Le moteur d’un grand navire de charge est généralement un diesel lent à 2 temps tournant à environ 60–130 rpm et boulonné directement à l’arbre d’hélice, tandis que les ferries, paquebots de croisière, remorqueurs et navires offshore utilisent principalement des diesels à 4 temps semi-rapides ou rapides entraînant un réducteur ou des générateurs. Les moteurs à 2 temps se distinguent par leur sobriété et leur simplicité aux très fortes puissances ; les moteurs à 4 temps par leur compacité, leur puissance massique et leur polyvalence.
Points essentiels
- Les diesels marins sont classés selon leur régime : lents (généralement en dessous d’environ 300 rpm, presque toujours à 2 temps), semi-rapides (environ 300–1000 rpm) et rapides (au-dessus d’environ 1000 rpm), ces 2 dernières catégories étant généralement à 4 temps.
- Dans un diesel à 2 temps, chaque cylindre produit une combustion à chaque tour ; dans un diesel à 4 temps, tous les 2 tours.
- Les grands moteurs marins à 2 temps sont des moteurs à crosse avec balayage uniflux et peuvent atteindre une consommation spécifique effective d’environ 170 g/kWh, soit un rendement thermique proche de 50 pour cent.
- Le RTA96-C à 2 temps et 14 cylindres est couramment cité comme le plus grand moteur alternatif, avec une puissance nominale d’environ 80000 kW et un poids supérieur à 2300 tonnes.
- Les paquebots de croisière utilisent généralement une propulsion diesel-électrique : plusieurs moteurs semi-rapides entraînent des générateurs qui alimentent des moteurs électriques de propulsion ou des pods.
- Depuis 2020, les règles de l’IMO au titre de l’Annexe VI de MARPOL limitent la teneur en soufre des combustibles à 0.50 pour cent dans le monde et à 0.10 pour cent dans les zones de contrôle des émissions, poussant les navires à utiliser des combustibles à faible teneur en soufre, des épurateurs de gaz d’échappement ou du LNG.
Quel type de moteur équipe la plupart des navires ?
La plupart des navires de commerce utilisent des moteurs diesel, choisis pour leur rendement thermique, leur souplesse en matière de combustibles et leur fiabilité. Les dimensions et le régime du moteur dépendent du type de navire et du mode de transmission de la puissance.
| Catégorie de moteur | Régime typique | Cycle | Plage de puissance typique | Applications |
|---|---|---|---|---|
| Lent | ~60–130 rpm (grandes unités) | 2 temps, à crosse | De plusieurs MW à environ 80 MW | Porte-conteneurs, vraquiers, navires-citernes |
| Semi-rapide | ~300–1000 rpm | 4 temps, à piston-fourreau | ~0.5–20 MW par moteur | Ferries, paquebots de croisière, navires offshore, grands remorqueurs, groupes électrogènes de bord |
| Rapide | Au-dessus de ~1000 rpm | 4 temps | Jusqu’à quelques MW | Bateaux de travail, patrouilleurs, ferries rapides, petits remorqueurs, groupes électrogènes auxiliaires |
Les définitions des plages de régime varient selon les sources et les motoristes ; considérez donc ces limites comme approximatives. Tout grand navire possède également des moteurs auxiliaires, généralement des groupes électrogènes à 4 temps semi-rapides ou rapides, pour fournir l’électricité en mer et au port.
Comment fonctionne un moteur diesel à 2 temps ?
Un diesel à 2 temps effectue l’admission, la compression, la détente et l’échappement en un tour de vilebrequin ; chaque cylindre produit donc une combustion chaque fois que le piston atteint le sommet de sa course. Les grandes versions marines utilisent un circuit d’air de balayage alimenté par turbocompresseur au lieu de courses distinctes d’admission et d’échappement.
- Détente — le combustible est injecté près du point mort haut dans l’air porté à haute température par compression, s’enflamme et pousse le piston vers le bas.
- Échappement — près du bas de la course, une soupape d’échappement à commande hydraulique située dans la culasse s’ouvre et la pression chute.
- Balayage — le piston découvre les lumières de la chemise, et l’air sous pression provenant du turbocompresseur et du collecteur d’air de balayage traverse le cylindre vers le haut, chassant les gaz d’échappement par la soupape. Cet écoulement dans un seul sens est appelé balayage uniflux.
- Compression — les lumières sont obturées, la soupape d’échappement se ferme et le piston remontant comprime l’air frais pour le cycle suivant.
