Impacts du branchement électrique à quai des paquebots fluviaux
Acronyme : Quaimpact
Programme : AQACIA 2024 - Gérer les pollutions à l’ozone et sectorielles
Mots-clés : Mobilité / Transport / Qualité de l'air
Contexte : La Commission Européenne et la CCNR (Commission Centrale de la Navigation du Rhin) préparent pour le secteur fluvial des mesures visant à réduire significativement, en deux temps, les émissions de polluants et de gaz à effet de serre (GES) : · 2035 : les accords de Mannheim objectivent une réduction de 35 % d’ici 2030 par rapport à 2015, et la suppression des autres polluants d’ici 2050 · 2050 : la commission européenne vise l’objectif de la neutralité carbone dans le cadre du « Pacte vert pour l’Europe » Pour relever ce défi, le raccordement électrique à quai des bateaux fluviaux permettrait de diminuer significativement et immédiatement les émissions de GES. En effet, l’alimentation électrique à quai des bateaux fluviaux permet de limiter fortement l’impact de leurs activités sur l’environnement en réduisant la pollution de l’air, les émissions de CO2 et les nuisances sonores. Selon une étude d’évaluation réalisée en 2019, les bateaux de croisière passent en moyenne plus de 70% de leur temps à quai, renforçant ainsi l’importance de cette mesure. En se branchant aux bornes électriques lors de leurs escales, ces paquebots évitent l’usage de groupes électrogènes, ce qui élimine localement les nuisances sonores, les émission de CO2 et de polluants (CO, NOx, HC, particules, etc.) (VNF, 2024 ; EMTER, 2021). Sur une année d’activité d’un paquebot (en navigation, en escale ou en hivernage), cette pratique réduit d’environ 60% des émissions de CO2 totales (en navigation et à quai) soit 750 tonnes économisées, et divise par 60 les émissions de polluants locaux (CO, HC, NOx et particules) (VNF, 2024). La généralisation de cette pratique pourrait permettre un gain annuel d’émissions de CO2 estimé à 8 500 tonnes sur l’ensemble du réseau géré par VNF dont 5 800 tonnes sur le territoire de la Métropole de Lyon (soit 68% des gains totaux). Néanmoins, les estimations de gains environnementaux reposent sur des calculs théoriques : temps estimés à quai, consommation moyenne, prix moyen des carburants, etc.
Description : Le projet Quaimpact se concentre sur l’évaluation des impacts environnementaux du branchement électrique à quai des paquebots fluviaux, par opposition à l’utilisation de groupes électrogènes. Il propose un suivi en conditions réelles sur plusieurs mois des émissions des paquebots fluviaux, tant en phase de navigation qu’à quai, en utilisant un système de mesure en continu. Cette collecte de données permettra de fournir une évaluation précise et complète des émissions de polluants atmosphériques, ainsi que des conditions d’utilisation des moteurs thermiques et des générateurs électriques, afin d’établir un bilan de la charge moteur lors des arrêts à quai. Une campagne de mesures ciblée sur des conditions d’utilisation représentatives est prévue pour caractériser un large éventail de polluants ayant un impact sur la santé publique et l’environnement, et d’analyser en détail des gains obtenus grâce à l'électrification à quai. Les 6 lots du projet sont les suivants : Lot 1. Pilotage et valorisation (Responsable Univ. Gust. Eiffel) Ce premier lot concerne la coordination des tâches scientifiques et administratives, l’organisation et la planification des expérimentations en assurant une bonne articulation entre les lots 2 à 6, l’organisation des réunions et la réalisation des rapports d’avancement intermédiaires et final, ainsi que la valorisation des résultats du projet. Lot 2. Paquebot (Responsable VNF) Ce lot concerne l’identification, la sélection et les relations avec l’armateur de paquebot le plus adapté à l’étude. L’armateur ciblé possèdera à minima un paquebot fluvial sur le bassin Rhône-Saône, idéalement avec une autre unité fluviale sur le bassin de la Seine. Il est prévu de sélectionner un bateau avec une motorisation hybride ou avec une motorisation thermique conventionnelle à entrainement direct pourvu de groupes électrogènes pour les besoins du bord. Pour une représentativité de la flotte de paquebot fluviaux, il s’agira de sélectionner une embarcation de 110 ou 135m. Ces éléments seront étudiés pour valider les bateaux les plus pertinents à retenir, en relation avec