Les dernières solutions pour une aviation du futur plus écologique

L'aviation fait rêver des millions de personnes, permet de voyager, rapproche les gens et peut contribuer à sauver des vies avec des ONG comme Aviation Sans Frontières. L'aviation est une des plus passionnantes réalisations de l'histoire de l'humanité. L'Homme vole ! Le rêve d'Icare dans la mythologie grecque est une réalité depuis le tout début du XXe siècle et même depuis le XVIIIe siècle en tenant compte des premiers vols en ballon. Ce n'est qu'avec l'apparition des sommets liés au réchauffement climatique en 1995 que nous avons pleinement pris conscience que voler en avion était aussi source de pollution.

Le tour du monde réalisé par l'avion solaire Solar Impulse de 2015 à 2016 a prouvé qu'il était possible de voler grâce au soleil sans émettre d'émissions polluantes. D'autres solutions propres sont à l'étude. Voici un petit tour d'horizon des différents projets en cours de développement pour préserver notre mobilité par les airs tout en diminuant nos émissions.

Dans les aéroports, les avions se déplacent au sol à l'aide de leurs réacteurs ou de tracteurs. L'idée est d'effectuer ces déplacements à l'aide de moteurs électriques placés dans le train d'atterrissage principal afin de réduire la consommation en kérosène et donc les émissions. Mais ajouter ces moteurs présente pour inconvénient d'augmenter le poids de l'avion et donc la consommation en vol. Cette solution serait adaptée uniquement si les gains sont supérieurs aux pertes, c'est-à-dire pour les avions qui passent beaucoup de temps au sol comme c'est le cas pour les vols court-courriers.

A moins que le moteur électrique reste au sol en s'inspirant d'une solution déjà largement utilisée dans l'aviation d'affaires et produite par la société allemande Mototok : le tracteur électrique télécommandé. Pour l'instant cette solution est utilisée uniquement pour des petits déplacements afin de déplacer des avions sur un parking ou dans un hangar.

L'E-Fan d'Airbus, un avion électrique monoplace fonctionnant avec des batteries lithium polymère, a décollé pour la première fois en 2014. Il pèse 550kg et a une autonomie d'une heure. Cet avion-école devait être décliné en une version 2 places (E-Fan 2.0) et en une version 4 places (E-Fan 4.0) et être produit à plus de 40 exemplaires par an. Airbus s'est retiré du projet en 2017 pour se consacrer au projet E-Fan X, un avion hybride quadriréacteur développé avec Rolls-Royce et Siemens pouvant transporter jusqu'à 100 passagers. Le projet consiste ici à remplacer un des quatre moteurs thermiques de l'avion de ligne BAe146 par un moteur électrique. Le premier vol initialement prévu pour 2020 a été repoussé à 2021. Par la suite, le projet prévoit de remplacer un deuxième moteur thermique par un deuxième moteur électrique. Easyjet a été plus loin en annonçant le lancement d'un avion 100% électrique développé avec Wright Electric et devant voler avant 2027 avec 120 à 220 passagers à bord sur une distance maximale de 540km.

En Chine, Liaoning General Aviation développe l'avion électrique biplace RX1E-A. Son premier vol fin 2017 aurait duré deux heures. La version antérieure vole depuis 2011 et est déjà produite en série. En Allemagne, Lilium met au point un avion avec 5 places et 36 moteurs électriques permettant de décoller à la verticale puis de se déplacer à une vitesse de 300km/h avec une autonomie de 300km. Le premier vol d'essais avec un prototype biplace a été mené avec succès en avril 2017 à Munich.

