Projet CAPNAV : limiter les émissions polluantes du trafic maritime

Le trafic maritime génère des émissions polluantes (oxyde de soufre, d’azote et particules fines) qui ont un impact sanitaire fort pour les populations des zones côtières. Le retard du secteur maritime en matière de normes de rejet dans l’atmosphère, fait du contrôle de ces émissions un enjeu environnemental et sanitaire majeur. Afin de disposer de données tangibles sur les niveaux de polluants générés par la flotte maritime française, une équipe de recherche de l’ESTACA avait été missionnée par l’ADEME en 2019 pour quantifier les émissions générées par le transport maritime et tester différentes solutions techniques pour limiter la pollution. L’objectif était de mieux connaitre la nature et les niveaux de concentration en particules émises par deux types de moteurs : l’un fonctionnant au gasoil marin (MGO), l’autre au gaz naturel liquéfié (GNL). Le second objectif était de quantifier les émissions selon le fonctionnement des moteurs : en navigation, en manœuvre et à quai. Après plus de trois ans de mesures sur les navires et d’études en laboratoire, ce projet, dénommé CAPNAV (Caractérisation des émissions de particules fines des navires), vient de rendre ses conclusions.

La création d’une chaine d’instrumentation embarquable pour mieux connaitre les émissions de particules fines

Le premier intérêt du projet CAPNAV est d’avoir développé pour la première fois une chaine de mesure embarquable sur les navires. Différents instruments, développés d’abord en laboratoire, ont été intégrés dans des caissons étanches pour une utilisation en extérieur dans des conditions parfois extrêmes. Ils ont été embarqués sur deux navires de transport de passagers et fret : le Fromveur 2 de la compagnie Penn Ar Bed (propulsion au gasoil marin) assurant la desserte journalière des îles du Ponant, et le Salamanca de la compagnie Brittany Ferries (propulsion GNL), avec une rotation hebdomadaire entre Cherbourg, l’Irlande et l’Espagne. Plusieurs semaines de mesures à bord dans les cheminées des navires synchronisées à l’enregistrement des paramètres du bateau (vitesse, charge moteur), ont permis de quantifier les émissions particulaires qui varient selon que le navire est en manœuvre ou navigue. Cette chaine d’instrumentation, intégrée dans le cadre du projet CAPNAV a ainsi permis de réaliser des prélèvements longs pour des analyses physico-chimiques, et une analyse statistique des émissions pour produire une cartographie des facteurs d’émission particulaires. Cette instrumentation embarquable pourra servir pour d’autres études à venir.

Des propulsions hybrides pour limiter les émissions en zone côtière et en manœuvre

Les mesures faites sur le Fromveur 2, navire propulsé au gasoil marin, ont d’abord mis en valeur les taux d’émission beaucoup plus importants pendant les manœuvres que pendant la navigation. Or l’enjeu est justement de réduire ces niveaux d’émission près des ports, là où vivent les riverains. Une solution d’additif au gasoil a également été testée. Mais elle n’a permis qu’une réduction de 20% des émissions d’oxydes d’azote (NOx) observée en charge partielle et n’a pas eu d’impact sur l’amélioration des rejets particulaires. Ainsi, les données collectées dans le cadre du projet CAPNAV montrent que pour limiter les émissions de particules sur ce type de navire, le meilleur scénario est de s’orienter vers des architectures hybrides gasoil marin/électrique pour pouvoir utiliser le mode électrique « zéro émission » pendant la manœuvre portuaire et la propulsion classique en vitesse de croisière.

La propulsion au Gaz Naturel Liquéfié (GNL) : une solution pour réduire les émissions de particules fines

Le second navire sur lequel ont été réalisée des études, le Salamanca, présentait l’intérêt de disposer d’un moteur « dual fuel » et pouvait fonctionner au gasoil ou au gaz naturel liquéfié. Cela a permis à l’équipe de recherche de l’ESTACA de réaliser une étude comparative des émissions particulaires entre les deux types de carburants. Une étude exploratoire de la qualité de l’air en cabine et sur les ponts a aussi pu être réalisée. Les résultats ont été sans appel, les mesures à la cheminée ont montré une réduction d’un facteur 50 des émissions particulaires en nombre, lors de l’utilisation du GNL par rapport à l’utilisation du gasoil marin.

Un nouveau projet en cours pour poursuivre les mesures

Les résultats obtenus par les chercheurs seront consolidés dans le cadre d’un nouveau projet, EMINAV (Emissions des Navires), également soutenu par l’ADEME et qui vise à évaluer de façon plus complète les émissions polluantes à la fois gazeuses et particulaires. Les deux types de moteurs seront étudiés, les moteurs marins classiques à propulsion au gasoil marin sans système de dépollution et les moteurs fonctionnant au gaz naturel liquéfié. On s’intéresse en particulier à l’évaluation des niveaux de concentration en méthane imbrulé à l’échappement (‘methane slip’ en anglais). Le méthane est en effet un puissant gaz à effet de serre, et ces émissions de méthane imbrulé sont un point faible des moteurs fonctionnant au GNL.
Ce projet est mené en partenariat avec l’IMT Atlantique, ainsi que les armateurs Penn Ar Bed et Brittany Ferries, les Chantiers de l’Atlantique et ECOGAS.