naval

La lutte contre la pollution au soufre des navires, amorce d’une révolution de la propulsion navale ?

La nouvelle réglementation imposant aux armateurs de ne plus rejeter de fumées d’une teneur en soufre de plus de 0,5%, au lieu de 3,5 précédemment,  entrera en vigueur le 1er janvier 2020. En outre, certains pays dont la France proposent l’instauration de nouvelles zones ECA[1]. Or les stratégies des armateurs semblent encore hésitantes alors que l’échéance qui approche bouscule le secteur du transport maritime.

Un fuel lourd majoritairement utilisé mais polluant

Plus de 50 000 navires de commerce naviguent dans le monde, consommant plus de 200 Mt de carburants soit un peu plus de 5% de la consommation pétrolière mondiale. Le fuel lourd, mélange relativement peu onéreux issu de la distillation du pétrole et de résidus de raffinage mais aux faibles qualités environnementales[2], représente environ 70% du carburant consommé par les navires, part importante de leur coût d’exploitation[3]. Les conséquences financières de cette nouvelle réglementation sont donc loin d’être négligeables[4] alors que les armateurs éprouvent des difficultés pour choisir les solutions techniques pertinentes.

Depuis les années 2000, le management opérationnel de la flotte a été une première réponse des armateurs aux préoccupations environnementales, même si cette démarche vertueuse répondait avant tout à des considérations économiques. Le slow steaming[5] et le routing[6] ont en effet généré une baisse de consommation de carburant et, par conséquent, une réduction des émissions de CO2. Mais ces mesures restent insuffisantes pour atteindre les objectifs fixés par les nouvelles politiques environnementales qui imposent un changement de stratégie.

Deux grandes options sont possibles pour limiter les émissions de soufre : le maintien de l’utilisation du fuel lourd, mais avec un système d’épuration des gaz d’échappement permettant de maîtriser la pollution, ou l’usage d’un carburant alternatif. Le choix est avant tout dicté par le retour sur les investissements consentis.

L’installation de scrubbers remise en cause par ses rejets à la mer… 

A 400 $ la tonne – alors que le Marine Diesel Oil (MDO) ou le Marine Gaz Oil (MGO) coûte en moyenne 600 $ la tonne – le HFO présente de sérieux avantages économiques. Mais il est incompatible avec la nouvelle règlementation OMI sauf à équiper les navires de scrubbers[7] (systèmes d’épuration des gaz d’échappement par lavage des fumées). Cette solution attrayante a pourtant des limites. En effet, selon la technologie employée – boucle ouverte ou fermée – l’impact environnemental est loin d’être neutre. En boucle ouverte, les eaux de lavage, chargées de métaux lourds, sont rejetées en mer tandis qu’en cycle fermé, les résidus de lavage sont stockés puis traités à terre.

 

Schéma simplifié d’un scrubber en boucle ouverte

Moins couteuse et plus facile à mettre en œuvre, la version boucle ouverte, conforme à la règle 14 et à la règle 4 de l’annexe VI de la convention Marpol[8], est actuellement nettement privilégiée par les armateurs. Cependant, les navires doivent également respecter les directives de l’OMI pour obtenir l’approbation de ces systèmes[9].

Sans mentionner de méthode de conformité sur le procédé utilisé, la résolution de l’OMI précise que toute eau de lavage rejetée en mer dans les systèmes à boucle ouverte doit être surveillée en permanence. Ainsi, trois paramètres doivent être analysés avec des seuils fixés pour les taux d’acidité ou pH, de turbidité[10] et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)[11]. Ces données doivent être enregistrées et conservées mais leur recueil n’est pas simple. Par exemple, certaines mesures comme le pH doivent être pratiquées à 4 m du bord et, surtout, des contaminants comme les métaux lourds ne sont pas surveillés. Par ailleurs, les avis des scientifiques sur ces rejets sont partagés, certains considérant leurs conséquences comme négligeables. L’impact de ces rejets serait essentiellement dû à l’acidité des eaux de lavage pouvant accroitre l’acidification des océans, notamment si ces rejets sont effectués dans des zones plus ou moins fermées telles que des ports, baies, etc. Enfin, la directive ne donne aucune directive sur la zone de rejets : haute mer, zones côtières, ports…

Face à ces incertitudes, certains ports refusent d’accueillir les navires fraîchement équipés de système d’épuration en boucle ouverte et, depuis fin 2018, leur liste s’allonge[12]. Le doute des armateurs s’installe d’autant plus que,  tout aussi sceptique, l’Union Européenne a interdit les systèmes open loop dans ses eaux à partir de 2024. De surcroit, la Commission Européenne, soutenue par les Etats membres dont la France, soumet au prochain comité de protection maritime[13] une proposition d’harmonisation des pratiques de rejet d’effluents.

