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6 mars 2025

La vapeur est une source d’énergie essentielle à bord des navires de croisière, car elle remplit de nombreuses fonctions qui contribuent à la fois à l’efficacité opérationnelle et au confort des passagers.

Elle est utilisée pour le chauffage, la production d’eau chaude, le traitement du carburant, la production d’eau douce, la blanchisserie, les opérations de cuisine et la gestion des déchets. Grâce à sa capacité élevée à transporter de l’énergie et à ses propriétés de transfert de chaleur, la vapeur constitue le moyen le plus efficace pour satisfaire les besoins thermiques à bord.

Une caractéristique clé de la vapeur est sa capacité à stocker et à transférer de grandes quantités de chaleur à travers la chaleur latente de vaporisation. Contrairement à l’eau chaude, qui perd de la chaleur progressivement en refroidissant, la vapeur libère une quantité importante d’énergie lors de sa condensation, ce qui en fait une source de chaleur efficace et homogène. De plus, elle peut être distribuée via des systèmes de tuyauterie isolés avec des pertes minimales, permettant ainsi un chauffage efficace dans tout le navire.

La méthode de production de la vapeur varie en fonction de la situation du navire, en navigation ou au port. En mer, la chaleur résiduelle des moteurs diesel principaux est utilisée pour générer de la vapeur par les générateurs de gaz d’échappement (EGB), assurant une grande efficacité énergétique. En revanche, au port, lorsque les moteurs principaux sont éteints ou fonctionnent à faible charge, la vapeur doit être produite par des chaudières auxiliaires alimentées au combustible. Les deux systèmes présentent des avantages et des considérations opérationnelles spécifiques, qui seront analysées en détail.

Qu’est-ce que la vapeur et pourquoi est-elle un puissant vecteur d’énergie ?

La vapeur est la phase gazeuse de l’eau, qui se forme lorsque l’eau liquide est chauffée au-delà de son point d’ébullition. La raison principale pour laquelle la vapeur est un vecteur d’énergie si efficace réside dans sa chaleur latente de vaporisation, c’est-à-dire la quantité d’énergie absorbée lors du passage de l’état liquide à l’état gazeux. Cela fait de la vapeur un moyen extrêmement efficace de transférer de la chaleur, car elle est capable de transporter une grande quantité d’énergie thermique dans un volume relativement réduit.

D’un point de vue thermodynamique, la vapeur possède deux composants énergétiques fondamentaux :

– La chaleur sensible (enthalpie spécifique de l’eau) : c’est l’énergie nécessaire pour augmenter la température de l’eau jusqu’à son point d’ébullition.
– La chaleur latente de vaporisation : c’est l’énergie absorbée lors de la transition de phase sans variation de température, permettant à la vapeur de stocker et de transporter une quantité considérable d’énergie thermique.

Par exemple, pour chauffer l’eau de 0°C à 100°C, il faut environ 419 kJ/kg. Cependant, pour la convertir en vapeur à 100°C, une énergie supplémentaire de 2 257 kJ/kg est nécessaire, soit plus de cinq fois l’énergie requise pour chauffer simplement l’eau. Lorsque la vapeur se condense à nouveau en liquide, elle libère cette chaleur latente accumulée, ce qui en fait un excellent moyen de transfert de chaleur dans les systèmes à bord des navires.

Pourquoi les navires utilisent-ils la vapeur plutôt que d’autres moyens de transfert de chaleur ?

Par rapport à l’eau chaude ou aux huiles thermiques, la vapeur présente plusieurs avantages, dont :

– Densité énergétique supérieure : La vapeur transporte plus d’énergie par unité de masse que l’eau chaude, réduisant ainsi le volume nécessaire pour la distribution de la chaleur.

– Système auto-pressurisé : La vapeur se déplace naturellement à travers le système de tuyauterie grâce aux différences de pression, éliminant ainsi la nécessité de pompes pour de nombreuses applications.