Comme ils produisent une combustion à chaque tour et tournent lentement, les moteurs lents à 2 temps peuvent être directement accouplés à une grande hélice à pas fixe sans réducteur. La plupart sont directement réversibles : pour passer en marche arrière, le moteur est arrêté puis redémarré dans le sens opposé.
Pourquoi les grands moteurs de navires sont-ils à crosse ?
Dans un moteur à crosse, la tige de piston est reliée à une crosse qui coulisse dans des glissières, et la bielle relie la crosse au vilebrequin. Cette disposition évite les efforts latéraux sur la chemise et sépare les cylindres du carter, permettant d’optimiser séparément l’huile de lubrification des cylindres et l’huile du circuit de lubrification. La contrepartie est la hauteur : les moteurs à crosse sont beaucoup plus hauts que les moteurs à piston-fourreau de puissance comparable.
En quoi un diesel marin à 4 temps est-il différent ?
Un diesel à 4 temps comporte des courses distinctes d’admission, de compression, de détente et d’échappement ; chaque cylindre produit donc une combustion tous les 2 tours. Les soupapes de la culasse commandent les échanges gazeux, et le piston est directement relié à la bielle : c’est une architecture à piston-fourreau.
Les moteurs marins à 4 temps tournent plus vite et fournissent donc davantage de puissance pour leur taille et leur poids. Ils s’imposent ainsi lorsque la hauteur et la longueur de la salle des machines sont limitées, notamment sur les ferries, navires ravitailleurs offshore et remorqueurs. Leur régime plus élevé implique généralement l’entraînement de l’hélice par un réducteur, souvent avec une hélice à pas variable, ou l’entraînement de générateurs dans une installation diesel-électrique.
| Caractéristique | 2 temps lent | 4 temps semi-rapide/rapide |
|---|---|---|
| Fréquence de combustion | À chaque tour | Tous les 2 tours |
| Liaison avec l’hélice | Entraînement direct, sans réducteur | Réducteur ou propulsion diesel-électrique |
| Encombrement par kW | Volumineux et lourd | Compact |
| Rendement énergétique | Le plus élevé de tous les moteurs marins | Élevé, légèrement inférieur à puissance égale |
| Échanges gazeux | Lumières de chemise et soupape d’échappement | Soupapes d’admission et d’échappement |
| Redondance | Généralement un seul moteur principal | Plusieurs moteurs fréquemment utilisés |
| Navires typiques | Navires de charge océaniques | Ferries, paquebots de croisière, remorqueurs, navires offshore |
Quels moteurs propulsent les cargos, porte-conteneurs et paquebots de croisière ?
Les cargos et porte-conteneurs sont presque toujours équipés d’un seul moteur lent à 2 temps, car ces navires naviguent à vitesse constante pendant des semaines et le combustible constitue leur principal coût d’exploitation. Les paquebots de croisière utilisent généralement plusieurs moteurs semi-rapides à 4 temps dans une configuration diesel-électrique.
- Moteur de porte-conteneurs — un seul grand moteur à 2 temps, souvent à 8–12 cylindres sur les plus grands navires, entraînant une grande hélice à pas fixe. Les plus grands porte-conteneurs ont utilisé des moteurs de la catégorie RTA96-C, dont la version à 14 cylindres présente un alésage de 960 mm, une course de 2500 mm et une puissance nominale d’environ 80000 kW.
- Vraquier et navire-citerne — des moteurs lents à 2 temps similaires, généralement avec un alésage et un nombre de cylindres plus faibles.
- Moteur de paquebot de croisière — généralement 4 à 6 moteurs semi-rapides alimentant un réseau électrique commun. Des moteurs électriques entraînent les lignes d’arbres ou des pods azimutaux, et le nombre de moteurs en fonctionnement est adapté à la charge pour améliorer le rendement, tandis que les besoins électriques hôteliers sont couverts par la même centrale.
- Ferries et navires offshore — des moteurs à 4 temps semi-rapides ou rapides entraînant des réducteurs, parfois dans des configurations diesel-électriques ou hybrides.
Les petits ferries et navires côtiers utilisent des moteurs rapides de quelques centaines à quelques milliers de kW. Par exemple, le SC33W1000CA2 est proposé avec un réducteur intégré dans la plage de 680–1100 hp, un type de moteur utilisé dans le projet de propulsion d’un ferry à passagers.
Quels combustibles utilisent les moteurs de navires, et qu’en est-il du LNG ?
