Premier voilier de course au large à remplacer les énergies fossiles par une pile à hydrogène vert, l’EIGSI a collaboré de très près à ce projet
Un objectif : réduire l’impact carbone des bateaux !
Depuis 2020, les étudiants de l’EIGSI, dans le cadre d’un projet de Conception Mécanique et Industrialisation, travaillent à simuler l’écoulement de l’air à l’intérieur d’un système pile à combustible à hydrogène destiné au secteur maritime, afin d’en optimiser les performances et la sécurité de fonctionnement. Ce projet, porté par la startup rochelaise GENEVOS spécialisée dans le développement de ce type de système, s’est concrétisé notamment par la réalisation d’une maquette d’essai qui a permis de confronter les résultats des simulations à ceux des expériences et de valider la démarche d’optimisation de l’agencement des composants du système.
Les expériences se sont déroulées dans un environnement sécurisé au sein du laboratoire L3E de l’école.
Trois années de collaboration avec l’entreprise GENEVOS
À l’issue de ce travail de conception, une première preuve de concept a été réalisée en 2021. D’une puissance électrique de 8 kW, ce premier prototype, présenté sur la Figure 1, était basé sur une pile à combustible dite PEM (à membrane échangeuse de protons). L’ensemble du système a été conçu dès le départ pour respecter les contraintes spécifiques du secteur maritime.
Figure 1 : Premier système pile à combustible à hydrogène de 8 kW mis au point par GENEVOS et testé au sein du laboratoire L3E de l’EIGSI.
Après plus de vingt années d’expertise sur les batteries, ce projet a constitué la première expérience dans l’hydrogène pour l’équipe du laboratoire L3E. C’est également la mise en place des premiers projets étudiants sur la conception mécanique du système.
En 2022, pour répondre à la commande d’un client écossais, GENEVOS a commencé le développement d’un autre système, plus puissant, mais basé sur la même technologie de pile à combustible. Ce système hybride d’une puissance électrique de 15 kW et présenté sur la Figure 2 utilisait, en parallèle de la pile à combustible, une batterie de type lithium-fer-phosphate (LiFePO₄ ou LFP) d’une capacité énergétique de 10 kWh. Ses performances ont été validées de manière expérimentale, au niveau du design et des stratégies de pilotage, jusqu’à la puissance maximale de 15 kW.
Figure 2 : Système hybride de 15 kW.
En 2023, l’équipe du laboratoire L3E a accueilli les essais d’un troisième système conçu par GENEVOS, beaucoup plus puissant que les précédents, et destiné à la motorisation d’un bateau de suivi de régates (voir la Figure 3). D’une puissance électrique de 80 kW, son fonctionnement a été validé au sein de l’EIGSI jusqu’à une puissance réduite de 18 kW, la validation à pleine puissance ayant été effectuée plus tard au sein de la plateforme SEA’NERGY du Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) de Nantes.
Figure 3 : Système pile à combustible marinisé de 80 kW.
Cette même année, l’IMOCA OCEANSLAB, premier voilier de sa catégorie à être équipé d’une pile à combustible à hydrogène, a vu celle-ci être validée au sein du laboratoire L3E de l’EIGSI. D’une puissance de 15 kW, ce système fonctionne à l’aide de deux batteries de types LFP de 5 kWh chacune. L’IMOCA a été baptisé le 4 novembre 2023 à La Rochelle, dans le bassin des chalutiers, voir la Figure 4.
Figure 4 : Bateau IMOCA OceansLab amarré au sein du bassin des chalutiers du port de La Rochelle
Des compétences indispensables pour mener à bien le projet
Au sein de l’EIGSI, Alexandre VAUDREY, enseignant-chercheur en sciences physiques, a travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de GENEVOS lors des différents tests. Ancien Ingénieur de recherche sur les piles à combustible, formé au FCLAB de Belfort (laboratoire national de tests sur les piles à combustible), Alexandre a soutenu en 2009, au sein de l’Université de Franche-Comté, une thèse de doctorat sur cette thématique. Depuis 2021, il est responsable de la thématique de recherches sur l’hydrogène au sein de l’EIGSI, ainsi que de la supervision des différents essais menés sur ces systèmes au sein du laboratoire L3E.
L’EIGSI, un acteur important dans ce développement
À la suite d’un travail de restructuration de ses activités de recherches appliquées entamé en 2022, l’EIGSI a identifié la thématique de l’hydrogène et de son utilisation dans le secteur maritime comme un axe de développement prometteur pour elle-même et pour l’économie locale. La collaboration avec GENEVOS sur les piles à combustibles marinisées s’inscrit pleinement dans cette dynamique. Elle va permettre à terme la diffusion des connaissances et des compétences nécessaires à la généralisation de cette technologie, ainsi que l’alimentation en idées nouvelles des travaux de recherches menés au sein de l’EIGSI.
Encadrée par Alexandre VAUDREY, une thèse de doctorat en partenariat avec un industriel du secteur de l’hydrogène, devrait ainsi démarrer prochainement et traitera de la durabilité des systèmes piles à combustible.
