---

5 juillet 2024

Le changement climatique causé par les activités humaines est un fait bien établi. Selon la Quatrième étude de l’Organisation Maritime Internationale (OMI) sur les émissions de gaz à effet de serre, les émissions de CO2 provenant du transport maritime représentent seulement 2,89 % du total mondial.

Malgré ce pourcentage relativement faible, l’OMI s’engage à réduire son impact environnemental et a intégré cet objectif dans ses Directives Stratégiques. Concernant les émissions de gaz à effet de serre, l’OMI vise à réduire les émissions du transport maritime de 40 % d’ici 2030, par rapport aux niveaux de 2008. Pour atteindre cet objectif, des mesures telles que l’Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) et l’Indicateur annuel d’intensité opérationnelle du carbone (CII) ont été mises en œuvre.

Les activités à bord, y compris la propulsion, la climatisation et les services d’hôtellerie, contribuent de manière significative à la consommation d’énergie sur les navires de croisière. Avec un accent croissant sur la durabilité et la responsabilité environnementale, l’industrie des croisières explore des technologies innovantes pour améliorer l’efficacité énergétique et réduire les émissions de gaz à effet de serre. L’une de ces technologies est la récupération de la chaleur résiduelle (Waste Heat Recovery, WHR), un processus qui capte et réutilise la chaleur excédentaire générée par les moteurs et d’autres systèmes du navire. Cet essai approfondit les principes du WHR, son implémentation sur les navires de croisière et les améliorations significatives en termes d’efficacité et de durabilité qu’il offre.

Principes de la Récupération de la Chaleur Résiduelle:

La récupération de la chaleur résiduelle sur les navires de croisière est essentielle pour exploiter la chaleur qui serait autrement dissipée dans l’environnement et la convertir en énergie utile. Les principales sources de chaleur résiduelle à bord sont principalement les générateurs diesel. Les systèmes WHR utilisent des technologies telles que les échangeurs de chaleur, les chaudières à gaz d’échappement et les systèmes d’utilisation de la vapeur résiduelle pour capter et convertir cette chaleur en électricité ou en énergie thermique pour diverses applications à bord. En plus de ces composants, les chillers à absorption jouent un rôle significatif dans les systèmes WHR en utilisant la chaleur résiduelle à des fins de refroidissement. Les chillers à absorption absorbent la vapeur du réfrigérant dans une solution absorbante, activée par la chaleur résiduelle des moteurs ou d’autres sources. Ce processus génère de l’eau réfrigérée qui peut être distribuée à travers le système HVAC du navire, améliorant l’efficacité du refroidissement et réduisant la charge sur les systèmes de refroidissement conventionnels. De plus, les circuits à haute et basse température sont essentiels pour une gestion énergétique efficace à bord. Les circuits à haute température gèrent la chaleur provenant de sources telles que les échappements du moteur et les systèmes de refroidissement, qui peuvent être utilisés pour produire de la vapeur ou de l’eau chaude à diverses fins. Les circuits à basse température gèrent la chaleur moins intense, généralement employée dans des processus tels que la réfrigération. Intégrer efficacement ces circuits assure que la chaleur résiduelle soit maximisée pour améliorer l’efficacité énergétique globale et les pratiques de durabilité à bord des navires de croisière.

Échangeurs de Chaleur:

Les échangeurs de chaleur sont des composants vitaux à bord des navires de croisière, jouant un rôle crucial dans la gestion de l’énergie et de l’efficacité. Ces dispositifs transfèrent la chaleur entre deux ou plusieurs fluides sans les mélanger, permettant une utilisation efficace de l’énergie thermique générée par divers systèmes à bord du navire. Sur les navires de croisière, les échangeurs de chaleur sont largement utilisés dans de multiples applications pour améliorer l’efficacité opérationnelle et la durabilité.

Un des principaux usages des échangeurs de chaleur est dans le système de refroidissement du moteur du navire. Ici, ils transfèrent la chaleur du liquide de refroidissement du moteur à l’eau de mer, évitant la surchauffe du moteur et maintenant des performances optimales. De plus, les échangeurs de chaleur sont fondamentaux dans les systèmes HVAC (chauffage, ventilation et climatisation), où ils gèrent le climat du navire en transférant la chaleur du système de climatisation à l’environnement extérieur ou vice versa. Une autre application critique est dans les systèmes de récupération de la chaleur résiduelle. Les échangeurs de chaleur capturent la chaleur excédentaire des gaz d’échappement du navire et d’autres processus à haute température, qui est ensuite utilisée pour générer de la vapeur pour la production d’électricité ou pour chauffer l’eau pour une utilisation à bord. Ce processus réduit significativement la consommation de carburant et abaisse les émissions de gaz à effet de serre.