– Chauffage uniforme : La vapeur se condense à une température constante, garantissant une distribution uniforme de la chaleur, contrairement à l’eau chaude, qui se refroidit progressivement.

– Réutilisabilité : La vapeur condensée (condensat) peut être collectée, réchauffée et réutilisée, en faisant une source de chaleur durable. En récupérant et réutilisant le condensat, les navires améliorent l’efficacité de la consommation de carburant, économisent de l’eau douce et réduisent le gaspillage énergétique. Le condensat est collecté par les systèmes qui utilisent la vapeur et renvoyé dans le circuit d’alimentation des chaudières. Étant déjà purifié et préchauffé, le condensat réduit le choc thermique des chaudières et prévient la formation de dépôts minéraux. Une récupération efficace du condensat réduit les coûts opérationnels, améliore la durabilité et garantit une disponibilité continue de vapeur pour les systèmes à bord.

Producteurs de vapeur à bord d’un navire de croisière

À bord d’un navire de croisière, la vapeur est principalement générée par deux systèmes principaux :

– Chaudières auxiliaires à combustible – Celles-ci produisent de la vapeur en brûlant du carburant marin, principalement lorsque le navire est au port.

– Chaudières à gaz d’échappement (EGB) – Celles-ci utilisent la chaleur résiduelle des moteurs principaux lorsque le navire est en mer.

Chaudières auxiliaires à combustible – Production de vapeur au port

Lorsqu’un navire de croisière est amarré dans un port, ses moteurs principaux fonctionnent à faible charge ou sont éteints, ce qui signifie que les chaudières à gaz d’échappement ne peuvent pas générer suffisamment de vapeur. À la place, les chaudières auxiliaires à combustible produisent de la vapeur en brûlant du gazole marin (MGO) ou du fioul à faible teneur en soufre (LSFO), qui respectent les réglementations sur les émissions du port.

Le processus fonctionne comme suit :

– Le carburant est brûlé dans une chambre de combustion, chauffant l’eau à l’intérieur des tuyaux de la chaudière.

– La chaleur transforme l’eau en vapeur, atteignant des températures de 170 à 190°C à une pression de 7 à 10 bars.

– La vapeur est distribuée aux divers systèmes à bord.

– La vapeur utilisée se condense en eau et est renvoyée dans la chaudière pour être réutilisée.

Ces unités fournissent un approvisionnement continu et contrôlable en vapeur, mais nécessitent une consommation supplémentaire de carburant, ce qui augmente les coûts opérationnels. Les réglementations environnementales dans certains ports limitent les émissions, obligeant parfois les navires à s’appuyer sur l’alimentation électrique à terre. Cependant, puisque l’électricité à terre ne fournit pas de vapeur, les chaudières auxiliaires restent souvent nécessaires.

Chaudières à gaz d’échappement (EGB) – Production de vapeur en mer

Lorsque le navire est en mer, les chaudières à gaz d’échappement récupèrent la chaleur résiduelle des moteurs de propulsion du navire, rendant la production de vapeur énergétiquement efficace. Les gaz d’échappement de ces grands moteurs diesel atteignent des températures comprises entre 300°C et 450°C, et au lieu d’être expulsés directement dans l’atmosphère, cette chaleur est capturée et utilisée pour transformer l’eau en vapeur.

Le processus fonctionne comme suit :

– Les gaz d’échappement chauds provenant des moteurs principaux du navire circulent à travers une série de tuyaux remplis d’eau à l’intérieur de la chaudière.
– La chaleur est transférée à l’eau, la transformant en vapeur saturée à environ 7 à 10 bars (170–185°C).
– Les gaz d’échappement refroidis sont ensuite libérés par la cheminée.
– La vapeur générée est distribuée aux différents systèmes, y compris le chauffage, le traitement du carburant et les évaporateurs.

