Avion à hydrogène en 2035 : bonne ou mauvaise idée ? Décryptage d’un expert

La mise en service d'un avion commercial à hydrogène zéro émission en 2035. C'est le projet dévoilé par Airbus il y a quelques jours. Un projet pour le moins ambitieux. Pour tenter de savoir s'il est réalisable, Futura en a discuté avec Stéphane Andrieux, membre de l'Académie des technologies.

[EN VIDÉO] Energy Observer, le premier bateau électrique à hydrogène Durant cinq ans, à partir de 2017, ce catamaran à deux moteurs électriques de 30 mètres va sillonner les océans du Globe pour une mission scientifique, propulsé uniquement par des énergies renouvelables et une voile « kite ». L’électricité sera produite par des hydrogénérateurs, deux éoliennes à axe vertical, des panneaux photovoltaïques et une pile à combustible. C’est une première mondiale pour un bateau : cette pile utilisera de l’hydrogène produit à bord par électrolyse de l’eau. Energy Observer est donc d’abord un démonstrateur technologique. 

Devenir, dès 2035, le premier constructeur à faire voler un avion commercial zéro émissions à hydrogène. C'est l'ambition affichée par Airbus. Mais 2035, c'est déjà demain. Alors, à quel point ce projet est-il réalisable ? C'est la question que nous avons posée à Stéphane Andrieux, membre de l'Académie des technologies et Directeur scientifique général de l'Onera.

« Ce qui m'étonne en premier lieu, c'est cette annonce isolée d'Airbus. Nous parlons là d'un projet d'envergure et je ne crois pas qu'un avionneur puisse faire avancer les choses sans le soutien d'un motoriste -- et vice versa. » Car pour faire voler un avion à hydrogène, il va falloir recourir à des intégrations motrices très particulières. C'est une première difficulté qui devra être surmontée.

Une première parmi beaucoup d'autres. « L'hydrogène ne devrait pas être considéré comme l'alpha et l'oméga de la transition énergétique du transport aérien. » La solution n'est, par exemple, d'emblée pas envisageable pour les long-courriers. Et sur les court-courriers, la concurrence du train est particulièrement marquée. « L'hydrogène doit trouver sa place dans l'offre de transport. »

Un avion à hydrogène devra se conformer aux contraintes aéroportuaires. « On ne peut pas tout faire, ne serait-ce que d’un point de vue conception », remarque Stéphane Andrieux, membre de l’Académie des technologies, rappelant les adaptations qu’a nécessité l’A380. © Airbus 2020, All rights reserved, IIVS  

L’hydrogène, pas nécessairement synonyme de zéro émissions

D'autant que s'il semble apporter une solution écologiquement intéressante pour la mobilité terrestre, la question se pose un peu différemment dans les airs. Les piles à combustible au cœur des véhicules à hydrogène, les turbines, ne rejettent certes que de la vapeur d'eau. « Mais la vapeur d'eau, c'est un gaz à effet de serre. Et si ces rejets semblent insignifiants en regard des émissions naturelles sur la terre ferme, des avions à hydrogène émettraient, eux, de la vapeur d'eau, à la limite de la troposphère. Or en 2005 déjà, des études avaient montré que les traînées de condensation pouvaient participer à hauteur de 5 % au forcing anthropique. Une contribution bien supérieure à la contribution du secteur de l'aviation aux émissions globales de gaz à effet de serre qui est estimée à moins de 2 %. La question des rejets de vapeur d'eau n'est donc pas anodine. »

Et il faut ajouter à cela que la combustion de l'hydrogène à température élevée conduit à la formation d'oxydes d'azote, les fameux NOx. Ils contribuent peu au réchauffement climatique, mais ils ont un effet certain sur la qualité de l'air que nous respirons. Notamment dans les zones aéroportuaires. Car « ils seront émis en plus grande quantité dans les phases de décollage qui mobilisent 100 % de la puissance de l'appareil. »

