Ce n'est un secret pour personne que l'industrie aéronautique est l'un des plus grands émetteurs de CO2, car elle génère 2% des gaz à effet de serre dans le monde. Afin de lutter contre le changement climatique, l'industrie doit se réinventer et trouver des moyens de réduire son impact environnemental. Quelles solutions pourrait apporter l'avenir de l'aviation? Sommes-nous à l'aube d'une nouvelle ère?
Depuis le début de la crise sanitaire suite à la pandémie de Covid-19, l'industrie aéronautique est confrontée à une crise sans précédent dans une situation écologique difficile. Selon les prévisions de l'IATA, le trafic aérien ne devrait revenir à la normale qu'en 2024. Ainsi, les principaux acteurs de l'aviation sont contraints d'engager les actionnaires dans des perspectives à long terme en construisant des projets ambitieux et disruptifs. Compte tenu du contexte environnemental, de la nouvelle réglementation et des attentes des consommateurs, la nouvelle vision à long terme est claire: la nouvelle ère de l'aviation est propre et sans carbone.
Déjà dans les années 1970 sont apparus les avions électriques. En effet, pendant de nombreuses années, les avions électriques ont été que des appareils expérimentaux avec une très faible autonomie et presque aucune utilité au niveau de la portance. Néanmoins, depuis lors, le nombre de projets d'avions électriques a considérablement augmenté - à un tel point que, compte tenu de l'avancée des innovations dans les cercles de l'aviation, l'utilisation commerciale des avions électriques semble plus proche que jamais. L'association MonAsia est ravie de voir que les premiers pas vers l'utilisation commerciale des avions électriques aient déjà été franchis, ce qui est nécessaire pour rendre possible une aviation sans émissions nocives.
Tout d'abord, jetons un oeil sur les avions électriques avec des batteries. Etant donné que l'impact sur l'environnement de la propulsion électrique alimentée par batteries est considérablement plus petit, il y a cinq ans nous avons vécu un boom des projets d'avions propulsés électriquement. C'est en fait le moyen le plus propre d'exploiter un avion, avec les deux principaux avantages: zéro émission en vol, car il ne produit aucun gaz de combustion et presque aucune pollution sonore. Il est amplement plus silencieux que les autres avions. Bien entendu, on ne peut pas dire que la propulsion électrique alimentée par batteries soit entièrement propre, car la fabrication et le recyclage des batteries doivent être pris en compte. Cependant, les avions à propulsion électrique présentent un avantage stratégique pour lutter contre les émissions de carbone, mais aussi contre la pollution sonore, laquelle est également devenue un enjeu environnemental important dans les aéroports et leurs environs. Un autre avantage majeur de la propulsion électrique est que sa technologie existe déjà depuis des décennies et s'améliore très rapidement.
Au début, les avions électriques étaient trop lourds, en raison du poids important de la batterie. Cela a causé le manque de maniabilité et de fonctionnalité, car le poids maximum était déjà atteint avec un seul pilote à bord. De plus, la capacité aérienne des premiers avions électriques alimentés par batterie n'était que de quelques minutes. En effet, le poids, la faible autonomie et le temps de charge sont les principaux inconvénients de cette technologie. Heureusement, grâce à des innovations inspirées de l'industrie automobile, les fabricants de batteries ont considérablement amélioré leur technologie, de sorte que la puissance des batteries a considérablement augmenté, ce qui permet aujourd'hui jusqu'à une heure de vol.
Depuis 2019, le nombre de vols électriques a fleuri, permis par l'innovation et le progrès technique. Ce virage dans les cercles de l'aviation a commencé en juin 2019 avec un vol de BRM Aero équipé d'un système de propulsion électrique et d'un Cessna 337 à moteur hybride.
