En 2035, Airbus prévoit de faire voler le premier avion commercial zéro émission avec trois concepts d'avion propulsés à l'hydrogène. © Airbus
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Airbus dévoile trois avions qui seront propulsés à l'hydrogène

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Porté par le développement de la technologie de l'hydrogène, Airbus s'est fixé comme ambitieux objectif d'être le premier constructeur à atteindre en 2035 le zéro émission avec trois concepts d'avions propulsés à l'hydrogène. L'avionneur les présentait aujourd'hui. La fin de la décennie devrait voir voler le premier prototype.

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Airbus a dévoilé ce lundi 21 septembre, trois concepts d'avion propulsé à l'hydrogène et vise la mise en service d'un appareil commercial zéro émissions en 2035, un « axe stratégique majeur » pour l'avionneur, soumis comme le reste du secteur à une pression croissante de l'opinion publique.

Mis à mal par la crise due au coronavirus et dans le collimateur du mouvement flygskam (« la honte de prendre l'avion ») pour ses émissions de CO2 (2 à 3 % des émissions mondiales, selon le secteur), le secteur aéronautique met les bouchées doubles pour avancer vers la décarbonisation du transport aérien.

« Il s'agit d'un moment historique pour l'ensemble du secteur de l'aviation commerciale, et nous entendons jouer un rôle de premier plan dans la transition la plus importante que notre industrie ait jamais connue », résume dans un communiqué Guillaume Faury le président exécutif d'Airbus, qui entend se « positionner comme chef de file dans la décarbonisation de l'industrie aéronautique ». Pour le ministre des Transports Jean-Baptiste Djebbari, « c'est la meilleur réponse à cet "aviation-bashing" qu'on observe depuis plusieurs mois ».

Premier concept : le Turbofan. © Airbus

Trois concepts, un même objectif : zéro émission

L'avionneur planche sur trois concepts d'appareils, tous propulsés à l'hydrogène et désignés sous le nom de code « ZEROe » pour zéro émission. Le moteur à hydrogène n'émet pas de pollution puisqu'il ne produit que de la vapeur d'eau. Cela suppose en revanche que l'hydrogène soit elle-même « propre », c'est-à-dire produite par électrolyse de l'eau en utilisant une électricité issue de sources renouvelables ou à tout le moins faiblement carbonées.

Le premier est un turboréacteur « de configuration classique », a expliqué Guillaume Faury au Parisien. De 120 à 200 passagers, soit l'équivalent d'un A220 ou d'un A320 et d'une autonomie de plus de 3.500 kilomètres, il serait alimenté par une turbine à gaz fonctionnant à l'hydrogène, stocké dans des réservoirs situés dans la partie arrière du fuselage. « Le cœur des moteurs d'avion, c'est une turbine à gaz », dans laquelle est brûlé du kérosène vaporisé, expliquait cet été le directeur général de l'aviation civile (DGAC) Patrick Gandil. Y brûler de l'hydrogène, « presque aussi énergétique », ne nécessiterait que de légères modifications selon lui.

Le second concept est un avion régional turbopropulseur (à hélices) pouvant embarquer jusqu'à 100 passagers sur 1.800 kilomètres. Le troisième concept est une aile volante d'une capacité et autonomie semblable au concept de turboréacteur.

Le deuxième concept : le Turbopropulseur. © Airbus

De la contrainte des réservoirs cryogéniques naîtra l'innovation

« Le fuselage exceptionnellement large offre de multiples possibilités pour le stockage et la distribution d'hydrogène, ainsi que pour l'aménagement de la cabine », explique Airbus. Car c'est dans son stockage et son transport à bord que réside la difficulté de l'hydrogène, selon M. Gandil. L'hydrogène nécessite un espace de stockage à peu près quatre fois supérieur à celui du kérosène et surtout doit être liquéfié à -250 degrés. Les réservoirs cryogéniques doivent en effet résister à la pression et être de forme cylindrique ou sphérique, donc « on ne peut pas en loger partout dans les ailes comme on le fait aujourd'hui », explique Patrick Gandil. Cela ouvre la voie à de nombreux changements possibles dans la forme de l'avion, au-delà de moteurs accrochés sous des ailes.

