L’avion de demain sera-t-il un avion électrique ?

Dans la continuité des tables rondes s’étant tenues lors du Paris Air Forum, la lutte contre le réchauffement climatique a été l’un des temps fort du 51^ième salon du Bourget (Paris Air Show). L’avion volant à l’énergie solaire, Solar Impulse, a beaucoup fait parler de lui même si un développement des vols commerciaux n’est pas envisagé avant 2050. Fort de ce constat, l’avion électrique semble offrir de perspectives à plus courte échéance.

Avion tout électrique et avion plus électrique

Aujourd’hui, l’avion électrique cache deux domaines qui sont radicalement différents. Celui de l’avion tout électrique qui concerne les tout petits avions, ceux qu’on appelle les petits avions de l’aviation générale, et celui des avions plus électriques qui concerne les avions de transport de passagers.

L’avion plus électrique

Avec le lancement il y a 7 ans du programme Clean Sky par l’Union Européenne, le développement d’avions plus électriques a pris une part extrêmement importante dans la réduction de l’impact environnemental. L’avion plus électrique est en fait une suite d’innovations incrémentales. En effet, un certain nombre d’équipement, de moteurs, d’actuateurs sont remplacés par des moteurs électriques.

Ainsi, trois dispositifs peuvent être remplacés par ce nouveau dispositif pour faire des économies en énergie :

• Pour comprendre le premier, replongeons-nous dans l’utilisation de l’énergie produite par les turboréacteurs d’un avion pour chiffrer leur répartition d’énergie. Prenons le cas d’un moteur de type Airbus A330 qui produit une quarantaine de Mégawatts en poussée. Plus d’un Mégawatt est pris du moteur sous forme d’air comprimé à la sortie des compresseurs, qui sert d’une part à tout ce qui est environnement d’air dans l’avion et ensuite au dégivrage des ailes, réduisant sensiblement la puissance du moteur.
• Ensuite tous les actuateurs hydrauliques (tout ce qui va actionner les commandes de vol d’un avion) très énergivore utilisent des fluides nocifs pour l’environnement.
• Enfin, toute l’hydraulique qui concerne le train d’atterrissage qui consomme énormément et dont une installation a été dimensionnée uniquement pour ce dernier alors qu’il n’est utilisé qu’au décollage et à l’atterrissage.

Cependant, un autre avantage inhérent à l’implémentation de moteurs électriques est le gain de maintenance. En effet les installations hydrauliques représentent un regroupement important de fluides et de composants, fastidieux à remplacer.

Enfin, un dernier avantage. Avoir de l’énergie électrique et donc une source unique il est plus aisé de gérer la répartition de cette énergie : on peut diriger l’énergie vers le train d’atterrissage au décollage et à l’atterrissage et l’utiliser pour autre chose lors du vol.

Actuellement c’est le Boeing 787 qui est le plus électrique sur le marché. Comme tout système critique, Boeing a doublé le système de production d’énergie électrique dans le cas où l’un des dispositifs serait défaillant, tout en gardant un dispositif hydraulique par sécurité.

Cependant, l’herbe n’est pas toute verte, et l’utilisation électrique présente tout de même certains inconvénients. En effet, pour monter la puissance électrique d’un avion, il faut augmenter soit la tension, soit l’intensité (augmenter le courant n’est pas souvent envisagé car il s’associe à une surchauffe des composants). En prenant le parti d’augmenter la tension (270 Volts contre 28 normalement), Boeing s’expose à des claquages et est obligé d’augmenter le blindage du matériel. Cela se traduit naturellement par une perte d’un avantage à la mise en place d’un moteur électrique, à savoir le gain en masse.

L’avion tout électrique

Antoine Guigon, directeur prospective aérospatiale de l’ONERA affirme : « C’est à long terme ». En cela, il entend bien sur le développement de vols commerciaux d’une centaine de passagers embarqués à bord d’un avion tout électrique. Car en effet, de petits avions électriques existent déjà à l’image de l’E-FAN présenté en ouverture de salon Bourget 2015.

En attendant cette véritable rupture technologique permettant de transporter un nombre significatif de personnes (qui passe notamment par des batteries capables d’aller au-delà de 350 Wattheure par kilo, limite avancée par les experts utilisant la technologie actuelle), Antoine Guigon propose de passer par une étape indispensable qui est l’hybridation. En effet, les batteries offrent une puissance considérable qui peut être utilisée au décollage ou à l’atterrissage, mais elles devront être associées à d’autres sources pour assurer l’endurance. Ainsi, on peut envisager une association avec des piles à combustible (d’hydrogène par exemple) ou avec une énergie thermique donc à base de carburants fossiles.

Les grandes technologies clés pour pouvoir concevoir un avion électrique sont de plusieurs ordres :

• Une conception d’aéronef différente. Dans le domaine thermique, la mise en place de gros moteurs réduit la perte de rendement. Alors qu’en revanche, dans le domaine électrique, la multiplication des moteurs n’engendre pas cette baisse d’efficacité et permettent même, lorsqu’ils sont disposés sur toute la longueur d’une aile (40 petits moteurs électriques par exemple), de créer des effets aérodynamique qui augmente la portance de l’avion. Les américains (la NASA) testent le concept LEAPtech qui consiste en l’accumulation d’hélices (9 sur chaque aile) capable d’alimenter la sustentation de l’avion. En fractionnant les alimentations électriques, il est aussi possible de réduire la tension et les courants dont l’avion a besoin.
• Installer des capteurs de surveillance, des systèmes de contrôle, de surveillance multi moteurs pouvant servir notamment dans le cadre de la maintenance connectée.
• L’architecture des structures qui doit être modifiée en prenant en compte les différentes interactions électromagnétiques.

Le développement de ces avions tout électrique passera par des étapes clés de validation et de démonstration. La faisabilité technique, la sûreté de l’avion, la preuve de bon fonctionnement de l’équipement technique, la prise en compte le cycle de fabrication green de l’avion et bien sur les avantages économiques de l’implémentation d’un tel avion sont des aspects qui seront surveillés de près. En attendant ces démonstrations qui semblent lointaines, Boeing et Airbus sont bien décidés à travailler main dans la main pour rendre leurs avions plus électrique et réduire ainsi leur impact sur l’environnement.