Établir de nouvelles mentalités en matière de construction navale, changer la façon dont les navires sont commandés

Dans le cadre du projet TrAM, 14 partenaires du projet travaillent ensemble pour développer un navire à passagers à émission rapide sans émission grâce à une production modulaire avancée. «Tenter de changer la perception de l'industrie des navires modulaires et plus standardisés a été le plus grand défi», déclarent les experts modulaires Tobias Seidenberg et Christoph Jürgenhake de l'Institut Fraunhofer pour la conception de systèmes mécatroniques IEM.

En plus de développer et de construire un ferry rapide de démonstration zéro émission, le projet TrAM vise à développer une conception modulaire et des méthodes de production inédites pour ces navires. Le projet est révolutionnaire tant en termes de technologie zéro émission que de méthodes de fabrication, et contribuera à rendre les navires à grande vitesse à propulsion électrique compétitifs en termes de coût et d'environnement.

Des voitures aux bateaux

«Aujourd'hui, les navires sont le plus souvent conçus de manière unique, même si beaucoup d'entre eux sont construits selon presque exactement les mêmes spécifications. Nous examinons les possibilités de créer des modules qui peuvent être réutilisés dans les cas d'application. En combinant des principes de production modulaire avancés avec des méthodes de conception et de construction de navires, le projet TrAM développera une intégration de système modulaire plus efficace que les systèmes de modularité orientés fonction actuellement favorisés », déclare M.Eng. Tobias Seidenberg du partenaire du projet Fraunhofer IEM.

La modularisation peut et doit changer la façon dont les navires sont commandés

Crédits d'image: maritimecleantech.no

L’institut allemand a travaillé sur des architectures modulaires pour les voitures pour de grands clients tels que le groupe Volkswagen, et dirige les travaux de TrAM sur l’adaptation des modèles de modularité de l’industrie automobile et aéronautique aux besoins de l’industrie maritime. Le concept modulaire proposé sera validé et affiné grâce à un démonstrateur physique et deux réplicateurs. Le démonstrateur sera un ferry à passagers zéro émission qui desservira une ligne de banlieue à arrêts multiples dans la ville norvégienne de Stavanger à partir de janvier 2022. Les réplicateurs seront développés pour les rivières et les canaux de Londres et de Belgique.

Au-delà de Lego

«Essentiellement, le projet consiste à construire le même navire à des fins différentes – en créant une famille de navires pour trois itinéraires différents. Notre objectif est de développer une méthodologie de modularisation qui permet aux trois navires d'avoir les mêmes systèmes et interfaces à l'intérieur de la coque et les mêmes structures rugueuses – peut-être avec une forme de coque partiellement différente pour chaque navire », explique le Dr Ing. Christoph Jürgenhake chez Fraunhofer IEM. Il apporte plusieurs années d’expérience de la modularisation d’Airbus au projet TrAM.

La modularisation peut et doit changer la façon dont les navires sont commandés

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La modularisation est souvent expliquée comme utilisant le «principe Lego» dans la conception et la construction. Mais la première approche de la fonction de Fraunhofer est sensiblement différente de celle du concepteur mécanique traditionnel.

«Alors qu'un concepteur mécanique a normalement un point de vue géométrique et commence par la forme, nous commençons par un point de vue fonctionnel – en demandant où nous pouvons intégrer quelles fonctions. Ensuite, nous essayons d'identifier quelles fonctions vont ensemble, avant d'en tirer une forme quelconque », explique Jürgenhake.

C’est ce qui compte à l’intérieur

Au départ, les deux collègues craignaient que le projet n'aboutisse à des modèles de modularisation très abstraits, comme des directives générales de conception et de production. Mais au cours de la première année et demie de leur recherche, des idées pour des modules TrAM spécifiques ont émergé.

«En collaboration avec des collègues de l'Université Strathclyde en Écosse, nous réfléchissons à la modularisation de différentes sections de la coque, permettant à la coque d'être plus facilement adaptée à chaque cas d'utilisation. Mais l'essence de l'effort de modularisation de TrAM est d'avoir l'intérieur complet et les interfaces du navire dans des modules facilement adaptables », explique Jürgenhake.