Troisième concept : Blended-Wing Body (BWB). L'apparence visuelle de l'avion sera amenée à changer en raison des contraintes de stockage de l'hydrogène. © Airbus

Airbus, le motoriste Safran, leur co-entreprise Arianegroup, et l'Onera, réunis en consortium, planchent depuis le début de l'année sur l'utilisation de l'hydrogène pour l'aviation. Le choix et la maturation des technologies prendront cinq ans, puis deux pour celui des fournisseurs et sites industriels, selon Guillaume Faury. « Donc, la mise en programme est prévue aux environs de 2028. Notre ambition est d'être le premier constructeur à mettre en service un tel appareil en 2035 ».

Ce calendrier correspond à l'objectif d'un « avion neutre en carbone », fixé début juin par le gouvernement français, qui a prévu d'y consacrer 1,5 milliard d'euros d'ici à 2022 dans le cadre de son plan de soutien au secteur aéronautique. Les États ont fait de l'hydrogène un axe majeur de développement : l'Allemagne a prévu un plan de 9 milliards d'euros pour développer ses usages, la France prévoit 7 milliards d'euros.

 Infographie des trois avions concept zéro émission connus sous le nom de ZEROe dans cette infographie. Ces configurations à double flux, turbopropulseur et corps à voilure mixte sont tous des avions hybrides à hydrogène. © Airbus

Présentation de l'animation ZEROe. © Airbus

Pour en savoir plus

Les Airbus de demain voleront-ils à l’hydrogène ?

Article de Rémy Decourt, publié le 24 juin 2020

Parmi les mesures du plan de soutien à l'aéronautique du gouvernement francais, figure l'objectif de lancer dès 2035 un avion volant à l'hydrogène sans émettre de CO2. Luis Le Moyne, directeur de l'Institut supérieur de l'automobile et des transports, nous explique la difficulté de la tâche.

Il y a quelques jours, lors de l'annonce du plan gouvernemental de relance de l’aéronautique, la France a indiqué vouloir un avion zéro émission carbone à l'hydrogène dès 2035. En annonçant l'octroi d'un financement d'1,5 milliard d'euros sur 3 ans au Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile (CORAC), l'État souhaite amorcer un programme de Recherche et Développement dans les technologies de réduction de la consommation de carburant, les technologies d'électrification des avions et les expérimentations de carburants neutres en carbone comme l'hydrogène.

Ce financement a aussi pour but d'éviter aux industriels concernés tout risque de retard, voire d'être dépassés par leur concurrents si les compagnies aériennes, poussées par leurs clients, se faisaient plus insistantes et réclamaient un avion zéro émission carbone dès le début de la décennie 2030.

Si Elisabeth Borne, ministre de la Transition écologique et solidaire s'est dite confiante dans la réalisation d'un tel avion à cet horizon, des spécialistes de l'aviation commerciale et du secteur des transports sont plus nuancés. C'est le cas de Luis Le Moyne, directeur de l'Institut supérieur de l'automobile et des transports.

Comme nous l'explique cet enseignant-chercheur et professeur des universités, en l'état, la « technologie n'est pas suffisamment mûre pour embarquer dans des avions commerciaux ». La mise au point d'un moteur à hydrogène, « que ce soit une pile à combustible qui produit l'électricité nécessaire pour entraîner une hélice ou qui brûle de l'hydrogène dans un turboréacteur », se heurte à plusieurs problèmes techniques et de production d'hydrogène « nécessitant une augmentation massive de la production d'énergie éolienne et solaire ».

Concept d'aile volante Maveric d'Airbus. De par son architecture, cet avion pourrait voler à l'hydrogène. © Airbus

Hydrogène : des fusées aux avions

Cette idée de faire voler des avions de ligne à l'hydrogène est à l'étude depuis une dizaine d'années chez les constructeurs d'avions. Tous sont convaincus que l'hydrogène est une des alternatives énergétiques la plus prometteuse du futur. Le principal avantage de l'hydrogène, outre le fait qu'il s'agit d'un carburant sans émission de carbone, « c'est sa densité énergétique massique », ce qui explique son utilisation dans l'industrie des lanceurs.