les opérateurs fluviaux (un accord de principe est obtenu). La méthodologie et programme de ce lot s’appuie sur les éléments suivants : Étude des caractéristiques techniques du bateau : Un audit technique sera mené pour évaluer les caractéristiques des moteurs, des groupes électrogènes et des équipements à bord, afin d’identifier les besoins en énergie pendant les différentes phases d’opération. Critères de sélection du paquebot : La sélection se basera sur la représentativité des bateaux par rapport à la flotte actuelle (dimension, puissance des moteurs, technologies utilisées). Les bateaux choisis seront des unités standardisées de 110 ou 135 mètres. Planification des interventions : Les périodes d’intervention (installation des systèmes de mesure) seront planifiées en fonction des disponibilités du bateau, en minimisant les interruptions de service pour les armateurs. Suivi opérationnel : VNF s’assurera du bon déroulement des opérations et du respect des protocoles définis en collaboration avec les partenaires scientifiques. Lot 3. Suivi longue durée (Responsable Univ. Gust. Eiffel et IRCELYON) Ce lot comprend deux tâches. La tâche 3,1 se concentre sur la mise en place et la réalisation de mesures embarquées à bord d’un paquebot fluvial sur une période de neuf mois, à l’aide du système CEMS (en collaboration avec un prestataire). Ce système permet de mesurer les émissions de NOx et d’enregistrer les paramètres moteurs ainsi que les données GPS dans diverses situations de navigation et lors des arrêts à quai. Programme : Un système de mesure en continue des émissions (CEMS) sera déployé à bord d’un paquebot fluvial pour une durée de 9 mois (de février à octobre) permettant de couvrir l’ensemble des activités du paquebot à diverses conditions (saisonnalité, navigation, manœuvre, accostage, arrêt à quai…). Ce système permet de mesurer les émissions de NOx, la consommation (groupes électrogènes, moteurs de propulsion, générateurs pour les bateaux hybrides...), la température et la localisation GPS. En outre, un système de télématique a été ajouté pour la transmission des données. La tâche 3,2 a pour objectif d’identifier les composés organiques volatils caractéristiques de ces émissions. Ces prélèvements permettent de mettre au point des méthodes d’échantillonnage et de quantification des composés organiques ciblés. Programme : Lors des journées d’installation, des prélèvements de composés organiques seront réalisés à l’aide de tubes remplis de différents adsorbants, reliés à une pompe de prélèvement. Les échantillons seront collectés à différents débits (50 et 200 mL.min-1) sur une durée variant de 30 à 60 minutes, afin d’optimiser les conditions de prélèvement en fonction des niveaux de concentrations rencontrés. Ces premiers prélèvements permettront d’identifier les composés organiques susceptibles d’être émis (principalement des alcanes et des alcènes linéaires et ramifiés, des aromatiques BTEX, des cycloalcanes…), et de mettre au point la méthodologie de quantification de ces composés organiques par GC-MS, avec des étalons appropriés. Lot 4. Bilan d’utilisation des moteurs et générateurs (Responsable Univ. Gust. Eiffel) Ce lot a pour objectif d’identifier les situations en relation avec la demande énergétique spécifique pendant les phases de navigation et d’arrêts à quai, afin d’établir un bilan des charges moteurs/générateurs sollicitées, en se basant sur les données recueillies lors du suivi à longue durée (Lot 3). Ce bilan est essentiel afin d’évaluer les impacts du branchement électrique à quai (Lot 6). La demande énergétique spécifique identifiée permettra, par la suite, de réaliser des mesures d’émission dans des conditions spécifiques, avec un fonctionnement représentatif du paquebot lors des arrêts à quai (Lot 5). Ce lot sera réalisé en étroite collaboration avec le prestataire chargé de caractériser les principaux paramètres techniques clés (moteur et GPS) pour refléter les conditions réelles d’utilisation. Programme et description de la méthode : une analyse statistique approfondie sera réalisée à partir des données collectées sur le lot 3, afin de comprendre l’utilisation des différents équipements du paquebot fluvial, tels que le système de propulsion et les consommateurs électriques. Cette analyse couvrira une période suffisamment longue et prendra compte toutes les phases