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L'hydrogène, piste privilégiée pour voler sans polluer

De l'hydrogène à la place du kérosène. Alors que constructeurs et compagnies aériennes se sont engagés à diviser par deux d'ici 2050 leurs émissions de CO2, le recours à ce gaz doit être la priorité pour la ministre de la transition écologique. Un défi majeur pour l'industrie aéronautique. Pour Eric Trappier, président du groupement des industries aéronautiques et spatiales (Gifas), c'est "ambitieux mais faisable".

Le gouvernement veut accélérer la transition énergétique du secteur, alors que l'aéronautique traverse une crise sans précédent due à la pandémie.

Quelque 1,5 milliard d'euros de financement public seront consacrés dans les trois prochaines années à la recherche et au développement dans le but de "parvenir à un avion neutre en carbone en 2035", a annoncé le ministre français de l'Economie Bruno Le Maire, en présentant à Bercy le plan de soutien de 15 milliards d'euros au secteur, ce mardi.

"C'est une accélération de 10 ans par rapport aux objectifs initiaux de la filière. Cela nous permettra de fixer les nouveaux standards mondiaux de l'avion bas carbone", a estimé la ministre de la Transition écologique Élisabeth Borne, lors de cette présentation.

Plusieurs ruptures technologiques potentielles

Les compagnies aériennes et les constructeurs d'avion se sont engagés à diviser par deux en 2050 leurs émissions par rapport à 2005. Outre les gains que peuvent apporter des matériaux allégés, les biocarburants ou carburants synthétiques, les constructeurs planchent sur plusieurs ruptures technologiques potentielles. Airbus a dévoilé en février 2020 le projet Maveric, un modèle réduit d'aile volante qui a selon lui "le potentiel pour réduire jusqu'à 20% la consommation de carburant par rapport aux avions monocouloirs actuels".

"Le successeur de l'A320 doit être à très faible émission de CO2"

De son côté, la ministre de la Transition écologique Elisabeth Borne, sur l'antenne de BFM Business ce mardi, a souligné que "le successeur de l'A320 doit être un avion à très faible émission carbone avec des technologies comme l'hydrogène". Selon la ministre de la transition écologique, "à terme et le plus vite possible, le bon vecteur énergétique est l'hydrogène".

Un constat partagé par certains industriels de l'aéronautique. "L'aviation électrique passera par l'hydrogène. D'ailleurs la flotte de petits avions est vieillissante et son renouvellement passera par là", a précisé mi-2019 Olivier Savin, directeur technique système chez Dassault Aviation au magazine TourMag. Il ajoutait aussi que si l'hydrogène est utilisée "comme combustible dans les turbines pour assurer la propulsion de l'appareil, il faudrait alors développer de nouveaux appareils".

"La maîtrise d'un avion à hydrogène est une piste sérieuse"

Pour Éric Trappier, président du groupement des industries aéronautiques et spatiales (Gifas), "la maîtrise d'un avion à hydrogène est une piste sérieuse pour l'aviation commerciale et l'aviation en général, avec un peu plus d'électrique bien sûr, et un avion toujours plus numérique, toujours plus connecté, qui permettra l'optimisation des trajectoires, qui elle aussi contribuera à la baisse de l'empreinte carbone. C'est ambitieux mais faisable".

"Je crois qu'en matière environnementale, si on ne se met pas tout de suite dans une grande ambition, on aura peu de chances d'influer sur la manière dont les technologies pourront faire voler les avions beaucoup plus décarbonés" ajoute celui qui est aussi PDG de Dassault Aviation.

Un premier vol d'avion à pile à combustible en 2008

Historiquement, la technologie des avions à hydrogène dotés d'une pile à combustible a vu le jour en 2008 avec un premier vol piloté testé par Boeing. Il s'agissait d'un planeur à moteur biplace.

Un des atouts de la pile à combustible dans l'aviation est son poids. Ce que les experts appellent sa masse utile est nettement inférieure à celle des batteries lithium-ion dont l'autonomie est, de surcroît, trop limité pour faire voler un avion commercial. D'ailleurs, Airbus et Rolls-Royce ont mis fin, en pleine crise sanitaire, à leur partenariat visant à développer un démonstrateur de moteur hybride-électrique (cf encadré ci-dessous).

Mais les cellules d’hydrogène actuelles n’ont pas encore la densité d’énergie nécessaire pour alimenter à elle seule un avion sans l’alourdir de manière rédhibitoire. Se pose aussi la question de la sécurité du stockage de l'hydrogène embarqué à bord de l'aéronef, qui exige des réservoirs à très haute sécurité, l'option d'un stockage cryogénique (à une température de -257°C) étant encore sujette à caution.

Dans l'immédiat, chez Safran on estime que la pile à combustible est prête pour des usages nécessitant des puissances électriques peu élevées (divertissement, restauration à bord, etc.). "À terme, on peut envisager son utilisation pour des besoins électriques plus importants et plus critiques, comme le système d'urgence, qui fournit de l'énergie en cas de dysfonctionnement des moteurs, ou encore le démarrage électrique de ces derniers au sol, dans une configuration hybride, en complément de l'APU" (Auxiliary Power Unit, ou groupe auxiliaire de puissance), explique le motoriste.

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- © Une société singapourienne HES développe un avion propulsé par une pile à combustible, ElementOne, dont le premier prototype doit voir le jour en 2025.

En Asie, HES Energy Systems, entreprise originaire de Singapour, travaille actuellement sur le projet Element One (cf illustration ci-dessus) qui pourra transporter jusqu'à quatre passagers sur des distances variant de 500 à 5.000 km. Le premier prototype de cet appareil devrait voir le jour en 2025. 

Outre les industriels de l'aéronautique engagés dans la filière de la pile à combustible à hydrogène, certaines start-up de l'aéronautique se sont lancées dans cette nouvelle aventure industrielle. C'est le cas de ZeroAvia qui cherche à utiliser des piles à combustible (utilisant l'hydrogène) pour développer de petits aéronefs 100% électrique sur des vols de moins de 800 km. Elle doit réaliser de premiers vols d'essai en 2020 à partir d'un avion modifié de six places, de type Piper Malibu Mirage, en Californie. 

airbus et rolls-royce renoncent au moteur d'avion hybride électrique

Airbus et le motoriste britannique Rolls-Royce ont mis fin en avril dernier, en pleine crise sanitaire, à un partenariat visant à développer un démonstrateur de moteur hybride-électrique, l'E-Fan X, conséquence de l'impact de l'épidémie de coronavirus sur le secteur aéronautique.

Lancé en 2017, ce projet visait à faire voler en 2020 un démonstrateur -sorte de pré-prototype destiné à prouver la faisabilité d'un concept- pour contribuer à réduire l'empreinte carbone du transport aérien.

"Mais la décarbonisation de l'industrie aéronautique n'est pas une mince affaire. Pour y parvenir, nous devons recentrer tous nos efforts sur les briques technologiques qui nous y mèneront. C'est pour cette raison qu'Airbus et Rolls Royce ont décidé conjointement de mettre un terme au démonstrateur E-Fan X", a précisé Grazia Vittadini, directrice technologique d'Airbus, sur le site internet de l'avionneur européen.

Frédéric Bergé