En parallèle du projet E-Fan X, Airbus développe également un modèle de taxi volant monoplace baptisé Vahana. Le premier vol a été réalisé début 2018 depuis l'aéroport de Pendleton situé à 500 km de Seattle. La présentation officielle a été faite au Salon du Bourget en 2019. Airbus est aussi impliqué avec Audi dans une autre étude de taxi volant baptisé Pop Up Next. Autre star du Salon du Bourget 2019 : le prototype Alice de la startup israélienne Eviation Aircraft. Ce petit avion régional est conçu pour accueillir 9 passagers. Le constructeur annonce une autonomie de 2H45. Alice a une masse maximale au décollage de 6350kg. 3700kg proviennent des batteries, soit près de 60% de la MMD de l'avion. Son premier vol est prévu pour 2020.  De nombreux autres projets de taxis volants existent. Parmi eux, le chinois Ehang 184 et l'allemand Volocopter 2X ont déjà effectué des vols pilotés à distance avec passager. Et il faudrait encore mentionner le biplace Cora développé par la société Kitty Hawk de Larry Page, cofondateur de Google. Il reste toutefois un problème majeur à résoudre pour tous ces projets de taxis volants : celui de la réglementation aérienne pour permettre à ces aéronefs de voler en toute sécurité.

Le groupe aéronautique Safran est le numéro 1 mondial de la conception et de la production de moteurs d'avions, d'hélicoptères et leader sur le marché des équipements aéronautiques. Son dossier de presse « L'avenir électrique de l'aéronautique selon Safran » publié lors du Salon du Bourget 2019 vient mettre un terme au rêve d'une aviation 100% électrique et en particulier aux avions long-courriers 100% électriques. L'explication vient des batteries qui manquent de puissance et qui sont bien trop lourdes pour des vols de plus de 1000 km. Les évolutions à venir ne permettront pas de résoudre ce problème. Or ce sont précisément les avions réalisant des vols de plus de 1000 km qui sont à l'origine de 80% des émissions de gaz à effet de serre du transport aérien mondial. Pour Safran, la solution viendra de nouvelles technologies et de nouveaux biocarburants.

Nous ne connaissons pas d'exemple d'avion volant grâce à un moteur à combustion utilisant de l'hydrogène. L'avion à hydrogène est en réalité un avion propulsé par un moteur électrique alimenté par une pile à combustible. Le premier exemple remonte à 2008 avec un prototype biplace développé par Boeing. Depuis 2011, en Allemagne, H2Fly, soutenu par Pipistrel, Siemens, Diehl et une vingtaine d'universités, développe le HY4, un avion à quatre places avec une autonomie pouvant dépasser les 750km. Le premier vol a été effectué en 2016.

D'autres projets d'utilisation de la pile à combustible dans les avions existent, notamment Hycarus mené par Air Liquide, le CEA, Dassault Aviation et Zodiac Aerospace et PIPAA (PIle à combustible Pour Applications Aéronautiques) développé par Safran, Dassault Aviation, Easyjet, Tronico et AD Venta, mais ils n'ont pas pour objectif immédiat la propulsion de l'appareil.

L'exemple le plus connu est bien évidemment le Solar Impulse II, deuxième prototype monoplace des Suisses Bertrand Piccard et André Borschberg, qui a effectué un tour du monde de 2015 à 2016. Tout comme le Solar Impulse, un autre avion solaire est en développement depuis la base militaire de Payerne en Suisse : l'avion solaire biplace SolarStratos qui a pour objectif un record d'altitude. Les premiers vols ont été réalisés avec succès mais l'avion a été victime d'une avarie technique au sol en juillet 2018, ce qui entraîne des retards pour son développement.

Les biocarburants sont déjà utilisés à petite échelle sur des vols commerciaux. Ainsi Air France a effectué un vol par semaine avec 10% de biocarburant entre Toulouse et Paris Orly entre 2014 et 2016. A terme, d'après une étude de l'IATA, les biocarburants pourraient permettre de réduire les émissions jusqu'à 80% par rapport au kérosène actuel. Mais augmenter la production de biocarburants revient à augmenter les surfaces agricoles nécessaires et risque d'augmenter la déforestation et d'avoir un impact sur la chaîne alimentaire.

En France, l'ingénieur Raphaël Dinelli développe l'Eraole, un avion monoplace 100% propre hybride volant grâce à l'énergie solaire, du biocarburant et de l'hydrogène. L'autonomie de l'Eraole dépasse les cinq heures.

Une autre piste intéressante pour diminuer les émissions consiste à rallonger les ailes des avions afin d'augmenter la portance. Comme les aéroports ne permettent pas d'accueillir des avions trop larges, l'idée consiste ici à avoir des bouts d'aile repliables. C'est le choix fait par Boeing avec son tout nouveau 777X qui entrera en service en 2020.

