Les avions électriques arrivent :les vols régionaux pourraient fonctionner sur batteries dans quelques années

Les avions électriques peuvent sembler futuristes, mais ils ne sont pas si loin, du moins pour de courts trajets.

Les Velis Electros biplaces sont déjà bourdonnant tranquillement à travers l'Europe, avions de mer électriques sont testés en Colombie-Britannique et des avions plus gros arrivent. AirCanada annoncé en septembre.Le 15 décembre 2022, elle achèterait 30 avions régionaux hybrides électriques à la société suédoise Heart Aerospace, qui prévoit de mettre en service son avion de 30 places d'ici 2028.Analystes aux États-UnisLe National Renewable Energy Lab note que le premier hybride électrique de 50 à 70 places avion de banlieue pourrait être prêt peu de temps après.Dans les années 2030, disent-ils, l’aviation électrique pourrait réellement décoller.

C’est important pour gérer le changement climatique.Aujourd’hui, environ 3 % des émissions mondiales proviennent de l’aviation, et avec l’augmentation attendue du nombre de passagers et de vols à mesure que la population augmente, l’aviation pourrait produire trois à cinq fois plus émissions de dioxyde de carbone d’ici 2050 qu’avant la pandémie de COVID-19.

Ingénieur aérospatial et professeur adjoint Gökçin Çınar développe des concepts d'aviation durables, notamment des avions hybrides électriques et des alternatives à l'hydrogène, à l'Université du Michigan.Nous lui avons posé des questions sur les principaux moyens de réduire les émissions de l’aviation aujourd’hui et sur la direction que prennent les technologies comme l’électrification et l’hydrogène.

Pourquoi l’aviation est-elle si difficile à électrifier ?

Les avions font partie des véhicules les plus complexes, mais le plus gros problème pour les électrifier est le poids de la batterie.

Si vous essayiez d’électrifier entièrement un 737 avec les batteries actuelles, vous devriez retirer tous les passagers et le fret et remplir cet espace de batteries juste pour voler pendant moins d’une heure.

Le carburéacteur peut contenir environ 50 fois plus d’énergie que les batteries par unité de masse.Ainsi, vous pouvez avoir 1 livre de carburéacteur ou 50 livres de batteries.Pour combler cet écart, nous devons soit alléger les batteries lithium-ion, soit développer de nouvelles batteries contenant plus d’énergie.De nouvelles batteries sont en cours de développement, mais elles ne sont pas encore prêtes pour les avions.

Un alternative électrique ce sont des hybrides.

Même si nous ne parvenons peut-être pas à électrifier entièrement un 737, nous pouvons tirer certains avantages de la consommation de carburant des batteries des plus gros jets en utilisant des systèmes de propulsion hybrides.Nous essayons d’y parvenir à court terme, avec un objectif 2030-2035 pour les petits avions régionaux.Moins on brûle de carburant pendant le vol, moins il y a d’émissions de gaz à effet de serre.

Comment l’aviation hybride contribue-t-elle à réduire les émissions ?

Les avions électriques hybrides sont similaires aux voitures électriques hybrides dans la mesure où ils utilisent une combinaison de batteries et de carburants d’aviation.Le problème est qu’aucune autre industrie n’a de telles limitations de poids que celles que nous avons dans l’industrie aérospatiale.

C’est pourquoi nous devons être très intelligents quant à la manière et au degré d’hybridation du système de propulsion.

L’utilisation de batteries comme assistance électrique lors du décollage et de la montée est une option très prometteuse.Rouler jusqu'à la piste en utilisant uniquement de l'énergie électrique pourrait également permettre d'économiser une quantité importante de carburant et de réduire les émissions locales dans les aéroports.Il existe un juste équilibre entre le poids supplémentaire de la batterie et la quantité d’électricité que vous pouvez utiliser pour obtenir des avantages nets en termes de carburant.Ce problème d'optimisation est au centre de mes recherches.

Les hybrides consommeraient toujours du carburant pendant le vol, mais cela pourrait être considérablement moins important que de simplement compter uniquement sur le carburéacteur.

Je considère l’hybridation comme une option à moyen terme pour les gros avions à réaction, mais comme une solution à court terme pour les avions régionaux.