Face à cette proposition européenne, Clean Shipping Alliance (CSA) qui regroupe une trentaine de compagnies de transport maritime, a exprimé de vives préoccupations et a rappelé les nombreux investissements déjà consentis pour atteindre l’objectif 2020 de l’OMI. Evoquant l’absence de preuves scientifiques avancées par la Commission Européenne[14], la CSA rappelle que le secteur maritime est déjà très fragilisé par une potentielle indisponibilité des futurs carburants moins soufrés et leur cout plus élevé. Le 21 février 2019, le CSA  a présenté les résultats de sa propre étude[15] concluant : « … l’étude  confirme la qualité de l’eau que les opérateurs de cette technologie retournent en mer et apportent un soutien solide à la décision de l’OMI d’approuver ces systèmes comme acceptables … »[16].

Si un contrôle plus strict des rejets des eaux de lavage est imposé ou – comme semble l’indiquer la tendance – le rejet n’est plus autorisé dans les zones littorales et côtières, la solution de l’épuration en boucle ouverte pourrait être complètement remise en cause. 72 % des scrubbers installés étant en boucle ouverte, l’enjeu est crucial pour le transport maritime.

… mais aussi par ses contraintes opérationnelles à bord des navires et la disponibilité des chantiers navals

Sur un plan plus technique, l’installation de scrubbers sur un navire en service  pose des difficultés. En premier lieu, l’augmentation de tonnage engendrée par l’installation du système et le risque d’inondation dû à un manque d’étanchéité du circuit peuvent affecter la stabilité du navire[17]. Par ailleurs, très corrosive, l’eau de lavage introduit un nouveau risque de défaillance à bord. Enfin, les technologies utilisées et la manipulation de produits chimiques toxiques qu’elles nécessitent sont autant de nouveaux risques pour les marins. Peu familiarisé avec des installations de traitement chimique, le personnel devra donc être soutenu par un niveau élevé d’automatisation pour éviter toute erreur et suivre une formation certifiante. Cette dernière est-elle bien prévu pour la délivrance des autorisations par l’administration maritime de l’Etat du pavillon du navire ?

Si le rétrofit des navires avec des scrubbers soulève de nombreuses questions techniques et opérationnelles à bord, il faut également évaluer la disponibilité des chantiers navals et de leurs cales pour réaliser ces travaux. Les scrubbers semblent avoir le vent en poupe, la demande est forte mais les cales ne peuvent se démultiplier.

Enfin, le coût et les contraintes techniques de l’installation de scrubbers   conduisent à les envisager en priorité pour les grandes unités. Ainsi, 40% des paquebots de croisière en sont déjà équipés. Néanmoins, l’écart actuel de prix encore très élevé entre le mazout lourd et les combustibles à faible teneur en soufre rend la solution des scrubbers très attractive avec un amortissement plus rapide. L’option scrubber hybride[18] pour lequel ont opté un bon nombre d’armateurs, semble une solution d’attente.

Un coût et le risque de pénurie pénalisant le recours à des fuels moins soufrés

Recourir aux combustibles à faibles teneurs en soufre semble la solution la plus simple. La plus sûre pour se conformer à la règlementation OMI, cette option ne requiert en outre aucune modification du navire. Cependant, le risque de pénurie de combustible fait planer une certaine incertitude. En effet, les raffineurs pourront-ils satisfaire cette demande qui va croître très rapidement  en quelques semaines ? A ce jour, peu de projets d’investissement permettant d’acquérir des capacités supplémentaires de désulfuration ont été identifiés. Aucune des trois grandes sociétés pétrolières mondiales[19] n’a annoncé de reconfiguration de sa production. Toutefois, des tests semblent en cours[20] et l’on peut espérer éviter un déséquilibre offre/demande.

Du moins soufré MGO (Marine Gasoil Oil) et adapté aux zones ECA au plus soufré LSHFO (Low Sulfur Oil) – mais tous respectant la réglementation 2020 – ces carburants présentent des différences de prix conséquentes, tous étant bien sûr beaucoup plus élevés que celui du fuel lourd. Très concurrentiel, le secteur du transport ne pourra faire autrement que répercuter le surcoût sur les  frais de transports et, par voie de conséquence, sur les consommateurs. S’ajoutera également à la facture globale le coût d’immobilisation des navires pour le nettoyage des soutes souillées par le HFO avant de pouvoir souter du fuel à 0,5% de soufre.