En outre, les échangeurs de chaleur sont utilisés dans les centrales de dessalement des navires de croisière, où ils aident à convertir l’eau de mer en eau douce en récupérant et en réutilisant la chaleur du processus de dessalement.

Globalement, l’utilisation étendue des échangeurs de chaleur sur les navires de croisière souligne leur importance dans l’amélioration de l’efficacité énergétique, la réduction des coûts opérationnels et la minimisation de l’impact environnemental des opérations maritimes.

Gaz d’échappement:

Les navires de croisière emploient des chaudières à gaz d’échappement (EGB) pour exploiter la chaleur résiduelle des gaz d’échappement du moteur. Placées stratégiquement dans le système d’échappement du navire, les EGB transfèrent l’énergie thermique des gaz d’échappement à haute température à l’eau qui circule à travers des tubes ou des conduites. Les EGB sont positionnées dans la cheminée ou le système d’échappement du navire, où elles capturent la chaleur des gaz d’échappement chauds produits par les moteurs principaux et auxiliaires du navire. Ces gaz peuvent atteindre des températures supérieures à 500°C. Ce processus génère de la vapeur, qui sert à divers usages à bord, notamment pour fournir de l’eau chauffée pour différents services et processus à bord. En utilisant efficacement la chaleur résiduelle, les chaudières à gaz d’échappement améliorent l’efficacité énergétique, réduisent les coûts opérationnels et contribuent aux pratiques maritimes durables en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.

Vapeur de déchet:

La vapeur de déchet à bord des navires de croisière, générée par les gaz d’échappement des moteurs et les systèmes de chauffage, peut être exploitée pour améliorer l’efficacité énergétique. Le principe est d’utiliser la vapeur de déchet, souvent un sous-produit des chaudières à gaz d’échappement des moteurs, qui contient généralement une énergie thermique significative autrement dissipée. En implémentant des systèmes de récupération de la chaleur résiduelle comme le Cycle Organique Rankine et les turbines à vapeur, cette vapeur peut être convertie en électricité ou utilisée pour le chauffage, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions, contribuant ainsi à la durabilité.

Le Cycle Organique Rankine (ORC):

Le système ORC est un processus thermodynamique utilisé pour convertir des sources de chaleur à basse température en électricité. Nommé en hommage au cycle Rankine conventionnel, le système ORC emploie des fluides organiques avec de faibles points d’ébullition, comme des réfrigérants ou des hydrocarbures, au lieu de l’eau. Cette adaptation permet à l’ORC d’exploiter efficacement la chaleur provenant de sources à basse température comme la chaleur résiduelle industrielle, l’énergie géothermique, la combustion de la biomasse et l’énergie thermique solaire. Le processus ORC comprend quatre phases principales : évaporation, expansion, condensation et pompage. Le fluide de travail est d’abord chauffé par la source de chaleur à basse température dans l’évaporateur, provoquant sa vaporisation. Cette vapeur à haute pression est ensuite utilisée pour actionner une turbine ou un expanseur, générant de l’électricité. Après être passé à travers la turbine, la vapeur est condensée de nouveau en liquide dans le condenseur et pompée à nouveau dans l’évaporateur, complétant le cycle. Les systèmes ORC sont particulièrement avantageux grâce à leur capacité à utiliser la chaleur de basse qualité qui serait autrement dissipée. Ils offrent une haute efficacité et fiabilité, de faibles besoins de maintenance et peuvent être dimensionnés en fonction de la taille de la source de chaleur. Leur application s’étend à diverses industries, en faisant une solution polyvalente et durable pour améliorer l’efficacité énergétique et réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Turbines à vapeur:

Les turbines à vapeur qui utilisent la vapeur de récupération sont une technologie cruciale pour améliorer l’efficacité énergétique et la durabilité des navires de croisière. Les turbines à vapeur capturent la vapeur de récupération et convertissent son énergie thermique en travail mécanique, qui est ensuite utilisé pour générer de l’électricité. Le processus commence avec la vapeur de récupération dirigée dans la turbine. Lorsque la vapeur passe à travers les pales de la turbine, elle les fait tourner. Ce mouvement rotatif actionne un générateur, produisant de l’électricité. En utilisant la vapeur de récupération, ces turbines récupèrent efficacement l’énergie qui serait autrement perdue, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale.