d’exploitation du navire : navigation, manœuvre, accostage, et spécifiquement l’arrêt à quai. Ces données seront croisées avec les relevés supplémentaires, incluant notamment le nombre de passagers et l’activité à bord, afin de mieux appréhender la demande énergétique en fonction des différentes périodes de l’année. Cela permettra d’analyser les variations de consommation liées à la saisonnalité et aux périodes de forte affluence touristique. Grâce à ces informations, il sera possible de déterminer si les différents systèmes de production d’énergie du navire sont exploités de manière optimale. L’objectif est de d'évaluer l'intérêt d'une alimentation électrique à quai (Lot 6) comme alternative pour réduire l'impact énergétique et améliorer la performance globale du navire lors des périodes d'arrêt prolongé. Lot 5. Émission (Responsable Univ. Gust. Eiffel et IRCELYON) Ce lot est centré sur la mesure des émissions de polluants d’un paquebot fluvial lors des arrêts à quai dans des conditions de fonctionnement normales. Les mesures des émissions des polluants ciblés (NO, NO2, NOx, CO, HC, NH3, COV, carbone suie, particules ultrafines, etc.) seront assurées par l’ensemble des partenaires et prestataire. Ces données permettront d’évaluer l’impact environnemental de l’alimentation électrique à quai (Lot 6). Programme : les mesures des émissions des polluants en phase gazeuse et particulaire seront effectuées sur un paquebot à quai, en situation de fonctionnement normal. Les polluants mesurés incluront les composés tels que NO, NO2, NOx, CO, HC totaux, NH3, COV (BTEX, alcanes, alcènes, cycloalcanes…), carbone suie, particules ultrafines. Ces mesures seront réalisées sur une période de cinq jours, couvrant différentes situations de la demande énergétique identifiées dans le lot 4. Chaque phase de mesure correspondra à une situation spécifique d'utilisation des équipements, permettant ainsi une évaluation complète des émissions selon les besoins énergétiques du paquebot. La durée prévisionnelle de la campagne de mesure, incluant les phases préparatoires d’instrumentation préparatoires, est de deux à trois semaines. - Location du paquebot Le paquebot utilisé pour cette phase sera le même que celui qui a été utilisé lors des lots 2 et 3. Un accord sera négocié avec la société propriétaire, incluant un dédommagement financier pour compenser la perte d’activité. La durée maximale d’immobilisation du paquebot est estimée à cinq jours pour réaliser les mesures d’émission. Compte tenu des couts d’immobilisation du bateau, une préparation la plus complète possible devra être réalisée en amont. Facteurs d’émission Les mesures réalisées avec les différents appareils sont exprimées en teneur (ppm) ou nombre (#/cm3). Elles sont ensuite converties en masse ou nombre en utilisant l’information de débit d’échappement de chacun des moteurs thermiques testés. Les émissions sont ensuite calculées en g/s, g/h, #/s, g/kWh, g/km. La distance parcourue est fournie par le GPS, la puissance des moteurs est fournie par le calculateur, ou modélisée sur la base des données constructeur et de la mesure de consommation de carburant (courbes d’ISO-consommation spécifique). Les résultats pourront également être exprimés en équivalent CO2, en fonction du nombre de passagers (globalisés sur la base des mesures longues durée (moteur de propulsion et groupe électrogène). Lot 6. Impacts (Responsable VNF et Univ. Gust. Eiffel) Ce lot est focalisé sur l’études des intérêts environnementaux du branchement à quai : niveaux de charge utilisés et rendements des moteurs thermiques/hybrides. Les résultats obtenus dans le lot 3 permettront d’évaluer les émissions de NOx et la consommation sur toutes les phases d’utilisation du bateau, en navigation, pendant les phases de manœuvres, durant les traversées des villes, à quai, etc. Un focus sera donné sur les émissions à quai, ou une mesure complète des émissions sera réalisée (Lot 5) sur les groupes électrogènes et / ou les générateurs. L’impact économique de l’alimentation électrique à quai sera également exploité dans le cadre d’un programme complémentaire, en utilisant les données obtenues dans les lots 3 et 4. Ces données permettront de quantifier précisément les consommations des équipements des bateaux, de qualifier l’adéquation des groupes électrogènes ou générateurs avec les besoins énergétiques, et