Alors, face aux incertitudes et aux contraintes que comportent actuellement la mise en place de scrubber ou le recours à des carburants moins soufrés, la propulsion au GNL n’offrirait-elle pas une option alternative, au moins de façon transitoire ?

Le GNL, alternative au fuel lourd ?

En 2018, seul 121 navires utilisaient la propulsion au GNL. En 2025, ils seront deux fois plus nombreux[21] mais l’emploi de ce carburant reste encore marginal dans le transport maritime. Utilisé principalement dans les zones ECA et par des navires de grande taille, le GNL a toutefois séduit certains armateurs, Hapag-Lloyd, Container ship, CMA-CGM, Aida, etc. Ces derniers ont parié sur l’alignement dans quelques années du prix du GNL[22] sur ceux du fuel.

Futur porte conteneur CMA-CGM de 22 00 EVP au GNL (9 navires commandés)

Le GNL se présente donc comme le candidat nominal pour la réduction de la quasi-totalité des émissions d’oxyde de soufre et de particules fines ainsi que 85% de celles d’oxydes d’azote. Mais les infrastructures de soutage ne sont pas encore totalement développées bien que de nets progrès ont été réalisés avec 24 des 25 premiers ports mondiaux en capacité d’avitailler en GNL. En outre, de nombreux projets, soutenus par les Etats[23] ou par l’Union Européenne[24], ont vu le jour pour élargir l’offre GNL, signe d’une volonté stratégique de se positionner sur le marché du soutage.

Toutefois, si le GNL est souvent présenté comme un carburant vertueux – les armateurs n’hésitent pas à utiliser son image « verte » – son utilisation entraîne des émissions de CO2 à peine plus réduites[25] que le fuel lourd et son transport peut  occasionner des fuites de méthane, puissant gaz à effet de serre (GES)[26]. Donc, si le GNL apparaît actuellement comme le carburant carboné le plus efficace pour répondre aux objectifs environnementaux fixés, son impact potentiel sur la couche d’ozone – qui nécessite encore d’être quantifié avec précision –  n’en fait pas encore le carburant maritime idéal sur le long terme.

Même si l’empreinte environnementale du transport par mer doit être actuellement relativisée…

Certes, comme cela vient d’être démontré, le transport maritime est une source de pollutions et des efforts comme les objectifs fixés par l’OMI pour les réduire ont déjà été consentis. Il convient toutefois de resituer l’impact de cette pollution dans le contexte plus global des moyens de transport dans le monde. Actuellement, le transport maritime émet par exemple moins de CO2 que la route :

En outre, la mer transporte beaucoup plus de marchandises à « pollution égale » par rapport à la route et aux airs.

Même en ramenant la pollution en « tonne-kilomètre »[27], les émissions du transport maritime restent moins fortes que dans les autres secteurs : entre 10,1 et 32,5 g de CO2 par tonne-kilomètre pour des cargos porte-conteneurs à comparer aux 91,6  g de CO2 par tonne-kilomètre d’un camion de 40 tonnes (chiffres MTES).

Mais les enjeux environnementaux majeurs auxquels est confrontée notre planète pour sa survie nécessite une mobilisation de l’ensemble des acteurs au premier rang desquels le transport maritime.

… le transport maritime doit tout mettre en œuvre pour apporter sa pierre au défi majeur de la préservation de notre planète Terre

Cette échéance du 1er janvier 2020 n’est certainement qu’une première étape, car l’industrie du transport maritime devra s’engager vers une stratégie de décarbonisation dans les années à venir. Soutenue par l’OMI, la question de l’empreinte environnementale du transport par mer est devenue une priorité.  Et face à la croissance inéluctable du shipping mondial, l’avenir pourrait être bien sombre. Selon les estimations établies entre 2007 et 2015, les transports maritimes représentent entre 2,5% et 3,5%[28] [29] des émissions mondiales de CO2. Mais d’ici 2050, si aucune mesure supplémentaire n’est prise, ces émissions pourraient s’intensifier jusqu’entre 50% à 250% selon les futurs carburants, plus ou moins décarbonés, utilisés. Aussi, l’OMI a fixé en avril 2018, un objectif très dimensionnant avec la réduction d’au moins 40 % des émissions de gaz à effet de serre (à la tonne par kilomètre) par les navires d’ici 2030, pour atteindre 70 % d’ici 2050.