Étant donné que cette méthode repose sur les gaz d’échappement des moteurs, la quantité de vapeur produite dépend de la charge du moteur. Si le navire navigue à des vitesses plus faibles ou effectue des manœuvres, la température des gaz d’échappement peut ne pas être suffisante pour une production complète de vapeur, nécessitant des chaudières auxiliaires à combustible supplémentaires.

Consommateurs de vapeur à bord d’un navire de croisière

La vapeur est distribuée sur l’ensemble du navire à différents consommateurs, tels que :

– Systèmes de chauffage – Chauffage des cabines, couloirs et espaces publics.
– Production d’eau chaude – La vapeur chauffe l’eau douce pour les douches, lavabos et cuisines.
– Chauffage du carburant – Le carburant lourd (HFO) doit être préchauffé pour réduire sa viscosité.
– Évaporateurs – L’eau de mer est transformée en eau douce pour la boisson et le lavage.
– Opérations de blanchisserie – Machines à laver industrielles, sèche-linge et équipements de repassage.
– Cuisine et préparation des aliments – Cuisson, lavage des ustensiles et stérilisation.
– Gestion des déchets – Stérilisation des déchets dangereux et réduction du volume.

Chaque consommateur nécessite de la vapeur à des températures et pressions spécifiques, en fonction de sa fonction opérationnelle. Les navires utilisent différentes pressions de vapeur pour diverses applications, car la pression détermine la température et le contenu énergétique de la vapeur. La vapeur à haute pression contient plus d’énergie, mais nécessite aussi des tuyauteries plus résistantes et des mesures de sécurité. Le système de distribution de la vapeur est conçu avec plusieurs niveaux de pression afin d’optimiser l’efficacité et la sécurité.

– Vapeur haute pression (7–10 bar, 170–190°C) : Utilisée pour des applications à forte énergie comme le chauffage du carburant, les évaporateurs haute capacité et les opérations de blanchisserie lourde.

– Vapeur moyenne pression (4–6 bar, 140–160°C) : Utilisée pour le chauffage général, la production d’eau chaude et les fours à vapeur dans les cuisines.

– Vapeur basse pression (1–3 bar, 100–130°C) : Utilisée pour l’humidification de l’air, le chauffage à basse température et les applications de blanchisserie délicates.

– Vapeur dans les systèmes de chauffage

Les navires de croisière doivent maintenir un climat confortable pour les passagers et l’équipage, en particulier lorsqu’ils naviguent dans des régions plus froides. La vapeur est utilisée dans les serpentins de chauffage, les unités de chauffage à ventilateur et les échangeurs de chaleur pour transférer la chaleur dans le système de ventilation du navire.

– Serpentins de chauffage et unités de chauffage à ventilateur : La vapeur à 6–8 bar (160–175°C) passe à travers les serpentins de chauffage, réchauffant l’air qui est ensuite circulé dans le système de ventilation du navire.
– Chauffage des ponts et fenêtres : Pour éviter la condensation ou le gel dans les climats plus froids, des tuyaux chauffés sont installés sous les ponts extérieurs et autour des fenêtres afin de maintenir les températures au-dessus du point de congélation.
– Vapeur dans la production d’eau chaude

La vapeur est utilisée pour chauffer l’eau douce pour les douches, lavabos et l’usage en cuisine via des échangeurs de chaleur pour l’eau chaude, selon le processus suivant :

– La vapeur à 4–6 bar (140–160°C) entre dans un échangeur de chaleur.
– L’eau froide absorbe la chaleur, atteignant une température finale de 60–70°C.
– L’eau chaude est stockée dans des réservoirs isolés avant d’être distribuée.
– Vapeur dans le chauffage du carburant

Le fioul lourd (HFO) est hautement visqueux à température ambiante et doit être chauffé à 120–140°C avant d’être utilisé dans les moteurs. Pour ce faire, la vapeur à 6–8 bar (160–175°C) circule à travers des échangeurs de chaleur dans les réservoirs et les tuyaux de carburant. Cela permet au carburant chauffé d’atteindre la viscosité correcte pour une bonne atomisation et combustion dans les moteurs diesel.

