SolidSail, talvolta denominata Solid Sail o Solidsail Mast Factory (SMAF) in riferimento alla controllata omonima, è una tecnologia di propulsione velica destinata alle navi di grande dimensione, sviluppata dai Chantiers de l'Atlantique a Saint-Nazaire (Francia). Questo sistema innovativo si basa su vele rigide in materiali compositi e un'attrezzatura con boma orientabili, consentendo una propulsione ibrida o principale a vento per navi mercantili e da crociera. È anche il nome della controllata creata dai Chantiers de l'Atlantique nel 2024.
Storia Genesi del progetto
Lo sviluppo di SolidSail si inserisce nel programma Ecorizon, lanciato nel 2007 dai Chantiers de l'Atlantique e dedicato all'efficienza energetica e ambientale delle navi. Dopo studi preliminari, una prima concept ship a vela denominata Eoseas è presentata nel 2009. Si tratta di un transatlantico pentamarano di 305 metri di lunghezza equipaggiato con cinque alberi che supportano 12440 m² di velatura, capace di navigare unicamente a vela con venti sostenuti.
La tecnologia è oggetto di due brevetti depositati nel 2009 (brevetto Eoseas) e nel 2017. Il progetto accelera nel 2014 con l'ottenimento di un finanziamento per la ricerca e sviluppo dall'ADEME nell'ambito del Programma degli Investimenti per il Futuro. Il progetto è coordinato dall'ingegnere ed ex navigatore Nicolas Abiven.
Sviluppo tecnologico
Tra il 2016 e il 2019, una serie di test condotti in diverse condizioni permette di confermare la validità del concetto. I Chantiers de l'Atlantique si lanciano quindi nello sviluppo di un'attrezzatura adattata, che porta nel 2019 a una soluzione conosciuta con il nome di Solid Sail/AeolDrive.
Il programma di ricerca SOLID SAIL 2.0, condotto tra il 2018 e il 2020 dall'ENSTA Bretagne in collaborazione con i Chantiers de l'Atlantique, G-Sea Design e Multiplast, permette di creare una catena di calcoli fluido-struttura per dimensionare con precisione i compositi e ottimizzare la geometria delle vele. Questo consorzio bretone, riconosciuto dal Pôle Mer Bretagne Atlantique e dal polo EMC2, riunisce quattro partner principali e cinque subappaltatori (Awentech, Capacités SAS, Incidence, Mer Vent, Ocean Data System) per un budget complessivo di 994000 €. Il programma è cofinanziato dall'Europa (FEDER) e dalla Regione Bretagna. I lavori, coordinati da Alain Nême (ricercatore presso l'ENSTA Bretagne), portano alla creazione di un modello numerico di predizione validato da prove su prototipo in scala 1/5, sia sulla piattaforma MASMECA dell'ENSTA che a Pornichet.
I risultati di questi lavori sono pubblicati nel gennaio 2022 sulla rivista internazionale Ocean Engineering con il titolo « Efficient jib-mainsail fluid-structure interaction modelling – Validations with semi-rigid sails experiments » da Antoine Morvan, Matthieu Sacher, Alain Nême, Jean-Baptiste Leroux e Christian Jochum dell'Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), e Nicolas Abiven dei Chantiers de l'Atlantique.
Un secondo programma di ricerca, denominato JIB SEA, succede a SOLID SAIL 2.0 e si estende per 18 mesi fino a dicembre 2021. Mira alla messa a punto del modello di progettazione in scala reale tenendo conto di parametri complementari come l'influenza del fiocco sugli sforzi trasmessi dalla randa o l'invecchiamento ai raggi UV. L'ENSTA Bretagne apporta a questo consorzio un know-how sperimentale e un'esperienza estesa sul tema delle interazioni fluido-struttura, permettendo di modellare i carichi subiti dai pannelli rigidi che formano la vela al fine di prevedere le deformazioni e gli sforzi di propulsione.
