SolidSail, a veces denominado Solid Sail o SolidSail Mast Factory (SMAF) en referencia a la filial epónima, es una tecnología de propulsión eólica diseñada para grandes embarcaciones, desarrollada por Chantiers de l'Atlantique en Saint-Nazaire, Francia. Este sistema innovador se basa en velas rígidas hechas de materiales compuestos y un aparejo de botavara basculante, que permite una propulsión híbrida o principal por viento para buques comerciales y de crucero. También es el nombre de la filial creada por Chantiers de l'Atlantique en 2023.
Tres unidades SolidSail se utilizan actualmente para los sistemas de propulsión del buque de vela más largo jamás construido (a partir de 2026), el Orient Express Corinthian, que puede funcionar exclusivamente con su propulsión eólica en condiciones óptimas.
Historia
Génesis del proyecto
El desarrollo de SolidSail forma parte del programa Ecorizon, lanzado en 2007 por Chantiers de l'Atlantique y dedicado a la eficiencia energética y ambiental de los buques. Después de estudios preliminares, se presentó en 2009 un primer concepto de buque de vela llamado Eoseas. Se trataba de un buque de pasajeros pentamarán de 305 metros de largo equipado con cinco mástiles que soportaban de velas, capaz de navegar exclusivamente a vela con vientos fuertes.
La tecnología fue objeto de dos patentes presentadas en 2009 (patente Eoseas) y 2017. El proyecto se aceleró en 2014 con financiación de investigación y desarrollo de ADEME (Agencia Francesa para la Transición Ecológica) como parte del Programa de Inversión Futura. El proyecto fue dirigido por el ingeniero y ex navegante Nicolas Abiven.
miniaturadeimagen|Vista aérea de Chantiers de l'Atlantique en Saint-Nazaire, iniciador del proyecto
Desarrollo tecnológico
Entre 2016 y 2019, una serie de pruebas realizadas en diversas condiciones confirmaron la viabilidad del concepto. Chantiers de l'Atlantique se embarcó entonces en el desarrollo de un aparejo adaptado, que resultó en 2019 en una solución conocida como Solid Sail/AeolDrive.
El programa de investigación SOLID SAIL 2.0, realizado entre 2018 y 2020 por ENSTA Bretagne en colaboración con Chantiers de l'Atlantique, G-Sea Design y Multiplast, creó una cadena de cálculo de interacción fluido-estructura para dimensionar con precisión los compuestos y optimizar la geometría de la vela. Este consorcio bretón, certificado por el Pôle Mer Bretagne Atlantique y el clúster EMC2, reunió a cuatro socios principales y cinco subcontratistas (Awentech, Capacités SAS, Incidence, Mer Vent, Ocean Data System) con un presupuesto total de 994.000 €. El programa fue cofinanciado por la Unión Europea (FEDER) y la Región de Bretaña. El trabajo, coordinado por Alain Nême (profesor asociado de ENSTA Bretagne), resultó en la creación de un modelo numérico predictivo validado por pruebas en un prototipo a escala 1/5, tanto en la plataforma MASMECA de ENSTA como en Pornichet.
Los resultados de este trabajo se publicaron en enero de 2022 en la revista internacional Ocean Engineering bajo el título "Efficient jib-mainsail fluid-structure interaction modelling – Validations with semi-rigid sails experiments" por Antoine Morvan, Matthieu Sacher, Alain Nême, Jean-Baptiste Leroux y Christian Jochum del Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), así como Nicolas Abiven de Chantiers de l'Atlantique.
Un segundo programa de investigación, llamado JIB SEA, sucedió a SOLID SAIL 2.0 y se extendió durante 18 meses hasta diciembre de 2021. Su objetivo era finalizar el modelo de diseño a escala real teniendo en cuenta parámetros adicionales como la influencia del foque en las fuerzas transmitidas a través de la vela mayor y el envejecimiento UV. ENSTA Bretagne aportó experiencia experimental y amplio conocimiento sobre interacciones fluido-estructura, permitiendo modelar las tensiones experimentadas por los paneles rígidos que forman la vela para predecir deformaciones y fuerzas de propulsión.