– Vapeur dans les évaporateurs (production d’eau douce)

Les navires de croisière peuvent produire leur propre eau douce en utilisant des évaporateurs, qui utilisent la vapeur pour éliminer le sel de l’eau de mer. Ce processus n’a lieu que lorsque le navire est en mer et la majeure partie de la vapeur utilisée dans ces conditions provient des chaudières à gaz d’échappement. Le processus consiste à utiliser la vapeur à 5–6 bar (150–160°C) pour chauffer l’eau de mer dans une chambre sous vide. Le vide abaisse le point d’ébullition à 40–60°C, permettant à l’eau de s’évaporer efficacement. Ensuite, la vapeur est condensée pour devenir de l’eau douce, laissant le sel derrière. L’eau douce condensée est stockée pour la boisson, la cuisine et le lavage.

– Vapeur dans les opérations de blanchisserie

Le service de blanchisserie d’un navire de croisière traite quotidiennement des milliers de draps, serviettes et uniformes. Une blanchisserie maritime standard comprend :

– Laveuse industrielle : La vapeur à 4–5 bar (130–150°C) chauffe l’eau à 90°C pour un nettoyage efficace.
-Sèche-linge à vapeur : La vapeur à 6–8 bar (160–175°C) sèche les tissus plus rapidement et de manière plus uniforme que les sèche-linge électriques.
– Équipements de repassage à vapeur : La vapeur à 4–5 bar (130–150°C) enlève les plis et stérilise les tissus.
– Vapeur dans la cuisine (pavillon du navire)

La cuisine d’un navire de croisière peut fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, pour servir des milliers de passagers et d’équipage. Une cuisine maritime standard comprend :

– Fours à vapeur : La vapeur à 4–5 bar (130–150°C) fournit une distribution uniforme de la chaleur pour la cuisson à grande échelle.
– Équipements pour le lavage de la vaisselle : La vapeur à 5–6 bar (140–160°C) garantit une stérilisation à haute température des ustensiles.
– Casseroles à vapeur : La vapeur à 6 bar (160°C) est utilisée pour cuire des soupes, sauces et ragoûts de manière efficace.
– Vapeur dans la gestion des déchets

Les navires de croisière produisent des déchets importants, notamment des restes de nourriture, des emballages et des déchets organiques. La vapeur est utilisée dans :

– Stérilisation des déchets dangereux : La vapeur à 6–8 bar (160–175°C) stérilise les déchets médicaux et organiques.
– Compaction et séchage : La vapeur réduit la teneur en humidité, minimisant ainsi le volume des déchets avant leur élimination.

Conclusion

La vapeur est un élément essentiel des opérations des navires de croisière, remplissant une large gamme de fonctions critiques. En mer, les chaudières à gaz d’échappement produisent de la vapeur de manière efficace en récupérant la chaleur résiduelle, tandis qu’au port, les chaudières à combustible génèrent de la vapeur lorsque les moteurs ne fonctionnent pas. Les consommateurs de vapeur, tels que les systèmes de chauffage, les évaporateurs, les installations de blanchisserie, les cuisines et les systèmes de gestion des déchets, dépendent de températures et de pressions de vapeur soigneusement contrôlées.

Alors que les navires de croisière continuent d’évoluer vers une plus grande efficacité énergétique, les progrès dans la récupération de la chaleur résiduelle, les carburants alternatifs et les réglementations environnementales joueront un rôle clé dans l’optimisation de la production et de l’utilisation de la vapeur. Comprendre la relation complexe entre les producteurs et les consommateurs de vapeur est essentiel pour maintenir des opérations maritimes fluides et efficaces.

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Luca Paglia

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