S7 — Bilan énergétique & sobriété électrique¶
Répond à : P10 (production suffisante), P12 (arbitrage énergie)
Cette fiche remplace l'ancienne S7 « Hydrogénération »
L'hydrogénération sur arbre a été retirée du projet — voir pourquoi en fin de page. Le créneau S7 est réaffecté à la pièce qui manquait vraiment : un bilan énergétique consolidé, seule référence chiffrée du projet en matière d'énergie.
Pourquoi cette page existe¶
Jusqu'ici, trois valeurs de consommation incompatibles circulaient dans la documentation : « ~1 W de charge utile » (≈ 24 Wh/j), « ~50 Wh/j avec AIS actif », et une capacité batterie dimensionnée sur « 3 jours d'électronique vitale » (≈ 160 Wh/j). Aucune n'était calculée : la première était optimiste, la troisième héritée telle quelle de la fiche SeaCharger.
Toute valeur d'énergie citée ailleurs dans ce site doit désormais pointer vers cette page.
1. Production¶
Modèle¶
- GHI : irradiation horizontale journalière sur la route (kWh/m²/j). Les panneaux sont à plat sur le pont, donc c'est bien le GHI qui s'applique, sans gain d'inclinaison.
- η = 0,22 (cellules Maxeon back-contact retenues en composants)
- D = facteur de déclassement système : salissure et sel, roulis, MPPT, câblage, température, vieillissement ETFE → 0,60 à 0,75
Le choix « à plat » est désormais démontré, pas supposé
Une simulation de la récolte le long de la route réelle — cap variable, roulis, albédo de mer, angle d'incidence — confirme qu'aucune géométrie inclinée ne fait mieux que le pont plat en pire-cas. Le plafond de toute optimisation d'orientation est +15,6 %, réservé à un suiveur 2 axes. → Annexe — Simulation solaire
La route Terre-Neuve → Irlande est peu ensoleillée
45–52°N, juin–août. Les Grands Bancs sont l'une des zones les plus brumeuses du monde. Le GHI y vaut environ la moitié de celui de la route Californie → Hawaï de SeaCharger. Toute extrapolation directe depuis SeaCharger surestime la production.
Résultats¶
| Scénario | GHI retenu | 100 Wc (BOM actuel) | 250 Wc (recommandé) |
|---|---|---|---|
| Belle journée d'été | 5,0 | 370 Wh | 940 Wh |
| Journée moyenne juin–août | 4,0 | 270 Wh | 680 Wh |
| Couvert / brume persistante | 1,2 | 80 Wh | 205 Wh |
| Septembre à 50°N | 2,2 | 140 Wh | 360 Wh |
Distribution, et non seulement scénarios¶
Le tableau ci-dessus donne des cas types. La simulation donne leur fréquence, ce qui compte davantage : c'est la mauvaise journée qui vide la batterie.
Route réelle, 250 Wc, départ 15 juin, arrivée fin juillet, D = 0,70 :
| GHI | Production | = Propulsion (après 114 Wh hôtelier) | |
|---|---|---|---|
| Journée moyenne | 4,31 | 754 Wh | 640 Wh |
| 1 journée sur 10 | 1,78 | 312 Wh | 198 Wh |
| Pire journée | 0,90 | 158 Wh | 44 Wh |
Même la pire journée reste en solde positif : le bateau ne puise jamais dans ses batteries pour rester en vie. Mais 44 Wh de propulsion représentent ~1,8 W moteur, soit un bateau pratiquement à l'arrêt. Le rôle du banc est de lisser des séries de telles journées, pas d'en absorber une seule.
Conserver GHI = 4,0 et D = 0,70 comme valeurs de conception
La simulation donne 4,2–4,3 kWh/m²/j, légèrement au-dessus de l'hypothèse de cette page. Son modèle de nuages est générique et ne capture pas la brume des Grands Bancs, qui est une anomalie locale majeure. Les chiffres simulés sont un meilleur cas crédible, pas une prévision. Remplacement prévu au jalon J2 par une réanalyse ERA5 le long de la route.
2. Consommation¶
Charge hôtelière calculée poste par poste sur la nomenclature réellement retenue.
