Naval Group mise sur les batteries au lithium pour améliorer les capacités des sous-marins

Le constructeur naval français Naval Group a développé un nouveau système de batterie lithium-ion hautes performances et haute sécurité pour améliorer les capacités opérationnelles des sous-marins conventionnels.

Cette technologie, connue sous le nom de LIBRT, offre aux utilisateurs navals un certain nombre d’améliorations telles qu’un rayon d’action en plongée profonde accru en discrétion comme en sécurité, toutes qualités meilleures que les autres solutions de l’industrie.

LIBRT offre deux fois plus d’énergie disponible tout en réduisant considérablement le temps de recharge, permettant au sous-marin conventionnel d’améliorer sa discrétion dans des environnements difficiles par rapport aux batteries au plomb qui équipent ces unités.

Infodefensa.com s’est entretenu avec la directrice du programme de batteries lithium-ion de Naval Group, Marie Leveque, et le responsable du développement commercial des sous-marins de l’entreprise, Anthony Covarrubias, pour connaître en détail l’origine et le développement de cette technologie attendue comme une révolution dans production d’électricité pour les sous-marins.

Une solution pour des besoins complexes

Depuis leur création, les sous-marins diesel-électriques ont utilisé des batteries acide-plomb comme principale source d’énergie, et cette solution est décalée par rapport aux attentes des sous-marins d’aujourd’hui.

« Nous sommes passés à des sous-marins qui ont de grandes capacités de détection, qui sont très silencieux, qui ont besoin de plus d’énergie pour fonctionner, qui ont besoin de plus d’énergie pour rester immergés plus longtemps et rester moins détectables par des avions ou d’autres types de bâtiments  » , a indiqué Covarrubias.

Le dirigeant de Naval Group a déclaré que « les batteries au plomb ont atteint la limite de leurs capacités ;dans la recherche de capacités plus importantes en matière de maintien en immersion, il y a la solution nucléaire, qui est beaucoup plus chère et à laquelle seuls certains pays ont accès ».

Afin de répondre à ce besoin opérationnel, la société a décidé d’entreprendre le développement d’une batterie lithium-ion « en réponse à ce besoin d’avoir une densité énergétique plus élevée et être à niveau quant aux avancées en matières d’armes, de capteurs, et de performances en plongée », a ajouté Covarrubias.

Une technologie en évolution

La mise en œuvre de ce type de technologie devient de plus en plus attractive et nécessaire pour les marines mondiales compte tenu des avantages de discrétion et de permanence en mer qu’apportent les batteries lithium-ion.

« Si vous regardez aujourd’hui les exigences de la plupart des futurs sous-marins, tout le monde s’interroge sur cette technologie. En fait, dans le cas du Chili, de la Colombie, il y a des pays européens qui s’interrogent également sur le sous-marin futur. C’est presque une exigence. qu’il soit équipé de batteries au lithium », a-t-il déclaré.

Covarrubias a fait valoir que, contrairement à ce qu’offre une batterie au plomb aujourd’hui, « une batterie de type lithium va évoluer avec le temps, donc la batterie que vous installez aujourd’hui dans un sous-marin, cette même batterie lorsque je la remplacerai dans 10 ans aura de meilleures capacités que cele que je viens d’embarquerr ».

Il rajoute que « les exigences que nous avons eues ces dernières années ont presque comme condition des sous-marins équipés de batteries au lithium. Cela marquera désormais une révolution en termes de production d’électricité pour les sous-marins et il sera impératif que les sous-marins soient équipé de batteries de type lithium. »

Défi d’integration

L’un des plus grands défis du développement de LIBRT était le problème de sécurité, pour lequel divers tests ont été effectués, validant t chaque paramètre, à la fois lors du chargement et du déchargement, selon les exigences opérationnelles.
Naval Group utilise comme concept l’attaque en profondeur des problèmes liés à la sécurité, analysant même les hypothèses les plus extrêmes en cas d’accident de sous-marin.

Chaque pack de batterie est intégré à des modules de cellules Lithium-Ion isolés les uns des autres, ainsi qu’entre les modules, les rendant résistants face aux problèmes de propagation en cas d’incendie dans une cellule et dispose d’un système BMS qui contrôle tous les paramètres pour suivre l’état de chaque pack individuel et de la batterie dans son ensemble.

« Les tests que nous avons effectués étaient un incendie à l’intérieur de ces batteries dû à un court-circuit pour apprécier dans quelle mesure celui-ci e propageait au voisinage. Une fois qu’il a été vérifié que cela ne s’était pas produit et que seul le module voisin était affecté sans propagation aux autres, il était possible de valider la qualification du test de non-propagation », a déclaré Leveque.

En ce qui concerne la surveillance, les informations de comportement sont surveillées à partir du BMS présenté dans « le système de surveillance de la plate-forme sous-marine, afin que vous puissiez surveiller la tension, le courant, la température, détecter un comportement anormal et, le cas échéant, intervenir à tout niveau », a-t-il ajouté.

Réglage

L’hydrogène est l’un des principaux problèmes des batteries au plomb.
Le taux d’hydrogène, à partir de 2% devient dangereux et potentiellement générateur d’explosion alors que les batteries au lithium ne génèrent pas cet élément chimique.

En ce qui concerne les bancs de batteries, la configuration LIBRT peut être à deux ou à un seul, cela dépendra des exigences opérationnelles du sous-marin, mais de manière générale, cela ne change pas ses caractéristiques d’être scellé afin qu’aucune eau ne pénètre, sans danger pour l’équipage et surveillé pour connaître l’état de la batterie en termes généraux.

« Le nombre de cellules est relativement similaire à la différence que, pour le même volume, nous pensons doubler la capacité et cela signifie évidemment que nous utilisons mieux le volume disponible pour bénéficier de la capacité », a déclaré Covarrubias.