Les grands moteurs à 2 temps ont été conçus pour brûler du fioul lourd, et beaucoup le font encore avec des épurateurs de gaz d’échappement, tandis que d’autres utilisent du fioul à très faible teneur en soufre ou du gazole marin pour respecter les limites de soufre de l’Annexe VI de MARPOL. Les navires alimentés au LNG utilisent des moteurs bicarburants pouvant passer du gaz au combustible liquide.
Les moteurs bicarburants à 2 temps reposent sur 2 concepts principaux : l’injection de gaz à haute pression, qui brûle le gaz selon le cycle Diesel, et l’admission de gaz à basse pression, qui brûle un mélange prémélangé selon le cycle Otto avec une petite injection pilote de combustible liquide. Le LNG élimine presque entièrement les oxydes de soufre et les particules et réduit le CO2, mais les rejets de méthane imbrûlé doivent être maîtrisés. Les motoristes proposent également des moteurs compatibles avec le méthanol et développent des modèles alimentés à l’ammoniac, alors que le transport maritime poursuit les objectifs de l’IMO en matière de gaz à effet de serre.
Les émissions d’oxydes d’azote sont réglementées par les limites Tier de l’IMO. Le Tier III, applicable dans les zones désignées de contrôle des émissions de NOx aux navires construits après les dates correspondantes, nécessite généralement une réduction catalytique sélective ou une recirculation des gaz d’échappement en fonctionnement diesel.
Quelles conséquences pour les acheteurs de moteurs de propulsion marine de plus petite taille ?
Pour la plupart des navires plus petits que les cargos océaniques, le véritable choix se situe entre les moteurs à 4 temps semi-rapides et rapides, associés à un réducteur marin. Les moteurs plus lents et plus volumineux durent généralement plus longtemps en charge continue ; les moteurs plus rapides économisent du poids et de l’espace.
- Les remorqueurs, dragues et bateaux de travail lourds associent souvent des moteurs de la catégorie 1000 kW, tels que le moteur principal CW6250ZLC-1N ou le V12 12M33C1000-15, à des réducteurs pour service intensif.
- Les bateaux de pêche et bateaux de travail côtiers utilisent généralement des moteurs rapides de 100–400 kW, comme expliqué dans notre guide d’achat d’un moteur diesel marin.
- Les puissances nominales des groupes électrogènes auxiliaires de tout navire suivent la norme ISO 8528, tandis que celles des moteurs de propulsion marine reposent généralement sur les conditions de référence ISO 3046 et les définitions de service du constructeur.
MARS fournit des moteurs de propulsion marine et des réducteurs dans ces catégories et peut tester le moteur avant expédition avec un rapport écrit et une vidéo. Pour comparer les options adaptées à un navire, envoyez les caractéristiques du navire et de son service.
Questions fréquentes
Quel est le plus grand moteur de navire au monde ?
Le diesel RTA96-C à 2 temps et 14 cylindres est couramment cité comme le plus grand moteur alternatif, avec une puissance nominale d’environ 80000 kW (environ 107000 hp) et un poids supérieur à 2300 tonnes. Les générations plus récentes des principaux concepteurs concédant leurs moteurs sous licence présentent des puissances comparables.
Pourquoi les navires utilisent-ils des moteurs à 2 temps ?
Les moteurs lents à 2 temps sont les moteurs les plus économes en combustible disponibles aux très fortes puissances, et ils tournent assez lentement pour entraîner directement une grande hélice sans réducteur. Pour les navires qui naviguent à vitesse constante lors de longues traversées, cela réduit la consommation et la complexité.
À quel régime tourne un moteur de navire ?
Les grands moteurs marins à 2 temps tournent généralement à environ 60–130 rpm à leur puissance nominale. Les moteurs semi-rapides à 4 temps tournent à environ 300–1000 rpm et les moteurs rapides au-dessus d’environ 1000 rpm.
Quel moteur utilise un paquebot de croisière ?
La plupart des paquebots de croisière modernes utilisent des installations diesel-électriques avec plusieurs moteurs semi-rapides à 4 temps entraînant des générateurs, et des moteurs électriques ou des pods entraînant les hélices. Certains paquebots récents fonctionnent au LNG avec des moteurs bicarburants.
Les moteurs de navires sont-ils des diesels ?
La plupart le sont. Les moteurs diesel et bicarburants propulsent la grande majorité de la flotte marchande mondiale, tandis que les turbines à gaz, les turbines à vapeur et les systèmes électriques à batteries ne sont utilisés que dans des applications spécifiques.
