Une étude situe le méthanol, l'hydrogène et les systèmes hybrides comme des options clés pour la décarbonisation des porte-conteneurs
Une étude publiée dans la revue Energy Conversion and Management conclut que le méthanol et l'hydrogène, soutenus par l'éolien et le solaire, tracent la transition la plus stable vers 2050.
Un système hybride combinant des moteurs à combustion interne mono-combustible alimentés par du méthanol et des piles à hydrogène à oxyde solide, soutenu par des technologies de propulsion assistée par le vent et des panneaux solaires, constitue la configuration énergétique la plus cohérente pour décarboniser les porte-conteneurs à long terme. C'est la conclusion centrale d'une recherche publiée dans la revue scientifique Energy Conversion and Management, du groupe éditorial Elsevier, signée par Zhongxiu Peng et Yuzhe Zhao (Université Maritime de Dalian), Theo Notteboom (Académie Maritime d'Anvers, Université de Gand et Université d'Anvers) et Jingmiao Zhou (Université des Langues Étrangères de Dalian).
L'étude analyse la planification de la transition énergétique de ces navires sous l'objectif de zéro émissions nettes adopté par l'Organisation Maritime Internationale (OMI), dans un contexte d'incertitude technique et économique élevée. Le travail rappelle que le transport maritime international transporte plus de 80% du commerce mondial en volume et représentait environ 2,5% des émissions de dioxyde de carbone liées à l'énergie en 2024. Dans cet ensemble, le trafic de conteneurs représente environ 15% du commerce, environ 20% du tonnage de poids mort (TPM) de la flotte mondiale et plus de 20% des émissions du secteur. L'OMI a adopté en 2023 une stratégie révisée qui fixe l'objectif de zéro émissions nettes de gaz à effet de serre autour de 2050 et, sur cette base, a proposé un cadre combinant des exigences obligatoires de réduction des émissions avec des mesures économiques, encore en attente de négociation dans ses aspects de marché.
Pour aborder cette question, la recherche développe un cadre d'optimisation stochastique en deux étapes — un modèle de programmation quadratique avec contraintes quadratiques et variables mixtes entières (MIQCQP) — qui détermine conjointement la sélection de la technologie, la configuration de capacité, la programmation des reconversions (rétrofitting) et les stratégies d'utilisation énergétique à long terme. L'incertitude concernant les coûts des systèmes de puissance, les prix des combustibles et les taux de substitution d'énergie auxiliaire est représentée par la génération de scénarios avec un échantillonnage par hypercube latin, et le modèle est résolu par un algorithme de décomposition par scénarios (hedging progressif). L'horizon de planification s'étend de 2025 à 2050, divisé en périodes de cinq ans. Les résultats présentés correspondent à une instance de 50 scénarios, avec un écart-type relatif de 2,3% dans les valeurs cibles, ce qui indique une variabilité limitée dans les solutions.
L'étude prend comme référence quatre types représentatifs de porte-conteneurs — Feeder (2.433 EVP), Intermediate (7.164 EVP), Neo-Panamax (14.500 EVP) et Post-Panamax (18.982 EVP) —, paramétrés avec des navires réels et des spécifications techniques publiques. Ces cas ne visent pas à offrir une représentation statistique de la flotte mondiale, mais à refléter des contextes typiques de décision concernant la configuration de combustibles et les systèmes de puissance à l'échelle du navire.
Selon les résultats, tous les navires adoptent au cours de la période initiale une configuration hybride cohérente de moteur à combustion interne mono-combustible au méthanol et de pile à hydrogène à oxyde solide, complétée par des technologies assistées par le vent et des panneaux solaires, malgré les différences de capacité de puissance et d'utilisation énergétique. Le principal changement structurel se produit par la reconversion du moteur de méthanol en moteur à hydrogène, principalement entre 2045 et 2050. Sur le navire Neo-Panamax, cette reconversion est anticipée à 2040-2045 dans 2% des scénarios, tandis que 98% restants se concentrent sur la période 2045-2050.