Du point de vue du réseau électrique, il y a quelques changements dans la ventilation.
Le sous-marin dispose aujourd’hui de nombreuses installations liées au contrôle du taux d’hydrogène, à la ventilation de l’hydrogène qui se forme (bulles d’hydrogène), qui est remplacé par d’autres systèmes de ventilation selon une nouvelle technologie comme le LIBRT.

Densité d’énergie

Une batterie au plomb n’atteint que 80% de sa capacité à l’issue d’un premier palier, et doit ensuite passer un deuxième , avec la diminution conséquente du taux de charge.
Dans le cas d’une batterie lithium-ion, elle atteint sa capacité maximale au premier palier, sans qu’il soit nécessaire de diminuer le taux de charge.
La capacité de la batterie lithium-ion entraîne des temps de charge plus courts de là un moindre temps à l’immersion périscopique et un taux d’indiscrétion plus faible, ; à cela s’ajoute la stabilité de la capacité sur la durée de la patrouille du sous-marin.
Enfin, il n’y a pas de production d’hydrogène ni d’interventions pendant la mission.

Les batteries lithium-ion développées par Naval Group génèrent deux fois plus de capacités que les batteries plomb-acide.
Cet avantage permet aux batteries lithium-ion de durer plus longtemps qu’une batterie au plomb, qui a en moyenne une durée de vie utile de six à huit ans.

« On parle entre 10 et 12 ans, ce qui en termes économiques est assez pratique pour un marin qui doit changer ses batteries de temps en temps et cette même batterie au bout de 10 à 12 ans, quand ça change, la densité énergétique va être plus grande, et donc la capacité que je vais livrer au sous-marin sera également plus grande », a déclaré Covarrubias

Charge et entretien

La batterie au plomb a une cycle d’entretien régulier et assez strict. Les fournisseurs de batteries au plomb sont assez méticuleux quant à leur prise en charge du problème de l’hydrogène ; de plus une batterie de ce type subit une sulfatation au fil du temps et perd sa masse active quelle que soit l’activité du sous-marin

La batterie au lithium n’a pas un tel cycle. Le pourcentage de temps nécessaire pour le recharger en mer sera le même et à son tour la masse active ou la plage dynamique que le sous-marin conventionnel a aujourd’hui avec une batterie au plomb est d’environ 60% alors qu’avec la batterie au lithium le pourcentage le plus élevé est proche de 98%.

Un autre élément que Covarrubias met en évidence est la durée de vie utile d’une batterie au lithium. « Cela devrait être compris entre 10 et 12 ans et cela en termes d’entretien et de coût est assez important au lieu de les changer tous les six ou huit ans comme c’est le cas avec une batterie plomb-acide. »

LIBRT ne nécessite pas d’actions manuelles dans les compartiments batteries comme pour les niveaux d’acide qui sont effectués dans une batterie au plomb : ceci réduit ainsi les risques du personnel spécialisé qui effectue ces tâches.
De plus, les batteries lithium-ion ont été conçues pour être débarquées commodément du sous-marin et leur remplacement peut être effectué de manière normale dans n’importe quel chantier naval ou base sous-marine.

Avantages opérationnels

La solution développée par Naval Group offre des avantages significatifs en termes de discrétion,, d’autonomie en immersion accrue, de vitesse plus élevée quel que soit l’état de charge de la batterie et de capacités accrues pour effectuer un large éventail d’opérations. Covarrubias a souligné que « le sous-marin passera moins de temps à l’immersion périscopique , minimisant ainsi le risque d’être détecté lors d’une charge batterie. DE plus, si j’ai plus de capacité, je peux faire plus de choses, je peux aller plus vite plus longtemps, et rester plus longtemps en plongée profonde. »

Un autre avantage de la batterie au lithium par rapport à une batterie au plomb est la tension qui limite la vitesse. Cette caractéristique est très importante en termes opérationnels et tactiques puisque, contrairement à la batterie au plomb, la batterie au lithium permet de disposer de la vitesse maximale quel que soit le pourcentage de capacité restante.
Le dirigeant de Naval Group a déclaré que « quelle que soit la capacité batterie 40, 20 ou 90 %, je peux utiliser ma vitesse maximale sans problème sans contraintes ».

Perspectives commerciales

Naval Group propose cette solution aux sous-marins en service ainsi qu’aux sous-marins neufs. La société est en mesure d’équiper un nouveau projet de sous-marin avec des batteries au lithium.
« Les marines ne considèrent plus les batteries au plomb mais veulent vraiment investir dans cette technologie », a déclaré Covarrubias.

Concernant les sous-marins en service, Naval Group a développé des études pour intégrer la LIBRT dans les sous-marins conventionnels de la classe Scorpène, unités exploitées par les marines du Brésil, du Chili, de l’Inde et de la Malaisie. « Cette technologie peut être mise en œuvre, mais ils devront subir des modifications dans leur système de ventilation, leur réseau électrique, c’est donc à l’utilisateur de peser le coût-bénéfice d’une transformation », a-t-il ajouté.

La solution est également disponible pour les sous-marins Shortfin Barracuda Block 1A qui ont été commandés par le Naval Group par la Royal Australian Navy (RAN).
« Évidemment, je ne peux pas entrer dans les détails concernant les besoins actuels, mais nous sommes en mesure d’équiper ces types de sous-marins avec notre technologie. »

« Les batteries au lithium vont marquer une révolution dans la génération d’énergie pour les sous-marins. Les batteries au plomb ont atteint leur limite de développement et cela va marquer une étape très importante dans l’utilisation du sous-marin », a conclu Covarrubias.

source : Infodefensa