Programma di test
La validazione della tecnologia SolidSail si effettua in diverse fasi successive. Un primo prototipo in scala 1/10 di una superficie di 50 m² è testato nel 2016 su una piccola barca a vela di tipo J/80 nella baia di Pornichet. L'anno successivo, nel 2017, la metà superiore della velatura in scala 1/2 è testata sul monoscafo Imoca di 60 piedi del navigatore Jean Le Cam. Questi test permettono di raggiungere l'85% della capacità di velocità della barca, risultato considerato positivo tenuto conto del peso della vela.
Tra il 2018 e il 2019, il tre alberi Le Ponant di 88 metri della compagnia Ponant è equipaggiato con un prototipo in scala 1/2 di una superficie di 300 m² sul suo albero di prua durante la sua fermata tecnica a Marsiglia il 25 ottobre 2018. La nave testa questa vela per un anno durante traversate transatlantiche verso i Caraibi e Cuba, in diverse condizioni di esercizio. Jean Emmanuel Sauvée, presidente di Ponant, dichiara: « Quando i Chantiers de l'Atlantique sono venuti a proporci di collaborare con loro su questa tecnologia di vela rigida, siamo stati subito interessati. Le Ponant, la nostra barca a vela storica, all'origine della compagnia, rimane più che mai una nave simbolo della nostra flotta e la propulsione velica è senza dubbio un'energia del futuro ».
Parallelamente, un prototipo in scala 1/5 è installato e testato per due anni su un molo del porto di Pornichet. Questi test permettono di validare i modelli numerici sviluppati dall'ENSTA Bretagne.
Dimostratore in grandezza naturale
Nel febbraio 2022, un prototipo in grandezza naturale è installato sul sito dei Chantiers de l'Atlantique a Saint-Nazaire. Questo dimostratore, del costo di 18 milioni di euro con il 50% di aiuti pubblici, comprende un albero in composito di 66 metri di lunghezza (per un'altezza totale di circa 73 metri) e una vela rigida di 1050 m² composta da dieci pannelli ripiegabili gli uni sugli altri. L'insieme pesa circa 20 tonnellate e costituisce uno degli alberi compositi autoportanti più alti al mondo. L'albero è stato assemblato in meno di sei mesi, permettendo di evidenziare il know-how francese nel campo dei compositi.
Il dimostratore è testato per oltre due anni prima di essere smontato nella notte tra il 24 e il 25 aprile 2024. Viene quindi installato sulla prima nave da carico a vela dell'armatore di Nantes Neoline, la Neoliner Origin, una nave di 136 metri in costruzione nel cantiere RMK Marine in Turchia.
Nel marzo 2022, il sistema SolidSail/AeolDrive riceve un'approvazione di principio (Approval in Principle, AiP) dal Bureau Veritas, società francese di classificazione. Questa convalida è rilasciata in conformità alla regola tecnica NR 206 del Bureau Veritas relativa ai sistemi di propulsione eolica (Wind Propulsion Systems, WPS), pubblicata nel 2021. Frédéric Grizaud, Senior Vice President dei Chantiers de l'Atlantique, sottolinea che « il concetto di Solid Sail è il primo del suo genere, e costituisce la soluzione di propulsione velica più avanzata e innovativa del mercato delle grandi navi ».
Industrializzazione
Nel maggio 2023, i Chantiers de l'Atlantique annunciano la creazione della SolidSail Mast Factory (SMAF), una società dedicata che riunisce sei industriali in parti uguali: Chantiers de l'Atlantique (capofila), Avel Robotics, CDK Technologies, Lorima, Multiplast e SMM Technologies. Questa fabbrica di 4000 m², situata nella zona del Rohu a Lanester (Morbihan), necessita di un investimento di circa 20 milioni di euro finanziato dalle imprese azioniste.
La fabbrica entra progressivamente in fase operativa a partire dalla primavera 2024, con l'arrivo di un robot di lavorazione fornito dalla società savoiarda CRENO in marzo, poi di un secondo robot di drappeggio robotizzato progettato da Fives Machining (Capdenac-Gare, Aveyron) alla fine di luglio 2024. Quest'ultimo utilizza la tecnologia della testa Atlas personalizzata per permettere la fabbricazione in serie di alberi in carbonio di 65 metri di lunghezza per un diametro di circa 3 metri.