Programa de pruebas
La validación de la tecnología SolidSail tuvo lugar en varias fases sucesivas. Un primer prototipo a escala 1/10 con una superficie de se probó en 2016 en un pequeño velero J/80 en la bahía de Pornichet. Al año siguiente, en 2017, se probó la mitad superior de la vela a escala 1/2 en el IMOCA monocasco de 60 pies de Jean Le Cam. Estas pruebas alcanzaron el 85% de la capacidad de velocidad del barco, un resultado considerado positivo dado el peso de la vela.
Entre 2018 y 2019, el buque de tres mástiles de 88 metros Le Ponant operado por Ponant fue equipado con un prototipo a escala 1/2 con una superficie de en su mástil de proa durante su parada técnica en Marsella el 25 de octubre de 2018. El barco probó esta vela durante un año durante travesías transatlánticas al Caribe y Cuba, bajo diversas condiciones operativas. Jean Emmanuel Sauvée, presidente de Ponant, declaró: "Cuando Chantiers de l'Atlantique propuso colaborar con nosotros en esta tecnología de vela rígida, nos interesamos de inmediato. Le Ponant, nuestro velero histórico y origen de la compañía, sigue siendo más que nunca un buque insignia de nuestra flota, y la propulsión eólica es sin duda una energía del futuro".
Simultáneamente, un prototipo a escala 1/5 se instaló y probó durante dos años en un embarcadero del puerto de Pornichet. Estas pruebas validaron los modelos numéricos desarrollados por ENSTA Bretagne.
Demostrador a escala completa
En febrero de 2022, se instaló un prototipo a escala completa en el sitio de Chantiers de l'Atlantique en Saint-Nazaire. Este demostrador, con un costo de 18 millones de euros y 50% de financiación pública, comprendía un mástil compuesto de 66 metros (para una altura total de aproximadamente 73 metros) y una vela rígida de compuesta de diez paneles que se pliegan uno sobre otro. El conjunto pesaba aproximadamente 20 toneladas y constituía uno de los mástiles compuestos autoportantes más altos del mundo. El mástil se ensambló en menos de seis meses, mostrando la experiencia francesa en compuestos.
El demostrador se probó durante más de dos años antes de ser desmontado durante la noche del 24 al 25 de abril de 2024. Luego se instaló en el primer buque de carga a vela del armador de Nantes Neoline, el Neoliner Origin, un buque de 136 metros en construcción en el astillero RMK Marine en Turquía.
En marzo de 2022, el sistema SolidSail/AeolDrive recibió una Aprobación en Principio (AiP) de Bureau Veritas, una sociedad de clasificación francesa. Esta validación se emitió de acuerdo con la regla técnica NR 206 de Bureau Veritas relacionada con Sistemas de Propulsión Eólica (WPS), publicada en 2021. Frédéric Grizaud, Vicepresidente Senior de Chantiers de l'Atlantique, enfatizó que "el concepto Solid Sail es el primero de su tipo y constituye la solución de propulsión eólica más avanzada e innovadora en el mercado de grandes buques".
Industrialización
En mayo de 2023, Chantiers de l'Atlantique anunció la creación de SolidSail Mast Factory (SMAF), una empresa dedicada que reúne a seis socios industriales con participaciones iguales: Chantiers de l'Atlantique (líder), Avel Robotics, CDK Technologies, Lorima, Multiplast y SMM Technologies. Esta fábrica de , ubicada en la zona de Rohu en Lanester (Morbihan), requirió una inversión de aproximadamente 20 millones de euros financiada por las empresas accionistas.
