétrole et présentent pour certains des risques élevés en matière de sécurité. Leur production peut être fortement émettrice de gaz à effet de serre. Par ailleurs, leur usage pour le transport maritime entre en concurrence avec d’autres besoins énergétiques. Enfin, et surtout, leur usage multipliera par un facteur de 2 à 8 le coût de l'énergie à bord, qui représente déjà 20 % à 35 % des charges annuelles des armateurs.  Aussi est-il essentiel de combiner plusieurs mesures pour réussir une transition écologique rapide du transport maritime. La première consiste à faire diminuer le besoin en carburant. C’est justement ce que permet la propulsion par le vent, qui contribue pour une part significative au déplacement du navire, en étant complémentaire d'une motorisation utilisant toute nature de carburant.

En quoi consistent les technologies de propulsion par le vent ?

De nouvelles technologies sont aujourd’hui développées et utilisées pour renouer avec la propulsion des navires par le vent, une pratique vieille de plus de 7 millénaires. Elles s’appuient dorénavant sur un croisement d’innovations dans différents domaines, comme la construction navale et le nautisme mais aussi la course au large, l’aéronautique et le numérique.  Ces technologies se déclinent en de multiples variantes de voiles ou d'ailes, en rotors ou profils aspiré, et enfin en kites. Elles se différencient par leur position (sur le pont ou aérienne), leur forme, leur rigidité, leur automatisation, et permettent d'équiper la quasi-totalité des navires. Un avantage majeur est qu'elles peuvent être installées sur des navires existants : la décarbonation de la flotte peut donc commencer sans attendre son renouvellement. Elles peuvent fonctionner seules ou en complémentarité avec une motorisation classique, ce qui leur permet de s'adapter aux contraintes économiques actuelles du transport maritime, en termes de vitesse notamment.

Quels sont les avantages du vent pour le transport maritime ?

Le vent est une source d’énergie propre, immédiatement disponible en abondance sur la quasi-totalité du globe, inépuisable et inaliénable. Grâce aux ailes ou aux voiles, le vent est utilisé directement par le navire sans perte de rendement. Son utilisation en mer ne concurrence aucun usage terrestre. Il est devenu prévisible avec suffisamment d’acuité pour rendre son usage compatible avec une activité commerciale, d'autant que le caractère mobile du navire lui permet d’aller « chercher son vent » et d'optimiser son trajet grâce aux outils de routage.  L’utilisation du vent pour propulser un navire ne présente aucune externalité négative pour l’environnement, ni de risque non maîtrisé pour l’équipage. Au contraire, la propulsion par le vent permet également de réduire les bruits sous-marins en réduisant l’usage de la propulsion motorisée.

Pourquoi la propulsion par le vent est-elle une solution sérieuse ?

L’énergie du vent propulse un navire de taille moyenne avec suffisamment de puissance pour constituer son moteur principal sur des routes adaptées, comme les transatlantiques. Selon les tailles et types de navires, elle est une source de puissance complémentaire permettant d’abord une stabilité du coût du transport pour la partie assurée grâce à l’énergie du vent.

Ensuite, la propulsion par le vent offre de réels gains économiques en exploitation par les économies en carburant, de 5% à 20% sur des navires existants, de plus de 30% sur des nouveaux navires, et jusqu’à 80% dans le cas d’une propulsion principale par le vent sur une ligne favorable pour des navires de taille moyenne et transportant des cargaisons de faible densité. Ces nouveaux systèmes propulsifs s’adaptent à presque tous les types de navires, en construction neuve et en rétrofit, avec peu d’impacts.  

Quinze premiers grands navires de charge (pétrolier, vraquier, ferry, cargo polyvalent, roulier et navire de pêche) ont déjà été équipés de technologies de propulsion par le vent et sont actuellement en test. Leurs zones de navigation sont variées, depuis les mers du Nord et l’Atlantique jusqu’au Pacifique et à l’Océan Indien.

Le premier navire neuf intégrant directement lors de sa construction un système de propulsion par le vent de nouvelle génération a été le navire E-Ship 1, propulsé en partie par 4 rotors flettner; il opère commercialement depuis 2010. La propulsion par le vent lui permet d’économiser 20% de carburant par an en moyenne, soit 920 t de carburant par an (pour une vitesse moyenne de 13 nœuds). Le prochain, un roulier de 121 mètres destiné à des trajets transatlantiques équipé de 4 ailes couvrant chacune 363m2, sera mis à l’eau fin 2022.

La propulsion par le vent est-elle reconnue par les instances étatiques et professionnelles du transport maritime ?

La propulsion par le vent répond aux textes réglementaires en vigueur, d'autant mieux que l’OMI met à jour ses guides afin de mieux la prendre en compte comme dans les indices d’efficacité énergétique qui caractérisent les navires. 

Des outils et services d'aide à la décision se développent rapidement pour faciliter les choix des armateurs et l'intégration des technologies sur un navire existant ou à construire. Les grandes sociétés de classification ont publié ou mis à jour leur référentiel traitant des navires propulsés par le vent.  L’administration maritime française travaille aujourd’hui au cas par cas pour faire évoluer la réglementation nationale et a déjà autorisé la mise en service de navires propulsés par le vent sous pavillon français. 

Les résultats concrets des premières expériences font l’objet de publications et de vérifications par une tierce-partie, renforçant petit à petit la crédibilité des solutions. Les assureurs devraient bientôt proposer des polices spécifiques voire des primes incitatives pour la propulsion par le vent.

Quel est le potentiel de développement des technologies de propulsion par le vent ?