Une proposition comprend un agencement de pont modulaire. «Il est devenu évident pour nous qu’il n’y avait aucune raison de construire un pont différent pour chacun des trois navires TrAM. Nous réfléchissons actuellement à un module bridge pouvant être entièrement équipé par le fournisseur et adapté à chaque cas d'utilisation. C'est un énorme avantage pour le constructeur naval, car il permet le plug and play pendant la construction des prochains navires de la famille.

Alimentation modulaire

Ils ont également des idées pour un module de puissance modulaire dans lequel toutes les batteries et l'électronique de puissance sont stockées au niveau supérieur du navire au lieu de l'intérieur de la coque.

«C'est un avantage pour l'avenir. Nous savons que la technologie des batteries se développera rapidement dans les années à venir, et avoir le module de puissance comme une unité facilement accessible sur le dessus du navire profitera à la modernisation future, permettant un remplacement de batterie plus facile ou l'intégration de nouvelles sources d'énergie comme les piles à combustible », Seidenberg dit.

Des modules intérieurs comme les cafétérias sont également à l'étude. «Par exemple, à Londres, l'achat de collations et de boissons à bord constitue une part importante de l'expérience client. Nous aimerions voir une cafétéria modulaire sur les navires TrAM. S'il y a suffisamment d'espace, il peut s'agir d'une cafétéria habitée, mais le module peut également être constitué de distributeurs automatiques en libre-service. Quelle que soit la taille, la clé est d'avoir toutes les interfaces pour les services de cafétéria prévues dans votre coque, y compris l'approvisionnement en eau douce, l'approvisionnement en énergie, et plus encore. Cette fonctionnalité offrira également aux futurs propriétaires une flexibilité accrue pour modifier la zone de la cafétéria, explique Seidenberg.

Établir un nouvel état d'esprit

Jürgenhake et Seidenberg sont clairs sur le plus grand défi du projet à ce jour. «En général, le principal défi a été de convaincre les industries du transport et de la mer que la modularisation est une bonne approche dans la conception des navires, pour leur ouvrir les yeux sur un nouvel état d'esprit», déclare Jürgenhake.

Lui et Seidenberg estiment que la modularisation peut et doit changer la façon dont les navires sont commandés. «Il existe une croyance dominante selon laquelle l'optimisation complète est la seule façon de concevoir un navire. Ceci est le résultat des processus d’appel d’offres extrêmement spécifiques d’aujourd’hui, qui conduisent à des navires uniques en raison de toutes les exigences que les propriétaires de navires incluent dans leurs offres. » Il cite un exemple courant: «Pourquoi spécifier une vitesse de pointe rigoureuse si un navire n'utilise cette vitesse que 10 à 15% du temps, tout en respectant son horaire?» Demande Jürgenhake.

«L'industrie maritime se concentre également fortement sur le prix initial», ajoute Seidenberg. «Nous pensons que l'industrie doit se pencher davantage sur les coûts à vie, comme le fait l'industrie aéronautique. Nous sommes actuellement en train de valider des estimations montrant que le coût à vie d'un navire modulaire moins cher et plus standardisé peut en fait être inférieur à celui d'un navire conçu individuellement fonctionnant sur la même route. Si nos chiffres sont corrects, je pense que ce sera une révélation », dit-il.

Terminer la dernière étape

Alors que le navire de démonstration entre dans la phase de conception détaillée, la tâche de Fraunhofer IEM est de documenter toutes ses découvertes. Ils s'attendent à terminer en septembre ou octobre. «Notre périmètre de livraison au projet sera les méthodes utilisées pour modulariser le navire, accompagnées d'exemples et de suggestions. Nous aimerions également inclure une sorte d'outil de configuration, visualisant la méthodologie pour le constructeur naval à travers des exemples tirés des trois cas d'utilisation de TrAM et montrant ce que vous pouvez réaliser grâce à la modularisation », conclut Seidenberg.

La construction du navire de démonstration commencera au début de 2021. Le ferry rapide entièrement électrique devrait entrer en service commercial pour Kolumbus à Stavanger le 1er janvier 2022.

Communiqué de presse