Harbor Air - la compagnie aérienne de banlieue canadienne, qui avait promis de faire voler un avion commercial tout électrique avant la fin de 2019, a développé avec MagniX, une société basée à Washington développant des systèmes de propulsion électrique pour avions, le premier "ePlane". Ils ont passé plusieurs mois à remplacer le moteur à pistons Pratt & Whitney P-985 Wasp Junior du Beaver à six passagers par un système de propulsion électrique magni500 fabriqué par MagniX. L'histoire a été faite le 10 décembre 2019, lorsqu'un DHC-2 Beaver de Harbor Air (premier avion électrique commercial pour passagers) a effectué son premier vol équipé d'un système de propulsion entièrement électrique. Néanmoins, compte tenu des contraintes des avions tout électriques, le vol n'a duré qu'environ 4 minutes. Etant donné que l'avion dépend de l'énergie des batteries, il n'a qu'une fraction de la densité d'énergie trouvée dans les carburants liquides. Une telle contrainte signifie qu'un avion tout électrique peut difficilement correspondre à l'autonomie ou à la durée de vol d'un avion propulsé par des moteurs à carburant. Mais les systèmes de propulsion électrique ne consomment pas de carburant et ont moins de pièces mobiles et moins de complexité que les moteurs à carburant. Cela signifie qu'ils coûtent beaucoup moins cher à faire fonctionner - environ la moitié de frais des moteurs à combustion interne. C'est pourquoi MagniX a rejoint AeroTEC, une société indépendante de premier plan spécialisée dans les tests, l'ingénierie et la certification aérospatiale, afin de proposer le vol tout électrique aux transports aériens grand public. Le fruit de leur projet - une transformation de l'emblématique Cessna Caravan qui a été une bête de somme de l'industrie pour déplacer des personnes et transporter des marchandises sur de courtes routes pendant des décennies, vers une eCaravan. Un Cessna 208B Grand Caravan à propulsion électrique était le plus gros avion de passagers ou de fret entièrement électrique à ce jour. Il a décollé d'une piste de Moses Lake pour un vol inaugural le 28 mai 2020, marquant un autre jalon dans l'histoire de l'aviation du système de propulsion tout électrique. Le "eCaravan" a volé pendant environ une demi-heure à plus de 100 mph à une altitude d'environ 2 500 pieds et a fait quelques virages avant d'atterrir. Pesant plus de 4 tonnes, avec une envergure de plus de 50 pieds et de la place pour neuf passagers, c'est le plus gros avion électrique à avoir jamais volé. Pendant le vol d'essai de 28 minutes du Grand Caravan, le Magni500, un moteur électrique de 750 chevaux (560 kW), alimenté par l'énergie d'un système de batterie lithium-ion 750V pesant environ une tonne, n'a consommé que 6 USD d'électricité, au lieu de 300 USD de kérosène. En plus des émissions de vol égales à zéro et des coûts de carburant réduits, l'utilisation de moteurs électriques devrait également réduire considérablement les coûts de maintenance, éliminant ainsi le besoin de révisions approfondies des moteurs toutes les 3-4 000 heures de fonctionnement. En fait, les moteurs électriques sont plus légers que les moteurs à combustibles fossiles, ne nécessitent pas autant d'entretien et durent beaucoup plus longtemps avant de devoir être remplacés.
Selon le directeur général de MagniX, Roei Ganzarski, les avions électriques peuvent être meilleurs que les avions à combustibles fossiles sur des distances allant jusqu'à 1000 miles, ce qui représente plus de la moitié de tous les vols de passagers dans le monde, sachant que les compagnies aériennes utilisent des jets ou des turbopropulseurs pour ces vols jusqu'à maintenant. Les avions Caravan turbo-propulsés sont utilisés depuis des années dans le monde entier pour transporter des passagers et des marchandises. Par conséquent, MagniX et AeroTEC espèrent que leur eCaravan pourra desservir certaines de ces liaisons aériennes régionales court-courriers, contribuant ainsi à ouvrir ouvrir la voie à un mouvement de décarbonation à l'échelle de l'industrie, car il ne fait aucun doute que les avions électriques sont plus propres, plus silencieux, plus sûrs et moins coûteux à utiliser que les avions à combustibles fossiles. Comme l'a dit Ganzarski: "Tant que l'électricité est produite de manière propre, les avions électriques ne créent aucune émission de carbone atmosphérique."