L’Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) s'est engagée dans un programme baptisé CORSIA (Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation) à maintenir constant les émissions des vols commerciaux internationaux à partir de 2020. Comme le trafic aérien mondial va continuer à augmenter, les émissions vont continuer à augmenter également. Du coup, cet engagement de l'OACI impliquera de la compensation carbone à très grande échelle. Il s'agit d'un projet pharaonique. Les coûts croissants de cette compensation carbone vont inévitablement encourager les acteurs de l'aérien à réduire leurs émissions pour diminuer leurs coûts de compensation. Cette incitation à diminuer les émissions est assurément le point le plus positif du programme CORSIA.

Les jets privés sont des « petits avions ». Ils sont plus légers et consomment moins de carburant que les avions de ligne. Ils émettent donc moins de gaz à effet de serre. De plus, les constructeurs renouvellent plus régulièrement leurs modèles et la technologie est souvent plus avancée que sur les avions de ligne. L'aviation d'affaires doit donc jouer un rôle de pionnier dans le développement d'avions plus écologiques... D'ailleurs, le ZA10 de la start-up Zunum Aero ressemble à s'y méprendre à un petit jet privé. Même constat pour l'avion électrique Alice de Eviation. Mais malheureusement les grands constructeurs d'avions d'affaires sont encore assez discrets sur le sujet même si tous travaillent pour avoir des avions de plus en plus verts.

Il suffit d'étudier les trajectoires aériennes sur des sites comme Flightradar24 pour se rendre compte que tous les avions font des détours importants lors de leurs vols. Optimiser les routes aériennes permettrait donc de réduire considérablement le temps en vol et donc les émissions de CO2.

La multitude de projets en cours montre l'inventivité de nos ingénieurs pour trouver de nouvelles solutions pour voyager en avion sans émettre d'émissions. Mais la production toujours plus importante de batteries pose de nouveaux problèmes environnementaux. Les défis pour l'aviation sont considérables mais son histoire a prouvé qu'elle était capable de réaliser l'inimaginable. Alors pourquoi ne pourrait-elle pas relever son défi environnemental ?

Sébastien Dequenne

Sources : Wikipedia (E-Fan), 24 heures (« Le soleil a décidé de bouder le premier vol de «SolarStratos » le 05 mai 2017 par Frédéric Ravussin, « SolarStratos victime d'une avarie technique » le 06 juil. 2018), Aerobuzz (« Production en série d’avions électriques, une réalité chinoise » le 05 mai 2015 par Gil Roy, « Le RX1E-A électrique chinois fait son premier vol » le 11 nov. 2017 par F.M., « Biokérosène : la France mise sur les biocarburants durables » le 06 juil. 2018), Air&Cosmos (« Safran Power Units développe une pile à combustible » le 20 nov. 2017 par Antony Angrand), Challenges (« Volocopter, ce petit champion allemand des taxis volants » le 21 juil. 2018 par Vincent Lamigeon), Consoglobe (« Utiliser des biocarburants pour l’aviation, une fausse bonne idée » le 11 oct. 2017 par Maylis Choné), EBAA (« How Millennials see the future of business aviation », mai 2018), Futura Planète (« Un vol Toulouse-Orly d'Air France avec 10 % de biocarburant » le 28 oct. 2014, « Le HY4, un avion électrique à hydrogène étonnant, a pris son envol » le 06 oct. 2016 par Jean-Luc Goudet), Industrie & Technologies (« Safran pilote un projet de pile à combustible pour avion » le 28 nov. 2017 par Marina Angel), La Tribune (« L'Eraole, décollage d'un avion électrique 100% propre » le 15 juil. 2018 par Frédéric Thual), L'Usine Nouvelle (« Demain, les avions voleront-ils grâce à l’hydrogène ? » le 27 nov. 2015 par Olivier James, « Hydrogène, le ferroviaire et l'aéro dans les starting-blocks » le 12 oct. 2017 par Olivier Cognasse et Olivier James, « Airbus dévoile la vidéo du premier vol (assez simple) de Vahana » le 02 fev. 2018 par Olivier James), Communiqué de presse de Safran et Zunum Aero du 8 octobre 2018