Mais un avion de transport de passager de type A320 aura besoin de grande quantité d'hydrogène à des niveaux de pression très élevés, voire liquéfiés pour limiter son volume, car la masse volumique de l'hydrogène à basse pression est très faible. Dans tous les cas, de « très grands réservoirs à haute pression et très légers -- à réaliser avec des matériaux qui puissent supporter ces contraintes -- avec un poids très faible seront nécessaires ». L'architecture des avions sera à repenser complètement, car les « réservoirs actuels ne sont pas adaptés pour embarquer de l'hydrogène ». Leur taille et leur forme sont à revoir tout comme leur nombre et leur position dans l'avion. « Plus que les moteurs, ces réservoirs d'hydrogène sont le principal verrou technologique. »

Cela dit, si les compagnies aériennes et les constructeurs d'avions sont bien conscients de la nécessité de réduire leur empreinte carbone et de réaliser un avion neutre en carbone grâce au recours de l'hydrogène, encore faut-il que ce « carburant » soit produit à partir d'électricité décarbonée ou d'énergies renouvelables. Sinon, on déplace le problème !

Il faut savoir qu'il n'y a pratiquement pas de « mine » d'hydrogène de sorte qu'il doit être fabriqué. Il sera donc nécessaire de se doter « d'infrastructures de production d'hydrogène vert utilisant de l'électricité decarbonée de type éolienne ou solaire ». Aujourd'hui l'hydrogène est essentiellement produit « à partir d'hydrocarbures, comme le pétrole, le charbon ou le gaz ». Il peut également être produit à partir de l'électrolyse de l'eau, c'est-à-dire une réaction chimique qui sépare l'hydrogène et l'oxygène de l'eau grâce à un courant électrique.

Mais, si cette solution apparait comme la plus écologique, elle peut poser problème si l'eau à l'état liquide est « mise en concurrence entre la consommation humaine et faire voler les avions ». Pour rappel, la production de biocarburants est accusée d'entraîner des augmentations de prix des matières premières agricoles et d'augmenter la faim dans le monde.

Des infrastructures de production d'hydrogène vert seront nécessaires

Si l'idée de faire voler un avion commercial neutre en carbone en 2035 semble réalisable, « pour peu que l'on s'en donne les moyens financiers », se pose aussi la question du modèle économique que l'on souhaite appliquer à ce type d'avions commerciaux. Or, avec un pétrole qui ne coûte pas cher, et qui pourrait durablement le rester à des niveaux très bas, l'hydrogène « s'annonce comme un combustible assez cher à fabriquer », notamment du fait que toutes les étapes de sa production devront être décarbonées. « Tout cela est plus compliqué que pomper le pétrole et le raffiner. »

Tout cela est plus compliqué que pomper le pétrole et le raffiner

Dans ce contexte, le modèle économique d'aujourd'hui « n'est évidemment pas reproductible tel quel pour l'hydrogène ». Faire des projections à un horizon aussi lointain, notamment pour déterminer le nombre d'avions nécessaire à fabriquer pour un retour sur investissement qui définira le prix des billets, n'est pas réaliste, selon Luis Le Moyne. Pour cet enseignant-chercheur et professeur des universités, le modèle économique « devra tenir compte de l'état des marchés pétroliers et des demandes clients qui, aujourd'hui, sont focalisés sur des billets toujours moins chers et un besoin de confort en termes de bruit et d'espace ». Demain, ces mêmes clients pourraient se focaliser sur la pollution.