Par conséquent, le premier vol de l'eCaravan est clairement une étape non-négligeable sur la voie de l'exploitation de ces avions court-courriers à une fraction du coût et avec zéro émissions. MagniX et AeroTEC travaillent à la certification de leurs avions électriques par l'Administration fédérale de l'aviation. L'eCaravan doit passer plusieurs mois de tests supplémentaires, à la fois en altitude et au sol, et devrait être certifiée d'ici la fin de 2021. D'ici là, Ganzarski prévoit que la technologie des batteries aura avancé là où la Grand Caravan sera en mesure de opérer des vols de 160 km transportant un chargement complet de neuf passagers. La scientifique des matériaux Shirley Meng de l'Université de Californie à San Diego fait partie du consortium Battery 500 qui travaille sur de nouvelles conceptions de batteries. Elle explique que de nos jours, les batteries lithium-ion commerciales peuvent stocker environ 250 wattheures d'électricité par kilogramme, mais que de nouvelles conceptions pourraient doubler ce chiffre en quelques années. En effet, cela dépend de la rapidité avec laquelle les usines peuvent être équipées pour les fabriquer.
Et n'oublions pas que les avions à propulsion électrique peuvent également profiter des technologies de batteries mises au point par les voitures électriques, comme Tesla ou son concurrent GM, qui sont sur le point de révéler "millions-mile" des batteries basées sur des produits chimiques qui peuvent augmenter leur durée de vie et faire baisser leurs prix. Ganzarski pense que même si les batteries d'avion sont différentes, elles utilisent les mêmes conceptions de base, ce qui permettra aux nouvelles technologies de batterie des voitures électriques de se frayer un chemin dans les cercles de l'aviation électrique.
En juin 2020, l'Agence de la sécurité aérienne de l'Union européenne a annoncé la certification d'un avion électrique alimenté par batterie - le Velis Electro de Pipistrel. Il est devenu le tout premier avion entièrement électrique certifié au monde. L'équipe de certification comprenait des experts des autorités suisses et françaises, afin de préparer et de faciliter la mise en service du Velis Electro dans les deux pays. Pipistrel a révélé qu'il avait déjà reçu 31 commandes d'avion de sept pays. MonAsia considère l'obtention de la certification de type EASA pour le Velis Electro comme une étape importante dans la quête d'une aviation écologiquement durable.
Dans cette optique, les vols commerciaux électriques semblent imminents. En outre, la compagnie aérienne britannique EasyJet a également décidé de lancer le développement de ses vols commerciaux-électriques court-courriers en partenariat avec Wright Electric - une start-up américaine qui devrait développer l'avion électrique de 186 places, connu sous le nom de Wright 1. Wright Electric prévoit de lancer les essais au sol d'un moteur destiné à assurer la propulsion d'un avion de ligne électrique cette année, ensuite il réalisera des essais en vol en 2022. Nous sommes convaincus que bientôt les avions commerciaux électriques permettront d'offrir des services de vol de personnes et de colis d'une manière autrefois pas possible.