Malgré la pression[30] exercée sur le transport maritime par l’échéance du 1er janvier 2020 limitant à 0,5 % le taux de ses émissions de soufre, cette décision indispensable doit faire partie d’une politique plus globale de l’OMI pour limiter l’impact du transport maritime sur l’environnement.

En effet, selon les scénarios de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), les rejets du secteur maritime pourraient augmenter drastiquement avec l’intensification du commerce mondial. L’OMI s’est, elle, engagée en avril 2018 à diviser par deux les émissions de CO2 des navires d’ici à 2050.

L’OMI doit donc faire feu de tout bois pour apporter son appui aux mesures à court terme et favorisant les options vertueuses aux technologies matures : installation de scrubber lorsque cela est possible, l’emploi du GNL et de fuels à bas taux de soufre par le développement de leurs chaînes d’avitaillement et la réduction de leur coût, et enfin l’extension des zones ECA.

Parallèlement, l’OMI doit accroitre son soutien à l’innovation en subventionnant la recherche et les technologies pour l’utilisation d’autres moyens de propulsion aux technologies encore insuffisamment mature pour être utilisées à une échelle industrielle. L’avenir de la propulsion du transport maritime réside sans aucun doute dans un mix énergétique étayé par de nouvelles architectures navales : propulsion vélique, piles à combustibles, hydrogène, technologies vertes, énergie solaire … Les défis sont nombreux mais notre planète bleue ne peut attendre et nos sociétés regorgent d’hommes et de femmes motivées et de talents capables de les relever. Mais encore faut-il que les décisions politiques prennent bien en compte le temps industriel.

 

Le Jules Verne 2, première navette fluviale alimentée par de l’hydrogène gazeux stocké à bord dans des réservoirs sous pression et dispose de deux piles à combustible qui convertissent l’hydrogène en électricité.

[1] Les zones ECA (Emission Control Area) d’émission contrôlée, aussi appelées zones d’émission contrôlée de soufre, imposent un taux d’émission de souffre inférieur à 0,1 %. Une demande de zone ECA est en cours pour la Méditerranée.

[2] 3 500 fois plus polluant que le diesel et l’essence, le fuel lourd ou HFO (Heavy fuel Oil) libère des niveaux élevés de polluants atmosphériques dont une forte proportion d’oxydes de soufre, d’azote et de particules fines.  Sa teneur en soufre est plus de 3 000 fois supérieure à celle des carburants utilisés par le transport routier (Données issues du rapport « la politique européenne de transport maritime au regard des enjeux de développement durable et des engagements climat – avril 2017)

[3] Selon la compagnie MARFRET, « actuellement une seule journée de navigation d’un porte conteneur de grande capacité coûte 80 000 $ »

[4] Selon la chambre internationale de la marine marchande (ICS) le surcout annuel serait compris dans une fourchette de 50 à 100 milliards de dollars.

[5] Le slow steaming consiste à réduire la vitesse des navires et donc la consommation et les coûts de carburants. Une réduction de 10 % de la vitesse entraîne une diminution de la consommation d’environ 19 % et donc des émissions correspondantes, mais augmente la durée du transit. Par exemple, sur la ligne Asie – Europe, la durée des voyages est passée en quelques années de 56 à 84 ou 91 jours. Il faut désormais 12 ou 13 navires pour opérer une ligne qui n’en nécessitait que 8 auparavant.

[6] Le routing consiste à optimiser l’itinéraire et la vitesse en fonction des conditions rencontrées, en particulier météorologiques.

[7] « Un scrubber est un dispositif installé dans les cheminées qui filtre les fumées d’échappement des moteurs. En mettant les fumées en contact avec de l’eau, ce procédé permet de solubiliser et absorber les polluants gazeux tels que des composés azotés, sulfurés, oxygénés et des poussières. Les fumées propres, libérées des polluants partent ensuite dans l’atmosphère. L’eau salle est soit rejetée directement à la mer pour les systèmes en boucle ouverte, soit réutilisée pour les systèmes en boucle fermée ». Données Armateurs de France.

De nombreuses quantités d’eau sont utilisés soit de 1000 à 3000 m3/H.

[8] La règle 14 de l’annexe VI Marpol, prévoit que la teneur en soufre maximale autorisée est de 4,5% jusqu’en décembre 2011, de 3,5% après cette date et enfin de 0,5% après le 1er janvier 2020. L’éventuel report en 2025 initialement envisagé a été abandonné après que l’OMI a jugé que les approvisionnements en carburants moins soufrés seraient suffisants (résolution MPEC 280(70)).