de quantifier les coûts d’exploitation de ces derniers sur différente conditions climatiques, ou d’exploitation. Ces coûts pourront être comparés aux coûts d’exploitation dans le cas d’un branchement électrique direct à quai. Tâche 6.1 . Impacts environnementaux Collecte et analyse des données : Les données sur les émissions de polluants collectées dans le Lot 5 seront analysées pour la phase à quai des paquebots. L’analyse portera sur les émissions de CO2, NOx, particules fines, composés organiques volatils, etc. Comparaison des scénarios : Les scénarios d'utilisation des groupes électrogènes (sans branchement électrique) seront comparés à ceux du branchement électrique à quai, pour quantifier les émissions évitées. Les résultats seront exprimés en tonnes de CO2 évitées, en pourcentage de réduction des NOx et en nombre de particules fines évitées. Évaluation des émissions de polluants évitées : une évaluation des gains sur la qualité de l’air à l’échelle locale sera menée afin de quantifier les bénéfices environnementaux liés à l’alimentation électrique à quai, en particulier dans les zones portuaires en milieu urbain. Cette évaluation s’appuiera sur les données collectées dans les Lots 3, 4 et 5 (consommations énergétiques, régimes moteurs, émissions mesurées), permettant de calculer les émissions évitées (NOx, PM, CO, CO₂, COV, etc.) lors des escales grâce à l’électrification. Tâche 6.2 . Impacts économiques (programme complémentaire VNF) Analyse des coûts énergétiques : Cette tâche analysera les coûts énergétiques liés à l’utilisation des groupes électrogènes et au branchement électrique. Les variables prises en compte incluront la consommation moyenne de carburant des générateurs, le prix moyen de l’énergie, les coûts d'entretien des groupes, et le prix de l'électricité. Calcul du retour sur investissement (ROI) : Un modèle économique sera développé pour évaluer le retour sur investissement pour les armateurs, en tenant compte des coûts initiaux d’équipement pour le branchement électrique et des économies à long terme. Étude de la variabilité saisonnière : L’analyse tiendra compte de la variabilité saisonnière dans la consommation d’énergie (par exemple, en fonction du nombre de passagers ou des conditions climatiques) et de l’impact sur les coûts d’exploitation.
Objectifs et résultats attendus : Le projet Quaimpact vise à enrichir les connaissances sur les émissions de polluants des paquebots fluviaux selon des charges moteurs et/ou générateurs électriques lors des différentes phases d’utilisation. Il s’attache également à évaluer les impacts du branchement électrique à quai de manière pratique et mesurée. Le projet se focalise sur l’amélioration les connaissances sur les émissions de polluants générées des paquebots fluviaux dans différentes conditions de navigation et lors de leur branchement électrique à quai, ainsi qu’à évaluer les impacts environnementaux liés à cette alimentation électrique. Les objectifs du projet sont les suivants : - Élaborer des méthodologies pour mesurer les émissions de polluants provenant des moteurs thermiques et/ou des générateurs électriques ; - Effectuer un suivi longue durée pour caractériser la consommation énergétique dans diverses situations de navigation et lors des arrêts à quai, ainsi que les émissions de NOx ; - Réaliser une estimation statistique de l’utilisation des moteurs thermiques et des générateurs électriques, et établir un besoin énergétique lors des arrêts à quai ; - Caractériser les émissions des polluants ayant un impact sur la santé et l’environnement : NO, NO2, NOx, CO, HC, NH3, COV (BTEX et autres), carbone suie, particules ultrafines ; - Évaluer les impacts environnementaux lors du branchement électrique à quai. Les verrous scientifiques et techniques à lever sont les suivants : - Manque de méthodologie de mesure adaptée au paquebot. - Manque de connaissance sur l’utilisation des moteurs thermiques et/ou des générateurs électriques lors des arrêts à quai, ainsi que le bilan énergétique. - Manque de connaissance sur les émissions des polluants ciblés dans le secteur fluvial. - Temps d’immobilisation des embarcations lors de la mise en place des instrumentations. Les résultats et produits finaux escomptés et bénéfices socio-économiques sont : - Identification des demandes énergétiques spécifiques lors des arrêts à quai - Émissions