Les modèles d'utilisation énergétique évoluent au cours de la transition. Dans la phase initiale, le moteur à combustion interne fournit un peu plus d'énergie que la pile à combustible sur les navires Feeder, Neo-Panamax et Post-Panamax (entre 51,50% et 53,23%), tandis que le navire Intermediate dépend davantage de la pile (54,15%). Vers 2045-2050, l'utilisation énergétique de la pile à oxyde solide dépasse celle du moteur sur tous les types de navires, dans une fourchette allant de 51,88% sur le Feeder à 73,08% sur l'Intermediate.
En ce qui concerne le choix du combustible, au cours de la période initiale, tous les navires recourent au bio-méthanol pour le moteur, tandis que la sélection de combustible pour la pile varie : les navires Feeder et Intermediate utilisent de l'hydrogène bleu, et les Neo-Panamax et Post-Panamax utilisent directement de l'hydrogène électrolytique (e-hydrogène) à zéro émissions pour réduire l'intensité des gaz à effet de serre du combustible. La composition du combustible du moteur change de manière plus marquée entre 2030 et 2035, en particulier sur le navire Intermediate, où coexistent méthanol gris, bleu et bio-méthanol. Malgré son coût plus élevé, l'e-hydrogène reste le combustible final permettant une décarbonisation profonde et joue un rôle déterminant dans les trajectoires de transition à long terme.
L'analyse des coûts montre que la dépense totale augmente avec le gabarit du navire et est dominée par la consommation de combustible, dont la part varie entre 51,52% et 64,68% dans la première étape et entre 60,95% et 67,15% dans la seconde. Les coûts de pénalisation associés à la norme de combustible (GFS) proposée par l'OMI — fixés à 100 dollars par tonne pour le premier tronçon et 380 pour le second — sont peu significatifs, ce qui indique une préférence pour des combustibles à plus faibles émissions du cycle de vie même s'ils sont plus coûteux. L'installation précoce de la propulsion éolienne et des panneaux solaires s'explique par leur capacité à remplacer une partie de la consommation de combustible avec un investissement relativement faible.
L'étude examine également comment différents mécanismes de pénalisation influent sur les décisions initiales. Dans un scénario sans pénalisation, tous les navires ont recours au méthanol gris avec de l'hydrogène bleu ; avec l'introduction du mécanisme GFS, les navires Feeder et Intermediate tendent vers le bio-méthanol avec de l'hydrogène bleu, et les Neo-Panamax et Post-Panamax vers le bio-méthanol avec de l'e-hydrogène. Les taux de pénalisation les plus élevés tendent à augmenter la capacité de la pile à combustible, en particulier sur les navires de plus fort tonnage. Une analyse parallèle sur les surcoûts d'infrastructure associés au stockage, à la manutention et à l'approvisionnement des combustibles indique que ceux-ci réduisent la part d'utilisation de la pile et élèvent celle du moteur, sans altérer l'architecture hybride dominante.
La recherche avertit que ses résultats doivent être interprétés comme des trajectoires de transition optimisées sous les hypothèses du modèle et non comme des prévisions précises pour des flottes spécifiques. Elle souligne également que les technologies pour convertir l'hydrogène en pouvoir de propulsion sont encore en cours de maturation et n'ont pas atteint un déploiement commercial généralisé, et que les chaînes d'approvisionnement et l'infrastructure d'approvisionnement en e-hydrogène restent peu développées. Une analyse de sensibilité incluse dans le matériel complémentaire indique que, dans la fourchette basse des prix de l'hydrogène, les décisions de configuration précoce pourraient varier vers une combinaison de moteur de diesel marin (MGO) et de pile à hydrogène, maintenant le moteur de MGO comme option transitoire flexible. L'architecture méthanol et hydrogène reste stable face aux différents scénarios analysés, tandis que les facteurs de coût continuent de conditionner l'allocation de capacité, les parts d'utilisation énergétique et le choix concret de combustible.