| Poste | Réf. | Puissance moyenne | Wh/j |
|---|---|---|---|
| Pixhawk 6C + GPS M10 + compas RM3100 | S12 | 1,5 W | 36 |
| Servo de barre (mer formée, corrections continues) | S5 | 1,5 W | 36 |
| Feu de navigation LED 360° (9 h de nuit) | S15 | 1,5 W | 14 |
| MCU comms ESP32-S3 (radios coupées) | S10 | 0,3 W | 7 |
| BMS ×2, INA226, DS18B20, pertes DC-DC | S6 | 0,3 W | 7 |
| MPPT ×2 (consommation propre) | S6 | 0,24 W | 6 |
| Récepteur AIS dAISy 2+ | S15 | 0,15 W | 4 |
| RockBLOCK 9603, veille + 1 msg/h | S14 | 0,15 W | 4 |
| Total charge hôtelière | ~4,7 W | ~114 Wh/j | |
| Option : transpondeur AIS classe B au lieu du récepteur | +1,8 W | +43 Wh/j |
Les deux postes systématiquement oubliés
Le servo de barre (36 Wh/j — 2ᵉ consommateur du bord) et le feu de navigation (14 Wh/j). À eux deux, ils représentent 44 % de la charge hôtelière et n'apparaissaient nulle part dans l'estimation « ~1 W ». La conso propre des MPPT (6 Wh/j) n'est pas négligeable non plus : un Genasun consomme 2 à 3× moins qu'un Victron à ce niveau de puissance.
Modes dégradés¶
| Mode | Contenu | Conso |
|---|---|---|
| Nominal | tout actif, propulsion asservie au solaire | 114 Wh/j + propulsion |
| Économie | moteur coupé, télémétrie 1/6 h, autopilote en cadence réduite | ~60 Wh/j |
| Survie | Pixhawk en veille, 1 position/6 h, feu de nav maintenu | ~33 Wh/j |
Avec les 2 × 20 Ah / 12 V retenus (480 Wh, ~384 Wh utiles à 80 % de DOD) :
- 3,4 jours en nominal sans aucune récolte
- 11 jours en mode survie
C'est ce chiffre — et non « 1 W » — qui valide le « ~3 jours » de S6.
3. Bilan et vitesse résultante¶
Solde quotidien¶
| Scénario | Production | − Hôtel | = Propulsion | Puissance moteur dispo |
|---|---|---|---|---|
| 100 Wc — journée moyenne | 270 | 114 | 156 Wh | 6,5 W |
| 100 Wc — couvert | 80 | 114 | −34 Wh ❌ | 0 W |
| 100 Wc — septembre | 140 | 114 | 26 Wh | 1,1 W |
| 250 Wc — journée moyenne | 680 | 114 | 566 Wh | 23,6 W |
| 250 Wc — couvert | 205 | 114 | 91 Wh | 3,8 W |
| 250 Wc — septembre | 360 | 114 | 246 Wh | 10,3 W |
Le verdict : 100 Wc est sous-dimensionné
Avec 100 Wc, une journée couverte est un déficit net : le bateau puise dans ses batteries rien que pour rester en vie, et n'avance pas du tout. Sur la route des Grands Bancs, plusieurs jours de brume d'affilée sont la norme, pas l'exception. Le bateau passerait une fraction importante de la traversée à l'arrêt, batteries en baisse.
Avec 250 Wc, même une journée couverte laisse 91 Wh pour avancer. C'est la différence entre une marge et un pari.
Rappel : SeaCharger emportait 200 Wc sur une route deux fois plus ensoleillée, avec une charge hôtelière bien plus faible (Arduino, pas de servo IP67, pas d'AIS).
Vitesse¶
Modèle calibré sur SeaCharger (2,3 m, 2,11 nœuds de moyenne réelle sur 41,4 jours ≈ 35 W de propulsion continue), avec \(P \propto V^3\) et \(P \propto L^2\) :
Puis pénalité réelle × 0,75 (résistance ajoutée par la houle, fouling, rendement moteur/ESC médiocre très en dessous du régime nominal).
| Config | P dispo | V eau plate | V réelle | + courant (0,3 nd) | Distance/jour | Traversée (1 800 nm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 Wc | 6,5 W | 1,32 nd | 1,0 nd | 1,3 nd | 31 nm | ~58 jours |
| 250 Wc | 23,6 W | 2,03 nd | 1,5 nd | 1,8 nd | 43 nm | ~42 jours |
L'effondrement saisonnier est le vrai tueur
Départ mi-juin. À 250 Wc, arrivée fin juillet : on reste dans la fenêtre ensoleillée. À 100 Wc, arrivée mi-août si tout se passe bien — et le moindre retard (filet, avarie, calme prolongé) pousse en septembre, où le GHI à 50°N chute de moitié. À ce moment-là la production ne couvre plus que l'hôtelier : le bateau s'arrête définitivement d'avancer, et dérive jusqu'à la perte.
Le dimensionnement solaire n'est pas un réglage de performance, c'est une marge de survie.
L'effondrement saisonnier, chiffré
Sur une traversée qui déraperait vers 185 jours (borne haute de l'estimation projet), la production mensuelle moyenne à 250 Wc s'effondre : ~800 Wh/j en juillet, ~290 Wh/j en octobre, ~150 Wh/j en novembre. En novembre à 50°N, la production ne couvre plus les 114 Wh/j de charge hôtelière — le bateau meurt en mer, quel que soit le banc de batteries.