« L’hydrogène pour l’aviation, ça n’apparait pas très naturel », souligne Stéphane Andrieux, membre de l’Académie des technologies. © Airbus 2020, All rights reserved, IIVS  

La question épineuse de l’avionabilité

« Pour revenir au point clé de l'avionabilité, la première question qui se pose est la suivante : est-il possible de faire décoller un avion à hydrogène ? » Pour propulser un A320 dans les airs, il faut mobiliser  une puissance de l'ordre 20 MW. « C'est une puissance gigantesque. La solution se trouvera peut-être dans une hybridation. »

Qu'en sera-t-il des réservoirs ? « Il existe des concepts de configuration "à bulle", un peu comme les Beluga, mais leur efficacité aérodynamique laisse à désirer. Et il y a aussi le problème de la cryogénie. Gérer de l'énergie à -250 °C, ce n'est pas trivial. » Sans parler du problème des fuites et des explosions. « La question se pose essentiellement dans des enceintes confinées, lorsque la composition stœchiométrique est suffisante. En plein air, c'est moins critique. »

Une fois toutes ces difficultés techniques résolues, la certification d'un avion à hydrogène pourrait aussi prendre du temps. « D'autant que nous ne sommes pas sortis de l'affaire des Boeing 737 Max qui a éclairé d'un jour assez cru le processus et son nécessaire besoin de rigueur. Cela pourrait compliquer l'acceptabilité sociétale de tels appareils. »

Lorsque l’on s’intéresse à l’hydrogène dans l’aviation, il est aussi question des carburants synthétiques que l’on va produire à partir d’hydrogène, de Power to Gas. © Airbus 2020, All rights reserved, IIVS  

L’hydrogène au cœur du projet

Se posent enfin des questions liées à la problématique même de l'hydrogène et des infrastructures indispensables à son déploiement. Notons d'abord que l'arrivée de l'hydrogène dans les zones aéroportuaires pourrait constituer une véritable opportunité. « Bien sûr, il faudra repenser la sécurité. Manipuler de l'hydrogène, c'est quelque chose que l'on sait faire. Mais cela reste délicat et cela coûte encore cher. On peut s'appuyer sur les expériences de l'aérospatial, mais l'environnement d'un aéroport est très différent de celui d'une base de lancement. Ceci étant dit, amener de l'hydrogène dans les aéroports pourrait ouvrir la porte à d'autres usages.

Et pour produire l'hydrogène nécessaire à tout cela -- rappelons qu'aujourd'hui, l'aviation consomme dans le monde un peu plus de 350 Mt de pétrole par an --, il faudra trouver un moyen efficace. Un électrolyseur -- qui produit de l'hydrogène à partir d'électricité et d'eau -- ne peut pas fonctionner seulement lorsque vous avez un peu d'électricité à y injecter. C'est une machine très fine dont le rendement et la durée de vie peuvent être altérés par un fonctionnement intermittent alimenté par les opportunités de disponibilités en électricité renouvelable. Le nucléaire pourrait constituer une solution. »

« La date annoncée de 2035 sera un pari extrêmement difficile à tenir, mais le projet est enthousiasmant et doit être mené » estime Stéphane Andrieux, membre de l’Académie des technologies. © Airbus 2020, All rights reserved, IIVS  

Rester ambitieux, mais raisonnable

« Malgré toutes ces difficultés, ça vaut vraiment le coup d'essayer. Se débarrasser de la molécule carbone, c'est forcément une bonne idée. Parce qu'il n'y a pas que le CO2. Il y a aussi les suies ou les molécules aromatiques.

Nous avons besoin de solutions en rupture.

Le contexte aujourd'hui, du moins avant la crise sanitaire, est à la progression du transport aérien de 5 % par an alors que le gain technologique sur les consommations ne dépasse pas les 1,5 % par an. Nous avons donc besoins de ruptures. Mais il ne faudrait pas tomber dans le travers de l'assèchement des financements de recherche et développement au bénéfice d'une seule et unique piste... qui n'est pas la plus facile. »