Grâce à l'innovation et aux progrès énormes, la propulsion électrique et la puissance de la batterie ont gagné en crédibilité. L'électricité est maintenant reconnue comme une alternative faisable pour les petits avions et les vols commerciaux courts, cependant, les avions électriques long-courriers ne semblent pas encore réalistes. La puissance nécessaire pour piloter des avions comme le Boeing 787 ou l'Airbus A350 nécessiterait un poids énorme en termes de batterie, qui n'était pas accessible jusqu'à présent. L'un de tel projets qui a finalement été interrompu est l'E-Fan X d'Airbus / Rolls-Royce / Siemens, annulé par une décision conjointe de Airbus et Rolls-Royce en avril 2020 lors de la crise sanitaire du COVID-19. Annoncé en novembre 2017, il faisait suite aux précédents démonstrateurs de vol électrique vers un transport durable pour le "Flightpath 2050 Vision" de la Commission européenne. L'E-Fan X est un BAe 146 avec son turboréacteur intérieur tribord remplacé par un moteur électrique Siemens de 2 MW (2700 ch), adapté par Rolls-Royce et propulsé par son turbomoteur AE2100, contrôlé et intégré par Airbus avec une batterie de 2t. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans la technologie des batteries au cours des 10 dernières années, les batteries sont encore si lourdes qu'on ne peut pas s'attendre à ce que les avions électriques remplacent complètement les avions à combustible fossile dans un avenir proche. Ceci dit que de nos jours, les avions électriques alimentés par batterie ne sont une réalité que pour les petits avions, pas encore pour les vols long-courriers. Par exemple, l'eCaravan que nous avons présenté ci-dessus a une autonomie d'environ 100 miles, mais un Cessna Caravan turbo-propulsé avec le même poids de kérosène peut parcourir environ 1500 miles.
Néanmoins, on peut estimer qu'au cours des prochaines décennies, les innovations porteront le concept à une nouvelle échelle et briseront les barrières d'aujourd'hui. Nous sommes convaincus que la recherche d’avions électriques peut en effet conduire au développement de meilleures batteries pour les avions de ligne, ainsi que pour les autres secteurs technologiques. MagniX, par exemple, étudie actuellement d'autres technologies, notamment les batteries lithium-soufre et les piles à hydrogène. Cela étant dit, mettons la lumière sur l'hydrogène et les piles à combustible comme une autre technologie qui pourrait permettre une propulsion électrique long-courrier sans les limitations des batteries.
Pendant des décennies, la NASA a compté sur l'hydrogène gazeux comme carburant de fusée pour acheminer l'équipage et la cargaison dans l'espace. Et grâce à leurs véhicules de navette spatiale, l'agence a acquis une expérience significative dans la manutention de l'hydrogène. En fait, la NASA utilise l'hydrogène dans l'aérospatiale depuis les années 1960 de deux manières: comme pile à combustible et comme combustion. Aujourd'hui, il représente un pas de géant dans la propulsion électrique comme voie vers un vol zéro émission.
Mais il ne faut pas oublier que les piles à hydrogène offrent une alternative aux batteries et non aux moteurs électriques. En effet, l'hydrogène remplace le besoin de batteries, car il est directement transformé en électricité grâce aux piles à combustible. Cette électricité est ensuite utilisée dans le moteur électrique. Les piles à hydrogène ne génèrent aucune émission, l'eau étant le seul sous-produit, ce qui est un atout majeur pour l'aviation propre dans son parcours de décarbonation.
En supprimant les batteries de l'équation grâce à la production directe d'électricité à partir d'hydrogène, le principal avantage des piles à combustible est de s'affranchir du problème de poids posé par les batteries lourdes. Au lieu de cela, seule une alternative légère pour le stockage temporaire est nécessaire, car les piles à combustible sont relativement légères et offrent un excellent rapport puissance / poids. Mais ils nécessitent beaucoup d'espace et le stockage et l'utilisation de l'hydrogène pose des défis uniques, en particulier à haute altitude. L'hydrogène peut être stocké physiquement sous forme de gaz ou de liquide. Le stockage de l'hydrogène sous forme de gaz nécessite généralement des réservoirs à haute pression (pression de réservoir de 350 à 700 bar [5 000 à 10 000 psi]). Le stockage de l'hydrogène sous forme liquide nécessite des températures cryogéniques car le point d'ébullition de l'hydrogène à une pression atmosphérique est de -252,8°C. En raison de sa facilité de fuite en tant que carburant gazeux, de son allumage à faible énergie, de sa large gamme de mélanges combustible-air, de sa flottabilité et de sa capacité à fragiliser les métaux, doivent être pris en compte pour assurer un fonctionnement sûr et les fabricants apprennent encore à gérer cette technologie.