[9] Les résolutions MPEC 184(59) du 17 juillet 2009 et MPEC 259(68) du 15 mai 2015 précisent que les laveurs de SOx sont approuvés comme équivalents à l’utilisation de combustibles contrôlés par l’administration du pavillon du navire selon la règle 14. Toutefois, si le navire change de pavillon, rien ne garantit que la nouvelle administration acceptera l’approbation initiale et ne demandera pas des preuves supplémentaires sur performances du système avant de délivrer leur approbation.

[10] La turbidité désigne la teneur d’un fluide en matières qui le troublent. Le système de lavage doit minimiser les particules en suspension.

[11] Les HAP proviennent essentiellement de phénomènes de pyrolyse-pyrosynthèse de la matière organique (combustibles fossiles, bois …), ainsi que d’imbrûlés. Les HAP font partie des Polluants Organiques Persistants et présente une certaine toxicité.

[12] Singapour, Fujairah, l’Inde, la Belgique, l’Allemagne, la Lituanie, la Lettonie, Dublin en Irlande, la Norvège, Hawaii, le Connecticut et la Californie

[13] 74ème MPEC du 13 au 17 mai à Londres.

[14] Dans sa proposition, la Commission Européenne fait référence au résultat intermédiaire d’une étude de l’Agence fédérale allemande de la navigation et de l’hydrographie (BSH) devant être achevée en mai 2019 pour étudier les eaux de lavage des laveurs de systèmes en boucle fermée et en boucle ouverte.

[15] L’étude dirigée par Carnival a recueilli 281 échantillons d’eau de lavage provenant de 53 navires de croisière équipés du système EGCS, le plus grand ensemble de données sur les eaux de lavage de l’industrie maritime, qui ont ensuite été évalués selon 54 paramètres de test différents par des laboratoires indépendants accrédités ISO

[16] Mike Kaczmarek, vice-président directeur de Carnival Technology.

[17] Un scrubber en boucle fermée nécessite des cuves de rétention avec l’augmentation de tonnage induite.

[18] En boucle ouverte, le mélange eau de mer-sulfite sortant du scrubber après traitement est rejeté à la mer. En boucle fermée, il est traitée et les résidus sont stockés pour être débarqués à terre

[19] BP, Shell et Exxon Mobil.

[20] En août 2018, Shell a annoncé un test de son nouveau fuel à très basse teneur en soufre (VLSFO). Exxon Mobil  a également indiqué qu’il dispose déjà d’un carburant résiduel à faible teneur en soufre de 0,5 %, et s’est engagé à ce qu’il soit disponible à temps à Anvers, Rotterdam, Gênes, Marseille, Singapour, Laem Chabang et en Amérique du Nord.

[21] ISEMAR N°204

[22] La production mondiale de gaz ne cesse de croitre

[23] Le gouvernement sud-coréen a annoncé un investissement de 2,48 M$ pour développer des installations de soutage dans le pays. Singapour a accordé des subventions pour la construction de souteurs à ses deux fournisseurs agréés de GNL.

[24] Le projet  Poseidon Med II, financé par l’UE à hauteur de 53 M€, a permis d’évaluer la faisabilité de l’avitaillement en GNL dans six ports méditerranéens (Pirée, Patras, Limassol, Héraklion, Venise et Igoumenitsa). Il prévoit en outre l’utilisation du terminal méthanier de Revithoussa près d’Athènes comme hub régional, rendant ainsi le GNL disponible dans cinq ports méditerranéens en France et en Espagne.

[25] Réduction de 10 à 20 % de CO2 par rapport au fuel lourd traditionnel.

[26] Le méthane est un gaz à effet de serre plus puissant que le CO2 avec un durée de vie dans l’atmosphère bien plus importante. Or, des fuites de méthane peuvent survenir tout au long de la chaine d’approvisionnement.

[27] Tonnes de CO2 consommées pour faire avancer une tonne d’un kilomètre.

[28] La progression a été de 66% entre 1990 et 2012.

[29] « ce qui en fait actuellement, le moyen de transport le plus propre avec cinq fois moins d’émissions de CO2 que le transport routier et treize fois moins que l’aérien[29] » – Données issues du rapport « la politique européenne de transport maritime au regard des enjeux de développement durable et des engagements climat  – avril 2017

[30] Des taux de non-conformité de l’ordre d’un cinquième de la flotte mondiale sont attendus lors de la première année de mise en œuvre.