Le prototype d'Alice d'Eviation. Ian Langsdon / EPA
Le gouvernement britannique envisage d'interdire la vente de nouvelles voitures à essence et diesel conventionnelles par 2040. De toute évidence, il est prévu que tous les citoyens conduisent des voitures électriques ou hybrides ou, mieux encore, des bicyclettes. Mais l'électrification peut-elle aider à réduire les émissions de cette autre forme de transport de passagers à forte intensité de carbone, le vol?
C'est une question complexe et où la taille compte. Il est possible que de petits aéronefs soient alimentés à l'électricité. En fait, plusieurs entreprises développent déjà de petits avions électriques et pourraient arriver sur le marché dans les prochains mois. les prochaines années.
Mais pour les gros aéronefs que nous utilisons tous plus fréquemment, il est peu probable que cela se produise de si tôt. Le problème n'est pas la technologie de propulsion mais le stockage d'énergie. Le carburéacteur contient environ X fois plus d'énergie par kilogramme que la batterie lithium-ion la plus avancée actuellement disponible.
L'Airbus A380, le plus grand avion de transport de passagers au monde, peut parcourir des kilomètres 600 à des passagers 15,000 en un seul vol. Mais, selon mes calculs, avec des batteries, il ne pourrait voler qu'un peu plus de 1,000. Même si tous les passagers et le fret étaient remplacés par des batteries, la portée serait toujours inférieure à 2,000. Pour conserver son autonomie actuelle, l'avion aurait besoin de batteries pesant 13 fois plus le poids de 30 que sa consommation de carburant actuelle, ce qui signifie qu'il ne pourrait jamais décoller.
Ce compromis est particulièrement pénalisant pour les vols long-courriers, car le carburant représente la moitié du poids de l'avion au décollage. De plus, un avion conventionnel devient plus léger à mesure que le carburant est consommé, mais un avion électrique devrait supporter le même poids de batterie pour tout le vol. Comme je l'ai dit, la taille compte.
Pour un avion léger de cinq à dix places, le carburant devrait représenter entre 10% et 20% du poids de l'avion. Le simple fait d'échanger le carburant contre des batteries peut encore réduire la distance parcourue par l'avion. Toutefois, le remplacement de deux ou trois passagers par des batteries supplémentaires donnerait une autonomie de kilomètres 500 à des kilomètres 750, par rapport à une autonomie de plus de 1,000 au carburant.
Premier modèle commercial
Cependant, il pourrait y avoir une autre option. Société israélienne Éviation a récemment révélé un prototype de ce qu'il prétend être le premier avion de transport de passagers entièrement électrique au monde. L’appareil, baptisé Alice, n’échange pas uniquement du carburéacteur pour des batteries, il s’agit d’un tout nouveau concept qui améliore la façon dont le système de propulsion est intégré à la cellule. Alice, qui transportera neuf passagers avec une autonomie de 1,000 km, devrait entrer en service en 2022.
Alice peut constituer une alternative pratique pour les petits trajets régionaux, mais pas pour la plupart des vols de passagers réguliers, même les vols court-courriers. Alors, comment l'électrification peut-elle aider ici? L'amélioration de la technologie de la batterie est une option. Une nouvelle technologie appelée batteries lithium-air peut théoriquement atteindre la même densité d'énergie que le carburéacteur. Cependant, ils sont encore au stade du laboratoire. Compte tenu de la nature extrêmement soucieuse de la sécurité du secteur de l’aviation, il est peu probable que les futurs aéronefs utilisent une technologie non éprouvée.
Ce que nous sommes plus susceptibles de voir pour les vols court-courriers au cours des prochaines années 20 à 30, ce sont les avions hybrides qui combinent les moteurs à double flux actuels avec de nouveaux systèmes à propulseur électrique. Ce système hybride plus flexible pourrait être optimisé pour fournir la forte poussée requise pour le décollage et la densité énergétique nécessaire pour une longue croisière.
Le hybride E-Fan X. Airbus
C’est un domaine qui est activement poursuivi dans le E-FanX Ce projet implique la collaboration entre Airbus, Rolls-Royce et Siemens pour développer un démonstrateur de vol à propulsion hybride-électrique. En utilisant un avion BAe 146, qui transporte généralement des passagers 100, ils prévoient de remplacer l’un des quatre réacteurs à turboréacteur Honeywell de l’appareil par un ventilateur à propulseur entraîné par un moteur électrique de deux mégawatts.
Au cours des phases initiales du projet, l'électricité sera effectivement fournie par une turbine à gaz Rolls-Royce AE2100 logée dans le fuselage de l'avion (corps principal). Mais le E-FanX restera une étape importante dans l'évolution de la technologie électrique hybride. Airbus dit il veut rendre cette technologie disponible pour les avions à sièges 100 par les 2030.
Il est également possible d'équiper un avion de plusieurs petits propulseurs électriques dans un système de propulsion dit distribué qui est plus efficace que les conceptions traditionnelles qui utilisent deux gros turboréacteurs. Cette idée peut être poussée plus loin en combinant le fuselage et les ailes séparés en un seul "corps d'aile mélangée”, Intégrant plus efficacement les propulseurs à la cellule dans une conception plus aérodynamique. Cela pourrait réduire la quantité d'énergie dont l'avion aurait besoin de 20%.
Mais ni l’un des deux principaux fabricants d’aéronefs au monde, Boeing ni Airbus, ne recherchent activement la technologie des ailes mixtes. Un changement de conception aussi important pose trop de problèmes techniques pour le rendre commercialement viable maintenant. Par exemple, la plupart des aéroports ne pourraient pas accueillir un avion à ailes combinées.
Pas d'alternative
Malheureusement, pour la plupart des vols que nous effectuons, il n’existe actuellement aucune solution de remplacement pratique aux turboréacteurs. Pour cette raison, les principaux constructeurs de moteurs d'avion investissent massivement dans l'amélioration de leur technologie de moteur actuelle. Association du transport aérien international estime que Chaque nouvelle génération d'aéronefs consomme en moyenne%% de moins de carburant que le modèle qu'elle remplace, et les compagnies aériennes investiront des milliards de dollars 20 dans de nouveaux avions au cours de la prochaine décennie.
Par exemple, le moteur le plus récent de Rolls-Royce, le Trent XWB qui alimente le nouveau Airbus A350, est commercialisé comme «le gros moteur d'avion le plus efficace au monde». Airbus affirme que le moteur aidera l'A350 à atteindre «25% de réduction des coûts d'exploitation, de la consommation de carburant et des émissions de CO₂ par rapport aux avions de la génération précédente».
La prochaine génération de moteur Rolls-Royce, le UltraFanTM, offrira une réduction supplémentaire de 20 à 25% de la consommation de carburant et des émissions de CO₂ et devrait entrer en service dans 2025.
Mais il convient de rappeler que l’aviation ne contribue actuellement que pour 2% à 3% des émissions mondiales de CO₂. Cela se compare à environ 30% à 35% pour l’ensemble du secteur des transports et à un autre 30% à 35% pour la production d’électricité.
Le nombre de passagers aériens est devrait doubler Au cours des deux prochaines décennies, les émissions totales le seront aussi, il est donc peu probable que l'aviation occupe une place plus importante dans le problème. Réduire les émissions de l'aviation de 20% par génération d'aéronefs pourrait ne pas constituer une amélioration durable. Mais si les avions hybrides deviennent une réalité, les vols pourraient réellement contribuer encore moins au total des émissions qu’aujourd’hui.
A propos de l'auteur
Duncan Walker, maître de conférences en aérodynamique appliquée, Université de Loughborough
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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