des polluants ciblés - Contribution à l’évaluation des impacts environnementaux et économiques Les résultats du projet contribueront à caractériser les bénéfices socio-économique grâce à l’utilisation du branchement électrique à quai, une solution qui présente à la fois des intérêts environnementaux et économiques et à favoriser une adoption étendue de cette pratique. Dans le cadre des objectifs de décarbonation et de transition énergétique, ce projet pourra contribuer à l’appui aux politiques publiques. Les valorisations prévues et les retombées attendues sont les suivants : Appui aux politiques publiques : Les résultats du projet soutiendront la mise en place de nouvelles réglementations pour encourager l'électrification des infrastructures portuaires. Une coopération étroite avec l'ADEME, les collectivités locales et les ministères concernés permettra de valoriser les résultats pour soutenir les politiques en faveur de la qualité de l'air et de la réduction des émissions dans les zones portuaires et urbaines. Publications techniques et scientifiques : Les résultats seront publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture spécialisées en environnement, mobilité durable, et ingénierie des transports fluviaux. De plus, des communications lors de congrès nationaux et internationaux permettront de partager les résultats et les innovations techniques et méthodologies de mesure des émissions en conditions réelles. Les résultats pourront être intégrés à la base de données d’ATMO Auvergne Rhône-Alpes, en appui à la mise en œuvre du Plan de Protection de l’Atmosphère (PPA) piloté par la DREAL sous l’autorité du préfet. Ce croisement permettra d’évaluer l’impact des émissions évitées dans l’air ambiant, notamment autour des zones portuaires les plus fréquentées. Cette démarche contribuera à alimenter les politiques publiques locales et à renforcer l’argumentaire en faveur de l’électrification des infrastructures portuaires. Dans le cadre de la stratégie de verdissement que VNF porte avec ses partenaires des engagements pour la croissance verte fluvial, des communications seront organisées pour diffuser les résultats d’analyses des émissions. VNF propose également une dissémination des résultats de l’étude lors d’un évènement organisé dans le cadre de la dynamique Vert Le Fluvial. Cette large communication doit pouvoir mettre en valeur l’intérêt du branchement à quai pour les paquebots mais également pour l’ensemble de la flotte fluviale et l’activité fret. De manière générale, les résultats des analyses obtenus viendront enfin enrichir la base de données des émissions du secteur fluvial actuellement pauvre en connaissances sur l’activité des paquebots fluviaux. Acteurs fluviaux et industriels : Les opérateurs fluviaux et les gestionnaires de ports pourront directement utiliser les résultats du projet pour évaluer l'impact de l'électrification à quai sur leurs embarcations. Impact pour les décideurs et acteurs locaux : Les résultats du projet seront partagés avec les décideurs publics et les collectivités locales pour leur permettre d’intégrer des solutions d’électrification dans leurs stratégies locales de transition énergétique et d’amélioration de la qualité de l'air. Des actions de communications seront mises en place pour montrer l'impact concret des émissions évitées, en particulier dans les ZFE. Connaissances/outils/solution utiles : Une partie de ce projet vise à développer du savoir-faire sur les thèmes suivants : Système CEMS pour les mesures embarquées des polluants et des paramètres moteurs. Ce système compact et peu coûteux pourra être facilement adapté et répliqué pour d’autres types d’études. Estimation statistique représentative de l’utilisation des moteurs et/ou générateurs électriques au cours de toutes les phases d’utilisation du paquebot. Bilan énergétique à quai. Caractériser les émissions des polluants qui ont un impact sur la santé et sur l’environnement. Impacts économiques et environnementaux. De plus le consortium participera aux actions de restitution AQACIA des résultats finaux acquis, notamment le colloque de restitution.
Bénéficiaire : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Localisation : Villeurbanne, Auvergne-Rhône-Alpes, FRANCE
Début : 02/01/2026 — Durée : 42 mois
Budget total : 371945.08 € — Aide ADEME : 243700 €
Statut : Suivi du projet