Conséquence de conception : la vitesse moyenne est une contrainte de survie, et la traversée doit être bouclée avant fin septembre. C'est un argument pour la redondance des organes d'usure (barre, hélice), dont la défaillance coûte des semaines, et non pour la vitesse de pointe.
4. Décisions qui découlent de ce bilan¶
Recommandations
- Porter le solaire à ≥ 200 Wc, cible 250 Wc. C'est le levier n°1 du projet. La carène à ailes de S1 le rend géométriquement possible (~1,15 m² de pont contre ~0,55 m² sur une coque nue).
- Ne pas compenser un déficit par de la batterie. Si la conso quotidienne dépasse la production quotidienne, agrandir le banc ne fait que retarder la panne de quelques jours. Les deux seuls leviers réels sont plus de panneau et moins de charge.
- Trancher l'AIS sur ce tableau. Un transpondeur classe B coûte 43 Wh/j, soit 28 % de la production d'une journée moyenne à 100 Wc — insoutenable. À 250 Wc il devient budgétable. La décision AIS est donc conditionnée à la décision solaire.
- Instrumenter avant de partir. Chaque poste ci-dessus doit être mesuré au banc (INA226) sur 24 h en conditions représentatives. Les chiffres de cette page sont des estimations à remplacer par des mesures au jalon J2.
Leviers de sobriété (par ordre de rendement)¶
| Levier | Gain | Coût |
|---|---|---|
| Feu de nav asservi à une photorésistance + réduction d'intensité | ~7 Wh/j | 2 € |
| MPPT Genasun au lieu de Victron | ~4 Wh/j | équivalent |
| Autopilote en cadence réduite hors manœuvre (10 Hz → 2 Hz) | ~10 Wh/j | logiciel |
| Safran équilibré + bande morte sur l'asservissement de barre | ~15 Wh/j | conception |
| ESP32 en deep sleep entre deux fenêtres de comms | ~5 Wh/j | logiciel |
| Total atteignable | ~40 Wh/j | — |
Soit 35 % de la charge hôtelière récupérés presque gratuitement — l'équivalent de 15 Wc de panneau supplémentaires, pour du logiciel et 2 € de composants. C'est exactement le « maillon faible » que McMillan désigne dans P12, et c'est le terrain d'une équipe d'informaticiens.
Pourquoi l'hydrogénération a été retirée¶
L'ancienne fiche S7 proposait de récupérer de l'énergie sur l'arbre d'hélice. Elle est supprimée pour trois raisons.
1. Une erreur de physique dans l'énoncé. La fiche affirmait : « sur un bateau motorisé qui avance en permanence, l'arbre tourne déjà : on peut récupérer de l'énergie en régénération ». C'est faux : si c'est le moteur du bord qui fait tourner l'arbre, toute régénération est une perte nette (rendement moteur × rendement génératrice < 1). La régénération n'existe que quand une force extérieure — courant, houle — pousse le bateau moteur coupé.
2. Le gain est dérisoire à nos vitesses. La puissance hydrocinétique disponible varie en \(V^3\). Une hélice de Ø100 mm en dérive à 1,5 nœud intercepte environ 1,8 W de flux, dont on récupérerait au mieux 0,3 W — à comparer aux 114 Wh/j (4,7 W) de charge hôtelière. La fiche citait elle-même Watt&Sea : 120 W à 5 nœuds, ce qui donne 7,7 W à 2 nœuds avec une turbine dédiée bien plus grande que notre hélice.
3. Elle promettait ce qu'elle ne peut pas tenir. La fiche annonçait qu'elle « garantit l'électronique vitale même par plusieurs jours sans soleil », tout en admettant deux paragraphes plus bas que la production était « faible et mal documentée » et « à valider impérativement par test ». Une source qui garantit la survie du bateau ne peut pas être une source non validée.
Ce qui remplace l'hydrogénération pour P10
La redondance de production reste assurée par S6 (deux chaînes solaire + batterie indépendantes) et la robustesse au manque de soleil par S8 (délestage) et par le surdimensionnement du solaire recommandé ici. Il n'y a pas de deuxième source d'énergie sur ce bateau — il faut donc que la première soit correctement dimensionnée.
Sources¶
- SeaCharger : 2 × 100 W Renogy, 500 Wh LiFePO4, 2 413 nm en 41,4 jours à 2,11 nœuds de moyenne (Half Moon Bay → Hawaï) — calibration du modèle de vitesse
- McMillan 2025 : 532 Wh, 13 322 km — « pas tout à fait assez de batterie pour avancer plein pot toute la nuit »
- Sailbuoy SB Met : seule réussite Microtransat, doctrine d'ultra-basse consommation
- Fiches constructeur : SunPower E-Flex, Victron SmartSolar 75/15, Genasun GV-5 Li, Hitec D845WP, RockBLOCK 9603
- Watt&Sea Cruising (120 W à 5 nœuds) — utilisé ici pour écarter l'hydrogénération, pas pour la justifier