Optimiser les moteurs de bateaux sur ordinateur

Les navires de haute mer sont les chameaux de la caravane de la mondialisation. Ils transportent inlassablement des marchandises sur les mers du globe - et ce sont des pollueurs. Les énormes moteurs des cargos br?lent généralement du fioul lourd à forte teneur en soufre. Cela nuit à l'environnement. Et comme ces navires consomment énormément de carburant, la facture des armateurs l'est aussi : jusqu'à 80 pour cent des co?ts occasionnés pendant la durée de vie d'un navire de haute mer sont imputables au carburant. Pour une voiture de tourisme, c'est moins de 20 pour cent.

A cela s'ajoute le fait que les prescriptions en matière de gaz d'échappement pour les navires de haute mer ont également été renforcées. En particulier près des c?tes, les grands cargos et les bateaux de croisière doivent respecter des valeurs limites plus strictes qu'auparavant. Les armateurs ont donc intérêt à optimiser les moteurs de leurs navires de manière à réduire au maximum les co?ts de carburant malgré le durcissement des limites d'émission.

Réglage imprécis

Pour l'optimisation des moteurs de bateaux, le spin-off Vir2sense des chercheurs de l'ETH Christophe Barro et Panagiotis Kyrtatos offre désormais une nouvelle solution. Dans le cadre de leurs recherches, les deux ingénieurs en mécanique ont développé ces huit dernières années des modèles de combustion et d'émissions qui peuvent être utilisés comme capteurs virtuels dans un moteur réel. Ils souhaitent maintenant utiliser ce dernier à des fins commerciales pour simuler en continu les réglages des moteurs de grands navires, afin d'adapter de manière optimale les réglages fins des moteurs aux conditions d'exploitation actuelles en termes de consommation de carburant et d'émissions.

Ces deux grandeurs dépendent fortement de la qualité du carburant, qui varie après chaque ravitaillement. En fonction du prix du carburant et du volume transporté, les navires modifient leur vitesse nominale afin d'économiser du carburant et de réduire les gaz d'échappement. Les propriétaires de bateaux remplacent parfois certains composants du moteur pour un fonctionnement plus efficace, par exemple à des vitesses plus basses. Jusqu'à présent, cela se fait principalement sur la base de valeurs empiriques. "Le réglage des moteurs est un travail de hussard. Elle prend beaucoup de temps, pendant lequel le bateau ne peut pas transporter de marchandises. Une approche basée sur des modèles permet d'atteindre l'objectif de manière beaucoup plus efficace", explique Barro.

Les capteurs virtuels améliorent massivement le réglage

Gr?ce à leur banc d'essai virtuel, Barro et Kyrtatos peuvent calculer à l'avance sur ordinateur comment un moteur fonctionne avec certains réglages et lesquels de ses composants doivent être modifiés et comment pour obtenir l'effet d'économie souhaité.

Avec des capteurs virtuels, les chercheurs "mesurent" entre autres les valeurs des gaz d'échappement du moteur. Ces capteurs ont un grand avantage par rapport à leurs équivalents physiques : ils peuvent être placés à n'importe quel endroit du moteur. Les capteurs réels, en revanche, ne peuvent être placés qu'à quelques endroits précis. "On ne peut pas simplement placer un capteur dans l'échappement d'un énorme cargo pour mesurer les gaz d'échappement", souligne Barro. L'environnement dans les gaz d'échappement d'un moteur de bateau est rude, les capteurs physiques doivent parfois être remplacés après moins de 100 heures de fonctionnement. Or, un navire de haute mer navigue 8000 heures par an. De plus, les capteurs doivent être réétalonnés après une courte période, ce qui est co?teux.

De grandes économies possibles

L'environnement de test virtuel et ses capteurs permettent donc aux armateurs d'éviter non seulement le calibrage permanent, mais aussi son remplacement continu. Ils économisent ainsi beaucoup d'argent, car cette simulation permet de réduire la consommation de carburant en termes réels. "Une économie de l'ordre d'un faible pourcentage à un chiffre est déjà très importante pour la navigation", souligne Barro.

Il est donc confiant que le prix estimé de leur produit ne découragera pas les clients potentiels : "Nous pensons qu'une de nos unités de simulation pour un bateau co?tera entre 20'000 et 30'000 francs". Cela semble beaucoup d'argent, mais c'est un bon investissement, car en une année, ce montant peut déjà être amorti.