REMISE DU PRIX « ROGER BRARD »
DÉVELOPPEMENT D’UN SYSTÈME DE PROPULSION ANAÉROBIE POUR SOUS-MARINS À PILES À COMBUSTIBLE

Publié par Alain BOVIS (1953) | N° 124 - SOCIÉTÉS SAVANTES ET ACADÉMIES

Le 24 juin 2021, le prix Roger Brard, décerné par l’association ENSTA IP Paris Alumni a été remis, avec un an de décalage en raison des confinements sanitaires successifs, à une équipe de quatre ingénieurs de Naval Group, Messieurs Bruno Clavier, Pierre Darcy, Damien Lelandais et Marc Quemeneur.

Un Prix créé en 1981

Le Prix Roger Brard a été créé en 1981 par la Société amicale du Génie maritime, devenue aujourd’hui ENSTA Alumni pour rappeler la mémoire de l’Ingénieur général de l’armement Roger Brard. Polytechnicien (X1925) et ingénieur du Génie maritime, Roger Brard fut un grand ingénieur et éminent scientifique. Directeur du Bassin des Carènes de 1941 à 1969, il acquit une renommée internationale en contribuant au progrès de l’hydrodynamique navale. A partir de 1958, il fut parallèlement directeur de l’Ecole nationale supérieure du génie maritime. Il était membre de l’Académie des sciences - il en sera président en 1971 - et de l’Académie de Marine. Il fut également Professeur de mathématiques à l’Ecole polytechnique.

En 2020, le prix Roger Brard a été attribué pour la 13e fois. Les travaux récompensés sont des travaux destinés à développer un système de production d’énergie en plongée pour sous-marins non nucléaires, encore appelé système AIP (Air Independant Propulsion). Un système AIP permet de recharger la batterie d’un sous-marin en plongée, sans retour à la navigation au schnorchel, source d’indiscrétion majeure. Un sous-marin équipé d’AIP peut ainsi rester en plongée de deux à trois semaines contre 1 à 2 jours sans ce système.

Le système AIP

La DCN (aujourd’hui devenue Naval Group) a développé un système AIP dans les années 90. Ce système, appelé MESMA, est une machine à vapeur utilisant la combustion d’éthanol avec de l’oxygène pur issu d’un réservoir cryogénique. L’AIP est installé sur les sous-marins de la classe Agosta 90B, et est en service à la mer depuis 2008. Cumulant, sur banc à terre et à la mer, plus de vingt ans de retour d’expérience, ce système permet de multiplier par 4 l’autonomie en plongée du bateau et la production électrique est parfaitement stable et maîtrisée, ainsi que les aspects sécurité associés.

Forte de ce succès et des progrès industriels réalisés dans le domaine des piles à combustibles, l’entreprise a lancé, dans les années 2000, le développement d’un AIP aux performances accrues.

La faiblesse des système AIP à piles à combustible est la difficulté de transport de l’hydrogène, que ce soit sous forme gazeuse sous pression, liquide ou combiné en hydrures métalliques. A masse et encombrement identiques, ces systèmes offraient un gain d’autonomie en plongée inférieur au système MESMA. Aussi Naval Group a-t-il décidé, après analyse de diverses filières technologiques, de développer un système transformant à bord du gazole pour en extraire de l’hydrogène par une réaction à haute température (> 900 °C) appelée reformage.

Les lauréats

De nombreux collaborateurs de Naval Group ont participé pendant près de 20 ans au développement de cette technologie, les contributions des quatre lauréats ont été particulièrement significatives.

Bruno Clavier est ingénieur en thermique et énergétique, diplômé de l’ISITEM en 1988. A Naval Group depuis 1989, il est nommé en 2000 architecte de l’AIP MESMA et pilote le développement de l’AIP à base de piles à combustible et de reformage gazole. Il est responsable du département Architecture et Essais des systèmes énergie-propulsion de Naval Group Nantes-Indret.

Pierre Darcy est diplômé de l’INPG en 2000, docteur de l’Université Pierre et Marie Curie. Pilote des activités de tests des batteries Lithium Ion chez Renault, il intègre Naval Group en 2012 pour développer les composants pour le reformage de gazole. Il est responsable du service architecture propulsion conventionnelle sur le site Naval Group de Nantes-Indret.

Marc Quéméneur est diplômé de l’Ecole Centrale de Nantes en 1993. Il a commencé sa carrière au sein de Naval Group en qualité de responsable du Montage Nucléaire sur le site de Nantes-Indret, puis a travaillé pendant près de 20 années dans le domaine des AIP. Il est Architecte Energie Propulsion pour le Porte-Avions Nouvelle Génération sur le site de Nantes-Indret.

Damien Lelandais est diplômé de Polytech Nantes en 2007. A Naval Group depuis 2007 il est nommé ingénieur d’ études sur les AIP MESMA. A partir de 2012, il est Architecte de Systèmes AIP et pilote la montée en maturité du système et son intégration dans les sous-marins. Il est directeur des technologies innovantes d’Energie et Propulsion de Naval Group sur le site de Nantes-Indret.

Une technologie innovante

Il fallait pour cela développer une technologie innovante : un reformeur catalytique à gazole, à haute pression et à oxygène pur, intégré thermiquement. Les défis techniques étaient nombreux. Ainsi, sur un sous-marin, le procédé doit fonctionner à une pression supérieure à la pression d’immersion, contrairement aux installations à terre, ce qui accroît la difficulté de maintenir stable la réaction de reformage. Grâce à l’optimisation de la chambre de mélange et du catalyseur, la formation de coke lors de la réaction a été minimisée permettant d’espacer les changements de catalyseur. Pour maîtriser des flux de chaleur dans le sous-marin, le réacteur devait être conçu avec un ensemble optimisé d’échangeurs de récupération d’énergie.

Un prototype à terre représentatif du système AIP complet accumule plus de 6000 heures de fonctionnement. Tous les aspects de sécurité de fonctionnement ont été validés dans les conditions d’environnement d’un sous-marin.

Le système est proposé à l’exportation par Naval Group. Les développements menés par Naval Group sur ce système ont bénéficié de l’expertise de l’IFPEN et de nombreuses entreprises innovantes de la filière hydrogène. Il ouvre la voie aux applications de l’hydrogène sur les navires de surface.

Alain Bovis

X74-ENSTA, Alain Bovis a fait toute sa carrière à la DGA et à DCNS. Il y a exercé diverses fonctions de recherche, d’ingénierie et de management industriel. Il a été directeur de l’établissement d’Indret puis directeur général d’Armaris, filiale commune de DCN et Thales. Il a créé en 2010 DCNS Research. Expert en hydrodynamique, il a été lauréat du prix Roger Brard et du prix Girardeau de l’Académie de Marine.