De plus, l’utilisation des turbines à vapeur pour la récupération de la vapeur de récupération est conforme aux réglementations environnementales et aux objectifs de durabilité. Cela aide l’industrie maritime à réduire son empreinte carbone, contribuant à des opérations plus propres et plus durables. Globalement, les turbines à vapeur utilisant la vapeur de récupération représentent une étape essentielle vers une utilisation plus efficace et écologique de l’énergie dans le secteur maritime. Dans le contexte des navires de croisière, l’intégration des turbines à vapeur avec des systèmes de récupération de chaleur résiduelle peut réduire considérablement la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre, bien que l’espace limité à bord des navires de croisière existants représente un défi significatif, car le poids supplémentaire d’un système de turbine à vapeur peut poser problème, ne pouvant pas être installé partout à bord.

Réfrigérateurs à absorption:

Les réfrigérateurs à absorption sont intégrés de manière transparente aux navires de croisière comme boosters d’eau de refroidissement pour augmenter la capacité de refroidissement du système CVC (chauffage, ventilation et climatisation). Ils utilisent la chaleur résiduelle provenant des gaz d’échappement du moteur ou d’autres processus de génération de chaleur à bord. Cette chaleur résiduelle est essentielle pour entraîner le cycle d’absorption du réfrigérateur. Pendant le fonctionnement, les réfrigérateurs à absorption facilitent l’absorption de la vapeur du réfrigérant dans une solution absorbante, typiquement du bromure de lithium. Alors que le réfrigérant se vaporise et se condense à nouveau en liquide, il génère de l’eau réfrigérée. Cette eau réfrigérée est ensuite alimentée dans le réseau de distribution d’eau réfrigérée du navire, complétant la charge de refroidissement du système CVC.

Ils sont généralement intégrés comme boosters d’eau de refroidissement offrant plusieurs avantages, car ils augmentent la capacité globale de refroidissement du navire, garantissant que les demandes de refroidissement de pointe peuvent être satisfaites efficacement. En utilisant la chaleur résiduelle pour le refroidissement, les réfrigérateurs à absorption contribuent à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire la consommation de carburant par rapport aux réfrigérateurs à compression conventionnels qui dépendent exclusivement de l’énergie électrique. Cette intégration améliore la flexibilité opérationnelle, permettant aux navires de croisière d’optimiser les opérations de refroidissement tout en réduisant l’impact environnemental et les coûts opérationnels. En fin de compte, les réfrigérateurs à absorption jouent un rôle crucial dans le soutien des pratiques durables à bord des navires de croisière, fournissant des environnements confortables tant pour les passagers que pour l’équipage.

Circuits haute et basse température:

Les navires de croisière dépendent à la fois des circuits haute température et des circuits basse température pour gérer efficacement l’énergie thermique pour diverses exigences opérationnelles. Les circuits haute température impliquent principalement les générateurs diesel pour fournir, capturer et transférer l’excès de chaleur des systèmes de refroidissement des moteurs à l’eau chaude pour diverses applications à bord. En revanche, les circuits basse température jouent un rôle crucial dans le maintien d’un refroidissement et d’une climatisation optimaux sur tout le navire. Ils gèrent des systèmes de réfrigération essentiels pour conserver les marchandises périssables et les provisions à basse température. De plus, ces circuits sont une partie intégrante de l’infrastructure CVC du navire, garantissant des environnements intérieurs confortables tant pour les passagers que pour l’équipage.