La fábrica entró gradualmente en operación a partir de la primavera de 2024, con un robot de mecanizado entregado por la empresa de Saboya CRENO en marzo, seguido de una segunda máquina de drapado robótico diseñada por Fives Machining (Capdenac-Gare, Aveyron) a finales de julio de 2024. Esta última utiliza tecnología de cabezal Atlas personalizada para permitir la producción en serie de mástiles de carbono de 65 metros con un diámetro de aproximadamente 3 metros.
El proceso de fabricación se simplifica considerablemente en comparación con el método artesanal inicial. Ahora solo se producen dos semicáscaras, cada una de la longitud del mástil, en comparación con seis semicáscaras que formaban tres secciones anteriormente. El drapado, que era 98% manual para los primeros mástiles, ahora está automatizado en un 95% por robot en SMAF. A velocidad de crucero, la fábrica debería producir de diez a doce mástiles por año, con una reducción del 40% en los costos de producción en comparación con el prototipo.
Descripción técnica
Concepto general miniaturadeimagen|Diagrama del sistema de propulsión eólica SolidSail
La tecnología SolidSail se basa en una vela semirrígida que consiste en paneles rectangulares hechos de materiales compuestos ensamblados juntos. A diferencia de las velas textiles tradicionales, este diseño permite lograr áreas de vela muy grandes, hasta por unidad de aparejo, mientras se mantiene la resistencia estructural necesaria para la navegación en grandes buques. Esta opción empuja los límites del área de vela desplegada, ya que las velas convencionales son mucho más frágiles más allá de cierto umbral.
Estructura de la vela
Las velas SolidSail consisten en paneles compuestos (fibra de vidrio, fibra de carbono y resina epoxi) enmarcados por listones de carbono que forman una estructura rígida. La membrana interior está hecha de fibra de vidrio delgada y epoxi. Esta construcción de paneles permite el plegado estilo acordeón, facilitando el almacenamiento y despliegue de la vela. Los paneles se pliegan uno sobre otro sin requerir acción externa y sin flamear, lo cual es esencial para la seguridad en superficies muy grandes.
Este diseño le da a SolidSail diez veces la resistencia de las velas convencionales, con una vida útil estimada de 20 a 25 años, aproximadamente cinco veces la de una vela de tela de dimensiones equivalentes.
Aparejo AeolDrive
El sistema SolidSail se basa en un aparejo específico llamado AeolDrive, también desarrollado por Chantiers de l'Atlantique. Este sistema incluye mástiles compuestos de carbono que pueden alcanzar de 85 a 100 metros de altura según la versión. El mástil está montado en una botavara de acero giratoria de 360° que permite la optimización de la navegación independientemente de la dirección del viento. También tiene una capacidad de inclinación de 70° para reducir el calado aéreo y permitir el paso bajo puentes, particularmente en Nueva York donde los puentes alcanzan 54 metros.
miniaturadeimagen|El Orient Express Corinthian con sus tres mástiles SolidSail en los Chantiers de l'Atlantique
miniaturadeimagen|A la derecha de la imagen, los dos mástiles SolidSail del Neoliner Origin en posición inclinada con el Puente de Saint-Nazaire
El aparejo está completamente automatizado y asegurado hasta vientos de 40 nudos. El despliegue de la vela toma siete minutos, mientras que el arrío requiere solo cinco minutos. Con el sistema EolSide, es posible disociar la dirección del viento de la trayectoria del buque, ofreciendo gran flexibilidad de navegación.
Gama de productos
Chantiers de l'Atlantique ofrece varias configuraciones de SolidSail adaptadas a diferentes tipos de buques. La versión SolidSail 800 ofrece de área de vela por aparejo, destinada a la propulsión auxiliar en buques de tamaño mediano, permitiendo una reducción de combustible de aproximadamente 500 toneladas por aparejo por año. La versión SolidSail 1500 desarrolla de área de vela por aparejo con mástiles de hasta 100 metros de altura, destinada a la propulsión principal en buques de aproximadamente 120 metros de largo y permitiendo una reducción de combustible de aproximadamente 1.000 toneladas por aparejo por año.
Rendimiento y objetivos ambientales