Les technologies de propulsion par le vent sont disponibles dès aujourd'hui pour être déployées sur les navires existants ou intégrées à la conception de nouveaux navires. C'est ce qui a permis à deux études prospectives réalisées l’une pour la Commission européenne et l’autre pour le ministère des Transports du Royaume-Uni, d'estimer que jusqu’à 10 000 navires pourraient être équipés d’ici 2030 et jusqu’à 45% de la flotte mondiale d’ici 2050. Le nombre de grands navires de charge équipés aujourd’hui devrait doubler d’ici 2023.

La propulsion par le vent est particulièrement efficace pour les navires de taille moyenne navigant à une vitesse modérée. Or ces derniers devraient reprendre du service à la faveur d'une prise de conscience des effets pervers de la division internationale du travail. La pandémie de COVID 19 a en effet montré la dépendance de nombre de pays, dont la France, par rapport aux lieux de production de biens stratégiques. D'où la volonté de relocaliser certaines productions industrielles à proximité. De plus, le recours aux énergies renouvelables aux dépens des énergies fossiles pourrait rebattre les cartes des principales routes maritimes au profit des échanges régionaux. Ainsi, l’organisation actuelle des transports maritimes, massifiés, rapides, concentrés sur quelques routes principales et entre les mains de grands opérateurs, pourrait être bousculée par l’émergence de lignes secondaires assurées par des navires moins grands. Enfin, les territoires insulaires particulièrement vulnérables au changement climatique et aux aléas de l’économie mondiale, ont un intérêt majeur à disposer d’une flotte utilisant l’énergie gratuite et abondante du vent.

Par ailleurs, les grandes entreprises affichent de plus en plus leur volonté de décarboner leur chaîne logistique dans le cadre de leur politique de RSE. Certaines sont coalisées dans la CoZEV, organisation internationale visant à armer des navires fortement décarbonés. En France, l’Association des utilisateurs du transport de fret soutient la démarche de 11 entreprises françaises souhaitant utiliser un transport principalement propulsé par le vent en 2025. Une quinzaine d’entreprises françaises ont par ailleurs conclu des contrats avec des transporteurs utilisant la propulsion par le vent.

Où en est la fabrication des systèmes aujourd’hui ?

On recense une trentaine de développeurs de technologies dans le monde, dont une dizaine en France. Les projets français ont déjà un niveau élevé de maturité puisque les deux tiers de ces équipementiers ont installé des démonstrateurs à terre, ou mené des tests en mer. Deux usines de production sont déjà en construction. Les entreprises ont commencé à se rapprocher d'acteurs œuvrant sur les plateformes offshores et dans l'aéronautique, deux domaines dont les savoir-faire sont utiles pour l'intégration des systèmes de propulsion par le vent sur les navires ou pour leur maintenance. Il s’agit désormais de convaincre les armateurs d'équiper leurs navires de ces technologies pour en valider les performances.

Le financement de ces projets est un enjeu majeur, sachant que les équipementiers sont pour la plupart des start-up. L’ADEME a soutenu les phases de recherche et de développement initiales, mais les besoins en trésorerie sont élevés pour construire les prototypes.  A ce jour, la filière est encore peu présente à l'esprit des acteurs de la "finance verte", cependant la situation pourra évoluer à la faveur du renchérissement ou de la volatilité des prix des carburants (fossiles ou non) et de l'entrée du transport maritime dans le système d'échange des quotas d'émissions, qui mettront en lumière l'intérêt du vent comme énergie alternative.

Quels sont les atouts de la France en regard de ce potentiel ?

La France métropolitaine et outre-mer dispose d’atouts considérables pour jouer un rôle significatif et à l’échelle internationale dans l’émergence d’une flotte décarbonée en partie grâce au vent. Les équipementiers français ont déjà créé plus de 180 emplois directs. De jeunes armements développent des lignes maritimes décarbonées par le vent, empruntant des routes en haute mer ou cabotant le long des côtes, au départ de ports de métropole ou d'outre-mer, pour le transport de fret et de passagers. Des bureaux d’ingénierie, cabinets d’architectes, sociétés de sous-traitance industrielle et chantiers navals ont dédié des moyens aux projets de ce secteur. Une grande partie de ces acteurs est déjà fédérée au sein de Wind Ship et de l’International Windship Association, permettant ainsi d’organiser un échange avec tous les interlocuteurs de la filière, publics ou privés. 

Ces entreprises s’implantent dans les territoires volontaires, dont l’écosystème industriel apporte des savoir-faire essentiels issus de l’aéronautique, la construction navale, le nautisme et le numérique. C'est le cas de la façade atlantique, où les collectivités territoriales leur apportent par ailleurs un soutien précieux : pôle dédié aux activités nautiques et maritime à Nantes Métropole, centre industriel lié aux nouvelles propulsions pour la CARENE (Saint-Nazaire agglomération), animation de la filière pour la Région Bretagne, par exemple.

Comment soutenir le développement de la filière ?

L'implication de tous les acteurs concernés, qu'ils soient privés (clients, armateurs, chargeurs, investisseurs et financeurs) ou publics (État et collectivités territoriales) sera déterminante pour accélérer le développement d'une filière dont l'intérêt général est manifeste.

Elle doit permettre de :

  • Faire connaître la propulsion par le vent et ses avantages,
  • Démontrer son efficacité et la faire reconnaître par de tierces parties,
  • Inciter les utilisateurs à s'équiper et faciliter leur investissement,
  • Financer les projets industriels et accélérer le retour sur investissement,
  • Favoriser la création d'écosystèmes favorables à la propulsion par le vent à l'échelle nationale (métropole et outre-mer) et dans les territoires pionniers.

Livre blanc de la propulsion des navires par le vent