En conclusion, si un avion volant à l'hydrogène, transportant plus ou moins 250 personnes, est envisageable en 2035, les avions de ligne conventionnels ne disparaîtront sans doute pas encore avant plusieurs décennies. Les premiers avions à hydrogène qui voleront ne seront pas « bon marché » mais on peut tout à fait imaginer que les arguments de vente de ces premiers avions à hydrogène « mettront l'accent sur l'écologie et le confort » plutôt que sur le prix. Ce n'est pas sans rappeler la mise en service du Concorde capable de rejoindre New York en seulement 3 h 30 contre plus de 8 h pour un avion conventionnel, mais au prix d'un billet aller-retour à plus de 8.000 dollars.

Ce futur avion à hydrogène pourra voler plus vite que les avions actuels mais, pour des raisons d'un « compromis à trouver entre le rapport consommation et stockage de l'hydrogène », sa vitesse de croisière devrait être moins élevée.


Element One, le premier avion de ligne électrique à hydrogène ?

Article de Marc Zaffagni publié le 05/10/2018

HES Energy Systems, une entreprise basée à Singapour spécialisée dans les piles à combustible pour drones, veut développer ce qu'elle annonce comme le premier avion électrique à hydrogène destiné à desservir des lignes inter-régionales. Il pourrait emporter quatre passagers avec une autonomie de vol comprise entre 500 et 5.000 kilomètres selon le type d'hydrogène utilisé. Un premier prototype est censé prendre l'air en 2025.

Le premier vol piloté d'un avion électrique alimenté à l'hydrogène a eu lieu en 2008 à l'initiative de Boeing. Il y a eu depuis assez peu d'initiatives dans ce domaine, la plus aboutie étant celle de l'avion électrique HY4 quadriplace qui effectua son premier vol en 2016. Porté par Airbus, Siemens et une vingtaine d'universités, ce projet a pour ambition de concevoir un avion de transport régional de 19 places « zéro émission ». Une idée que l'entreprise HES Energy Systems vient de reprendre à son tour.

Spécialisée dans la fabrication de piles à combustible pour drones, cette société installée à Singapour vient d'annoncer un ambitieux projet d'avion de transport inter-régional. L'Element One, c'est son nom, sera un avion quadriplace à pilotage autonome dont les moteurs électriques seront alimentés par des piles à combustible.

HES promet une autonomie en vol comprise entre 500 et 5.000 kilomètres selon que l'hydrogène sera gazeux ou liquide. L'idée est d'utiliser l'appareil pour des trajets de courtes et moyennes distances entre de petits aéroports et aérodromes. Un marché aujourd'hui occupé par les vols privés réservés aux voyageurs les plus fortunés. Le ravitaillement en hydrogène de l'Element One ne prendrait pas plus de 10 minutes à l'aide d'un système de nacelles automatisées, similaires à celles qu'utilisent déjà Alibaba et Amazon dans leurs entrepôts, précise HES. La production d'hydrogène se ferait sur site en faisant appel à des énergies renouvelables.

HES Energy Systems imagine un système de ravitaillement automatisé assuré par des nacelles qui pratiqueraient la permutation des piles à combustible en une dizaine de minutes. © HES Energy Systems

Une collaboration avec le service de coavionnage français Wingly

Dans son communiqué, HES indique avoir travaillé avec plusieurs start-up et PME françaises sur ce projet et réfléchir à une possible localisation du développement dans le pôle de compétitivité Aerospace Valley à Toulouse. Par ailleurs, HES s'est associée avec le service de coavionnage français Wingly qui permet aux pilotes de loisir de proposer des sièges sur leurs vols à partir d'aérodromes. « La France offre à elle seule un réseau de plus de 450 aérodromes, mais seuls 10 % d'entre eux sont reliés par des compagnies aériennes régulières. Nous allons simplement connecter les 90 % restants », assure Emeric de Waziers, P.-D.G de Wingly. Naîtrait alors un service de taxis volants zéro émission inter-régional.

Mais tout ceci est encore assez lointain puisque le premier prototype opérationnel de l'Element One n'arrivera pas avant 2025. S'en suivront alors toute une série de vols d'essais et de certifications avant qu'une exploitation commerciale soit envisageable. Mais Futura suivra tout cela de près !

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