Ces systèmes sont utilisés, par exemple, pour le préchauffage de l’eau potable douce et le chauffage de l’eau des piscines à bord. Les circuits haute température exploitent la chaleur résiduelle des moteurs pour chauffer l’eau potable, tandis que les circuits basse température gèrent (souvent) le chauffage de l’eau des piscines, en utilisant des systèmes dédiés connectés à l’infrastructure CVC du navire. Cette approche double garantit que les passagers peuvent profiter d’eau chaude et d’installations de piscine confortablement chauffées, tout en optimisant l’utilisation de l’énergie et en réduisant l’impact environnemental. L’intégration des circuits haute et basse température est facilitée par des processus sophistiqués d’échange thermique et des systèmes de contrôle. Cette intégration optimise l’efficacité énergétique globale en recyclant la chaleur résiduelle et en réduisant la consommation d’énergie à travers divers systèmes opérationnels. En utilisant efficacement les deux types de circuits, les navires de croisière améliorent leurs efforts de durabilité, réduisent la dépendance au carburant, abaissent les émissions de gaz à effet de serre et réalisent des économies de coûts opérationnels significatives au fil du temps. Cette approche complète souligne l’engagement de l’industrie maritime envers la responsabilité environnementale, tout en offrant une expérience de croisière confortable et efficace.

Mise en œuvre à bord:

La mise en œuvre des systèmes de récupération de chaleur résiduelle (WHR) sur les navires de croisière nécessite une planification méticuleuse et une intégration sans faille avec l’infrastructure existante. Ce processus commence par l’identification et la quantification des sources de chaleur résiduelle à bord, comme les gaz d’échappement du moteur et les systèmes de refroidissement. L’étape suivante cruciale consiste à concevoir un système WHR aligné sur les besoins opérationnels uniques du navire, en sélectionnant des composants appropriés tels que des échangeurs de chaleur, des chaudières et des turbines. L’intégration avec les systèmes de génération et de distribution d’énergie existants est cruciale pour garantir un fonctionnement fluide. De plus, des systèmes de surveillance continue sont mis en place pour suivre les performances du système WHR et optimiser l’efficacité au fil du temps. Cette approche complète non seulement maximise la récupération d’énergie, mais améliore également la durabilité opérationnelle globale, réduisant la consommation de carburant et les émissions, tout en maintenant des services fiables à bord pour les passagers.

Plusieurs compagnies de croisière ont déjà commencé à mettre en œuvre des systèmes WHR sur leurs navires. Par exemple, des entreprises comme Royal Caribbean et Carnival Corporation ont équipé certaines de leurs navires les plus récents de systèmes WHR avancés, obtenant des réductions notables de la consommation de carburant et des émissions.

Améliorations de l’efficacité:

Les systèmes de récupération de chaleur résiduelle (WHR) représentent une avancée technologique significative dans l’amélioration de l’efficacité énergétique à bord des navires de croisière. Ces systèmes sont conçus pour capturer et utiliser la chaleur résiduelle provenant de diverses sources à bord, comme les gaz d’échappement des moteurs et les systèmes auxiliaires. En exploitant efficacement cette énergie thermique autrement perdue, les systèmes WHR peuvent obtenir des économies de carburant substantielles, généralement comprises entre 10 % et 15 % de la consommation totale de carburant. Ces économies dépendent des conditions opérationnelles et de l’efficacité de la technologie WHR employée, qui comprend des composants tels que des échangeurs de chaleur, des chaudières à gaz d’échappement et des systèmes d’utilisation de la vapeur résiduelle.

D’un point de vue ingénierie, les systèmes WHR contribuent à la réduction des émissions de gaz à effet de serre tels que le CO2, les NOx et les SOx. Cette réduction est cruciale pour se conformer aux réglementations environnementales internationales strictes établies par les organisations. L’électricité générée par la chaleur résiduelle récupérée ne compense pas seulement les besoins énergétiques du navire, mais augmente également la capacité énergétique globale à bord. Cette puissance électrique supplémentaire réduit la charge sur les générateurs principaux, optimisant leur efficacité et prolongeant leur durée de vie opérationnelle. De plus, les systèmes WHR jouent un rôle crucial dans l’amélioration de la gestion thermique à bord des navires de croisière. Ils fournissent des solutions de chauffage efficaces pour les systèmes de climatisation et contribuent à l’approvisionnement en eau chaude à travers le navire. Cette double fonctionnalité ne garantit pas seulement le confort des passagers, mais maximise également l’efficacité de l’utilisation de l’énergie.

