Partie 1 - Chaîne de puissance · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - SIN 2022

Mise en situation

« Energy Observer » est le premier navire à hydrogène visant l'autonomie énergétique. Il ne dégage aucune émission de gaz à effet de serre ni particule fine lors de ses trajets. Cet ancien bateau de course a été reconditionné en navire du futur à propulsion électrique fonctionnant grâce à un mix d'énergies renouvelables (eau, vent, soleil) et un système de production d'hydrogène décarboné à partir de l'eau de mer.

L'étude et la conception des technologies embarquées ont été réalisées par le Centre d'Étude Atomique (CEA) de Grenoble. Le centre CEA de Grenoble consacre l'essentiel de ses recherches au développement des nouvelles technologies, dans les domaines de l'énergie, de la santé, de l'information et de la communication.

Ce navire permet d'éprouver et optimiser les nouvelles technologies à bord de son laboratoire flottant en milieu extrême. Les expériences sur le terrain doivent permettre de concevoir des applications futures et à grande échelle dans le domaine de la navigation maritime.

Les nouveaux enjeux écologiques pour le transport maritime

Le transport maritime achemine plus de 90% des marchandises dans le monde et plusieurs millions de personnes chaque année. Les gaz d'échappement des navires sont une source importante d'émission de gaz à effet de serre et de particules fines.

L'Organisation Maritime Internationale a approuvé en avril 2018 une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par les activités du transport maritime. L'objectif est de réduire les émissions annuelles totales de GES d'au moins 50 % d'ici à 2050.

L'hydrogène comme vecteur d'énergie propre ?

Actuellement dans le monde, 95% de l'hydrogène est produit à partir d'énergies fossiles.

Le défi: développer une production d'hydrogène propre, à partir de l'électrolyse de l'eau ou grâce aux énergies renouvelables. On parle alors d'hydrogène « vert ». L'hydrogène permet de stocker à long terme les surplus d'énergies renouvelables pour pouvoir les réutiliser plus tard.

L'hydrogène « vert » peut être un moyen de répondre à un nouvel enjeu environnemental et de santé publique lors des liaisons fluviales et maritimes. Il permet de réduire les émissions de CO 2 et de diminuer le niveau sonore des navires en circulation.

Pour les liaisons fluviales et maritimes, le passage à un mode hybride batterie / hydrogène permet d'accroître les performances et d'assurer la continuité du service public rendu, tout en préservant la réduction sonore et l'absence de polluants atmosphériques.

DT1: caractéristiques techniques principales de « l'Energy Observer »

Repère

Élément

Description fonctionnelle

1

Panneaux photovoltaïques

Fournir de l'énergie électrique à partir du soleil

2

Éoliennes

Fournir de l'énergie électrique à partir du vent

3

Dessalinisateur

Produire de l'eau douce à partir de l'eau de mer

4

Logiciel de routage

Optimisation du plan de route liée aux différents paramètres de navigation (vent, vague, ensoleillement...) mais aussi aux différentes productions d'énergie à bord (ensoleillement, nébulosité, niveau d'hydrogène...).

5

Monitoring

IHM (Interface Homme Machine) pour le suivi en temps réel des performances, gestion et optimisation des flux énergétiques, à bord et à distance.

6

Compresseur d'hydrogène

Compresser l'hydrogène pour le stocker dans des réservoirs.

7

Kit de traction intelligent

Cerf-volant automatisé destiné à augmenter la vitesse du bateau et réduire ses dépenses énergétiques.

8

Électrolyseur

Produire de l'hydrogène à partir de l'énergie électrique et de l'eau.

9

Réservoirs d'hydrogène

Stocker de l'énergie à long terme.

10

Pile à combustible

Générer de l'électricité à partir de l'hydrogène stocké

11

Batteries Lithium-Ion

Stocker de l'énergie à court terme

12

Propulseur

2 moteurs électriques à haut rendement (97%), réversibles en hydrogénérateurs lors des navigations sous kite.

13

Purificateur

Système de filtration qui vise à séparer l'eau des particules solides (résidus) en la faisant passer travers d'un milieu poreux

Question 1.3

À partir du DT1, indiquer les quatre éléments techniques à bord du bateau permettant de produire de l'énergie électrique.

Question 1.4

On donne les différents éléments technologiques qui participent à la chaîne de production d'hydrogène: purificateur, électrolyseur, dessalinisateur, réservoirs, compresseur.

Compléter, sur le document réponse DR1, les noms de ces éléments en fonction de leur rôle dans la chaîne de production d'hydrogène.

Rôle dans la chaîne

Élément technologique