Il processo di fabbricazione è notevolmente semplificato rispetto al metodo artigianale iniziale. Solo due semigusci che coprono ciascuno la lunghezza dell'albero sono ora prodotti, contro sei semigusci che formavano tre sezioni in precedenza. Il drappeggio, effettuato al 98% a mano per i primi alberi, è automatizzato al 95% da robot nella SMAF. A regime, la fabbrica dovrebbe produrre da dieci a dodici alberi all'anno, con una riduzione dei costi di produzione del 40% rispetto al prototipo.
Descrizione tecnica Concetto generale
La tecnologia SolidSail si basa su una vela semi-rigida costituita da pannelli rettangolari in materiali compositi assemblati tra loro. A differenza delle vele tessili tradizionali, questa concezione permette di raggiungere superfici di velatura molto importanti, fino a 1500 m² per attrezzatura, conservando al contempo la resistenza strutturale necessaria alla navigazione su navi di grande dimensione. Questa opzione permette di superare i limiti per la superficie di vela impiegata, dato che le vele classiche sono molto più fragili oltre una certa soglia.
Struttura della vela
Le vele SolidSail sono costituite da pannelli in composito (fibra di vetro, carbonio e resina epossidica) incorniciati da stecche in carbonio che formano una struttura rigida. La membrana interna è realizzata in sottile fibra di vetro ed epossidica. Questa costruzione a pannelli permette una piegatura a fisarmonica, facilitando così lo stoccaggio e il dispiegamento della vela. I pannelli sono ripiegabili gli uni sugli altri senza necessitare di azione esterna e senza sbattere, il che è essenziale per la sicurezza su superfici molto grandi.
Questa concezione conferisce a SolidSail una resistenza dieci volte superiore a quella delle vele classiche, con una durata di vita stimata tra 20 e 25 anni, ossia circa cinque volte quella di una vela in tessuto di dimensioni equivalenti.
Attrezzatura AeolDrive
Il sistema SolidSail si appoggia su un'attrezzatura specifica chiamata AeolDrive, sviluppata anch'essa dai Chantiers de l'Atlantique. Questo sistema comprende alberi in composito di carbonio che possono raggiungere da 85 a 100 metri di altezza a seconda delle versioni. L'albero è montato su una boma in acciaio orientabile a 360° che permette di ottimizzare la navigazione qualunque sia l'andatura. Dispone inoltre di una capacità di inclinazione a 70° per ridurre il pescaggio aereo e permettere il passaggio sotto i ponti.
L'attrezzatura è totalmente automatizzata e sicura fino a venti di 40 nodi. Il dispiegamento della vela si effettua in sette minuti, mentre l'ammainamento richiede solo cinque minuti. Con il sistema EolSide, è possibile dissociare la direzione del vento dalla traiettoria della nave, offrendo così una grande flessibilità di navigazione.
Gamma di prodotti
I Chantiers de l'Atlantique propongono diverse configurazioni di SolidSail adattate ai diversi tipi di navi. La versione SolidSail 800 offre una superficie di vela di 800 m² per attrezzatura, destinata alla propulsione ausiliaria per navi di dimensioni medie, permettendo una riduzione di carburante di circa 500 tonnellate per attrezzatura e per anno. La versione SolidSail 1500 sviluppa una superficie di 1500 m² per attrezzatura con alberi che possono raggiungere i 100 metri di altezza, destinata alla propulsione principale per navi di circa 120 metri e permettendo una riduzione di carburante di circa 1000 t per attrezzatura e per anno.
Prestazioni e obiettivi ambientali Secondo gli studi condotti dai Chantiers de l'Atlantique, il sistema SolidSail permette una riduzione delle emissioni di CO₂ di 7500 tonnellate all'anno e una diminuzione del consumo totale di combustibile del 25% (oltre 2500 tonnellate di carburante all'anno). Nelle zone a vento favorevole come i Caraibi, la riduzione del consumo legata alla propulsione può raggiungere il 60% a percorso equivalente. La nave può navigare a vela fino a 17 nodi, ossia una velocità superiore a quella ottenuta con il solo motore.