En conclusion, l’intégration des systèmes WHR sur les navires de croisière améliore non seulement l’efficacité opérationnelle et les économies financières, mais réduit également considérablement l’impact environnemental. En réduisant la consommation de carburant et les émissions tout en optimisant l’utilisation de l’énergie, les systèmes WHR soulignent l’engagement de l’industrie des croisières envers la durabilité et l’adoption de technologies écologiques. Cette approche bénéficie non seulement aux opérateurs de croisières en réduisant les coûts opérationnels, mais promeut également des pratiques maritimes durables, en ligne avec les efforts mondiaux de protection de l’environnement dans l’industrie navale.

Outre les améliorations de l’efficacité, les systèmes WHR améliorent significativement le profil de durabilité des navires de croisière. L’industrie des croisières est de plus en plus scrutée pour son impact environnemental, et l’adoption de la technologie WHR représente une démarche proactive vers des opérations plus écologiques. En réduisant la consommation de carburant et les émissions, les systèmes WHR contribuent à atténuer l’empreinte environnementale des navires de croisière, en accord avec les efforts mondiaux pour lutter contre le changement climatique.

De plus, l’adoption de la technologie WHR établit un précédent positif pour l’industrie maritime au sens large. Alors que les compagnies de croisière démontrent la validité et les avantages des systèmes WHR, d’autres secteurs, tels que le transport de marchandises et les opérations offshore, pourraient être encouragés à adopter des technologies similaires, amplifiant ainsi les bénéfices environnementaux dans tout le secteur maritime.

Conclusion

Les technologies de récupération de la chaleur résiduelle (WHR) sont essentielles pour améliorer la durabilité et l’efficacité opérationnelle à bord des navires de croisière, englobant des systèmes avancés tels que les systèmes à cycle organique de Rankine (ORC), les échangeurs de chaleur, les turbines à vapeur et les absorbeurs à cycle d’absorption. Ces systèmes contribuent collectivement à réduire la consommation de carburant, à diminuer les émissions et à maintenir le confort des passagers.

Les systèmes ORC représentent un exemple de pointe dans la récupération de la chaleur résiduelle, convertissant la chaleur de basse qualité, telle que celle provenant des échappements des moteurs ou des systèmes auxiliaires, en électricité grâce à un cycle fermé utilisant des fluides organiques. Cela génère non seulement de l’énergie supplémentaire à bord, mais réduit également la dépendance aux générateurs conventionnels, optimisant l’utilisation du carburant et diminuant les émissions de gaz à effet de serre. Les échangeurs de chaleur jouent un rôle crucial dans le transfert efficace de la chaleur entre les fluides sans les mélanger. À bord des navires de croisière, ils captent la chaleur résiduelle provenant de sources telles que les systèmes de refroidissement des moteurs et les gaz d’échappement. Cette chaleur récupérée peut être utilisée pour préchauffer l’eau à usage domestique, soutenir les systèmes HVAC ou alimenter les systèmes ORC pour la production d’électricité, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale du navire.

En complément de ces efforts, les turbines à vapeur exploitent la vapeur à haute pression générée par les sources de chaleur résiduelle pour alimenter les générateurs à bord ou les systèmes de propulsion. En convertissant l’énergie thermique en puissance mécanique, les turbines à vapeur maximisent l’utilisation de la chaleur autrement gaspillée, réduisant de manière significative la consommation de carburant et les coûts opérationnels. Parallèlement, les absorbeurs à cycle d’absorption utilisent la chaleur résiduelle pour faciliter les processus de refroidissement à bord. Ils produisent efficacement de l’eau réfrigérée en utilisant la chaleur des gaz d’échappement ou d’autres sources, essentielle pour maintenir des températures intérieures confortables pour les passagers et l’équipage.

En conclusion, l’intégration de ces systèmes dans les stratégies de récupération de la chaleur résiduelle sur les navires de croisière représente une approche complète de la durabilité et de l’efficacité. Ces technologies non seulement atténuent l’impact environnemental, mais améliorent également la résilience opérationnelle et la rentabilité, assurant aux navires de croisière de naviguer vers un avenir plus vert et d’offrir des expériences exceptionnelles à bord.

Ne manquez pas d’autres mises à jour, nouvelles et avis sur le monde des croisières Cruising Journal. 

Luca Paglia

Commentaires