Analyse techno-explicite des strategies de conception de navires à faible empreinte carbone: Conséquences environnementales et économiques

Techno-explicit analysis of Net-Zero Ship Design Strategies: Environmental and Economic Consequences

• Auteur / Autrice : Alexandre Bellot
• Direction : Chakib Bouallou, Aykut Ölcer, Maroun Nemer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 08/04/2019
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres en cotutelle avec World Maritime University
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Gaz à effet de serre

Navire

Marine marchande durable

Energie

Propulsion

Greenhouse gases

Ship

Net-zero shipping

Maritime energy

Ship propulsion

Naval architecture

Résumé

Le transport maritime est indispensable aux échanges et au développement du commerce mondial. Ce secteur représente selon les dernières estimations de l'organisation maritime internationale (OMI : agence spécialisée des nations unies en charge de la réglementation maritime internationale) près de 91.000 unités. Bien que souvent considéré comme le moyen de transport le moins impactant en matière de gaz à effet de serre (t.co2/(t. Transportée*km)), les émissions cumulées de carbone représentent près de 900 millions de tonnes de CO2 équivalents par an pour 3% des emissions mondiales, mais une perspective de croissance de près de 250% d'ici 2050. Les objectifs ambitieux posés à l'échelle internationale (Accord de Paris de 2015 et Stratégie de Réduction des Émissions de GES de l'OMI en 2018 et 2023) requièrent l'utilisation de sources d'énergie massivement décarbonées, sans pour autant oublier des préoccupations plus générales concernant une exploitation durable des ressources et de l'énergie sur des cycles de vie complets. Si de nombreuses études soulignent l'importance des choix techniques en architecture navale pour atteindre les objectifs internationaux de réduction des gaz à effet de serre, aucune ne propose de méthodologie capable d'identifier des associations «vertueuses» de technologie en liant impact global sur l'infrastructure énergétique, empreinte carbone et efficacité économique du transport. En conséquence, il est très difficile pour les acteurs de la société maritime de fixer des objectifs clairs en matière de transition énergétique : - Architectes navals : Au regard du nombre exponentiel de combinaisons de source d'énergie, vecteur de production, technologie de générateur/propulseur et stratégie de gestion de puissance pour un navire, il est impossible de garantir un design optimal du point de vue des gaz à effet de serre ou d'autres critères environnementaux. - Armateurs : Optimiser et sécuriser les besoins en produits énergétique de leur flotte dans le contexte d'une régulation GHG pose de nombreuses interrogations ralentissant en general l'accélération de la transition énergétique. - Sociétés portuaires / Industriels de l'énergie : Les choix armateurials en matière de source d'énergie restant subjectifs, il est difficile d'estimer les marchés prometteurs (secteur de la flotte mondiale) pour chaque type de carburant, ce qui limite le développement des infrastructures de soutage. - Organisation maritime internationale : Il est impossible aujourd'hui de lier simplement conception individuelle des navires et conséquences environnementales ou besoins en infrastructure pour des scenarios technologiques guidées par des réglementations navire-par navire (CII). La thèse présentée ici cherchera à explorer une nouvelle méthode d'évaluation technique et environnementale de la conception des navires et sa généralisation en flotte de transport pour assister les architectes à concevoir des navires résilients dans un contexte "net zero" 2050, aux armateurs de définir une position vis à vis du design des flottes (économies d'échelle) et aux entité publique de prendre en compte les besoins énergétique et l'empreinte de ces ponts maritimes.

Maritime transport is essential for global trade and development. According to the latest estimates from the International Maritime Organization, this sector represents nearly 91,000 units and 80% of international trade capacity. Although often considered the least impactful means of transportation in terms of greenhouse gas emissions (t.CO2/(t. Transported*km)), the cumulative carbon emissions amount to nearly 900 million tons of CO2 equivalents annually, accounting for 3% of global emissions, with a growth perspective of nearly 250% by 2050. Ambitious international goals, such as the 2015 Paris Agreement and the IMO's Greenhouse Gas Emissions Reduction Strategy of2018 and 2023, require using decarbonized energy sources while also addressing broader concerns about sustainable exploitation of resources and energy over complete life cycles of vessels. While numerous studies emphasize the importance of technical choices in naval architecture to achieve international goals, none provide a methodology capable of identifying "virtuous" technology associations linking the overall impact on energy infrastructure, carbon footprint, and economic efficiency needed for net zeros shipping. Consequently, it is challenging for stakeholders in the maritime industry to set clear goals for the energy transition: - Naval architects: Given the exponential number of combinations of energy sources, production vectors, generator/propulsion technology, and power management strategies for a vessel, ensuring optimal design from the perspective of greenhouse gases or other environmental criteria is impossible. - Shipowners: Optimizing and securing the energy needs of their fleet in the context of GHG regulations raises numerous questions, generally slowing down the pace of the energy transition. - Port companies / Energy industry professionals: As shipowners' choices regarding energy sources remain subjective, estimating promising markets (global fleet sector) for each type of fuel is challenging, limiting the development of bunkering infrastructure. - International Maritime Organization: It is currently impossible to link individual ship designs to environmental consequences or infrastructure needs for technology scenarios guided by ship-by-ship regulations (CII). This thesis aims to explore a new method of technical and environmental evaluation of ship design and its generalization in transportation fleets to assist architects in creating resilient vessels in a "net zero" 2050 context, enable shipowners to define a position regarding fleet design (economies of scale), and allow public entities to consider the energy needs and footprint of these maritime routes.