De 2030 à 2035, nous nous concentrons sur les turbopropulseurs hybrides, généralement des avions régionaux transportant 50 à 80 passagers ou utilisés pour le fret.Ces hybrides pourraient réduire la consommation de carburant d'environ 10 %.

Avec les hybrides électriques, les compagnies aériennes pourraient aussi utiliser davantage les aéroports régionaux, réduisant ainsi la congestion et le temps que les gros avions passent au ralenti sur la piste.

Qu’attendez-vous à court terme de l’aviation durable ?

À court terme, nous verrons une plus grande utilisation des carburants d’aviation durables, ou SAF.Avec les moteurs d’aujourd’hui, vous pouvez vider du carburant d’aviation durable dans le même réservoir de carburant et le brûler.Carburants fabriqués à partir de maïs, graines oléagineuses, algues et d'autres graisses sont déjà utilisées.

Les carburants d’aviation durables peuvent réduire les émissions nettes de dioxyde de carbone d’un avion d'environ 80%, mais l’offre est limitée et l’utilisation accrue de biomasse comme carburant pourrait concurrencer la production alimentaire et conduire à la déforestation.

Une deuxième option consiste à utiliser des carburants d’aviation synthétiques durables, ce qui implique de capturer le carbone de l’air ou d’autres processus industriels et de le synthétiser avec de l’hydrogène.Mais il s’agit d’un processus complexe et coûteux, et sa production n’est pas encore réalisée à grande échelle.

Les compagnies aériennes peuvent également optimiser leurs opérations à court terme, comme planification d'itinéraire pour éviter de piloter des avions presque vides.Cela peut également réduire les émissions.

L’hydrogène est-il une option pour l’aviation ?

Le carburant hydrogène existe depuis très longtemps, et quand il est hydrogène vert – produit avec de l’eau et une électrolyse alimentée par des énergies renouvelables – il ne produit pas de dioxyde de carbone.Elle peut également contenir plus d’énergie par unité de masse que les batteries.

Il existe deux manières d’utiliser l’hydrogène dans un avion :soit à la place du carburéacteur ordinaire dans un moteur, soit en combinaison avec de l'oxygène pour alimenter des piles à combustible à hydrogène, qui génèrent ensuite de l'électricité pour alimenter l'avion.

Le problème est le volume : l’hydrogène gazeux prend beaucoup de place.C’est pourquoi les ingénieurs étudient des méthodes telles que le garder très frais afin qu’il puisse être stocké sous forme liquide jusqu’à ce qu’il soit brûlé sous forme de gaz.Il prend encore plus de place que le carburéacteur, et les réservoirs de stockage sont lourds, donc la manière de le stocker, de le manipuler ou de le distribuer à bord des avions est encore en cours d'élaboration.

Airbus mène de nombreuses recherches sur la combustion de l'hydrogène en utilisant des moteurs à turbine à gaz modifiés avec une plate-forme A380, et visant à disposer d’une technologie mature d’ici 2025.La compagnie aérienne australienne Rex prévoit de démarrer tester un avion électrique à hydrogène de 34 places pour des sauts courts dans les prochaines années.

En raison de la diversité des options, je considère l’hydrogène comme l’une des technologies clés pour une aviation durable.

Ces technologies pourront-elles répondre aux objectifs de réduction des émissions de l’industrie aéronautique ?

Le problème des émissions de l’aviation ne réside pas dans leurs niveaux actuels, mais dans la crainte que leurs émissions augmentent rapidement à mesure que la demande augmente.D’ici 2050, l’aviation pourrait émettre trois à cinq fois plus de dioxyde de carbone qu’avant la pandémie.

Le Organisation de l'aviation civile internationale, une agence des Nations Unies, définit généralement les objectifs de l’industrie, en examinant ce qui est réalisable et comment l’aviation peut repousser les limites.

Son objectif à long terme est de réduire les émissions nettes de dioxyde de carbone de 50 % d’ici 2050 par rapport aux niveaux de 2005.Pour y parvenir, il faudra un mélange de différentes technologies et une optimisation.Je ne sais pas si nous pourrons l’atteindre d’ici 2050, mais je crois que nous devons faire tout notre possible pour rendre l’aviation future respectueuse de l’environnement.