Le 24 septembre 2020, Zero&Avia, le principal innovateur dans la décarbonisation de l'aviation commerciale, axé sur les solutions d'aviation à hydrogène électrique, a réalisé le premier vol au monde d'un avion de qualité commerciale alimenté par une pile à hydrogène. L’avion à six places Piper de classe M modernisé a terminé le roulage, le décollage, un circuit complet et l’atterrissage dans les installations de recherche et développement de la société à Cranfield, en Angleterre. Cette étape majeure sur la voie du vol commercial zéro émission fait partie du "projet HyFlyer", un programme de R&D séquentiel soutenu par le gouvernement britannique. Il vise à décarboner les petits avions de transport de passagers de moyenne portée en démontrant la technologie du groupe motopropulseur pour remplacer les moteurs à pistons conventionnels des avions à hélices. Cette réalisation comme la première étape vers la réalisation des possibilités de transformation du passage des combustibles fossiles à l'hydrogène zéro émission en tant que principale source d'énergie pour l'aviation commerciale. De plus, les avions à hydrogène pourraient correspondre aux distances de vol et à la charge utile de l'avion à combustible fossile actuel.
Comme nous l'avons déjà mentionné, le rapport puissance / poids des piles à hydrogène permet aux avions équipés de ce système de propulsion d'être éligibles aux voyages long-courriers. De plus, l'hydrogène présente également l'avantage d'être facilement accepté dans l'industrie aéronautique. Les infrastructures déjà existantes ont la capacité de se ravitailler et pourraient facilement être adaptées à l'hydrogène, alors que dans le cas de la propulsion électrique à batterie, les batteries nécessiteraient une transformation radicale de la chaîne de valeur de l'industrie. C'est pour cette raison qu'Airbus a décidé de travailler sur un avion propulsé à l'hydrogène zéro émission pour 2035. Dernièrement, la société a présenté des concepts hybrides utilisant des piles à hydrogène avec combustion d'hydrogène dans des moteurs à turbine à gaz modifiés.
En effet, le fait qu'il n'y ait pas d'expérience du marché de masse jusqu'à présent, ainsi que la difficulté d'obtenir de l'hydrogène vert et de le stocker sont les principaux inconvénients, mais solution de propulsion hydrogène-électrique zéro émission pour l'aviation, ciblant initialement les liaisons de vols allant jusqu'à 500 milles et plus, espérons-le, ont de nombreux arguments pertinents en sa faveur pour les futurs vols long-courriers.
Une autre chose importante à garder à l'esprit est l'aspect politique de cette transition. Comme nous le savons, la Commission européenne encourage le développement de l'hydrogène vert, notamment pour compenser son écart croissant dans la fabrication de batteries. Ce faisant, les pays de l'UE se positionnent stratégiquement parmi les futurs marchés de l'énergie. Heureusement, l'industrie aéronautique peut compter sur un soutien fort pour le développement de ce secteur, avec des aides gouvernementales (France, Norvège, Royaume-Uni, Allemagne) et des investissements à grande échelle d'acteurs mondiaux tels qu'Air Liquide et Engie.
Cela dit, l'hydrogène se positionne à la fois comme un complément et une alternative aux batteries. L’aviation aura besoin de ces technologies pour coexister afin de réduire considérablement l’impact environnemental de l’industrie. Le niveau de maturité de nombreuses innovations technologiques pro-environnementales que nous avons évoquées ci-dessus, ainsi que la forte volonté politique permettent à l'industrie aéronautique de compter sur les pionniers de l'industrie pour continuer à faire tomber les barrières grâce à la propulsion électrique et aux piles à combustible. Grâce à l'innovation, à la synergie politique et à l'intention économique, une révolution technologique durable pourrait prendre de l'ampleur dans l'industrie aéronautique.
Président de l'association
