Voilà à quoi devrait ressembler l’avion électrique à hydrogène Element One. © HES Energy Systems

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

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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.

Pour en savoir plus

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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