Plus d’avions, moins de pollution, l’incroyable pari de l’aéronautique

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(Crédits : © 2009 Thomson Reuters)
Ce jeudi, au Salon du Bourget, la journée sera consacrée à l'environnement. Depuis l'ouverture du Salon, de nombreuses innovations sont présentés par les industriels français à la pointe de la recherche pour une aéronautique propre et durable. Le transport aérien qui génère seulement entre 2 et 3% des émissions de dioxyde de carbone d'origine humaine n'est pas concerné par la COP21. Mais malgré l'explosion à venir du trafic et du nombre d'avions, il s'engage pourtant à réduire de moitié ses émissions d'ici 2050.

La lutte contre le réchauffement climatique est l'un des temps forts du 51ème salon du Bourget. Alors que les industriels français de l'aéronautique présentent sur le pavillon du Corac, le conseil pour la recherche aéronautique civile, de nombreuses innovations permettant de réduire les émissions de CO2 de l'aviation,  l'ensemble de la journée de ce jeudi sera consacré au développement durable avec une réunion du Corac qui tracera sa feuille de route en termes de recherche pour les prochaines années, en présence de Laurent Fabius ministre des affaires étrangères et de Ségolène Royal ministre de l'Ecologie, du développement durable et de l'énergie.

Cop21 en France

Une présence politique destinée à mettre en lumière la conférence mondiale sur le climat COP21 qui se tiendra en décembre prochain à Paris et que présidera Laurent Fabius. Il s'agira de présenter «toutes les mesures que prend la filière aéronautique en faveur du climat », explique Marwan Lahoud, président du Gifas et directeur général délégué d'Airbus Group, qui cite l'exemple d'Airbus Group, dont « 80% de la recherche-développement est orientée vers des mesures éco-efficaces », pour illustrer la mobilisation des industriels de l'aéronautique pour la lutte contre les émissions.

2 à 3% des émissions

Pour autant, malgré ce coup de projecteur, le transport aérien n'est pas concerné par la COP21. Ce secteur qui génère entre 2 et 3% des émissions de dioxyde de carbone (CO2) d'origine humaine a en effet été exclu du protocole de Kyoto, entré en vigueur en 2005. La problématique du développement durable de l'aviation est traitée au sein de l'OACI, l'organisation internationale de l'aviation civile, qui régit le transport aérien. Aussi, pour les transporteurs, l'année cruciale pour la lutte contre les émissions de CO2 ne sera pas 2015 mais plutôt 2016 avec l'assemblée générale de l'OACI. Celle-ci va en effet tenter d'arracher un accord au niveau mondial sur des mesures à prendre pour réduire l'empreinte carbone du transport aérien, non pas par la taxation comme a tenté de le faire de manière isolée Bruxelles en intégrant en 2012 l'aviation dans son système d'échanges de quotas d'émissions (ETS ou Emissions trading scheme), mais par un système de compensations poussant, par exemple, les compagnies à financer des programmes de reforestation au prorata de leur volume d'émissions de CO2, ou à s'engager à utiliser des biocarburants Appelé MBM (Market based measures), ce système s'appliquerait à toutes les compagnies aériennes et permettrait, en cas d'accord bien, d'éviter les violentes crises diplomatiques observées lors de la mise en vigueur de l'ETS européen. Ce dernier avait en effet soulevé l'ire d'un grand nombre de pays tiers, hostiles à cette mesure unilatérale contraire aux règles internationales du transport aérien.

Certains pays avaient pris des mesures de représailles à l'encontre de l'Europe. Pékin avait par exemple gelé des commandes d'Airbus. Ce système d'ETS ne convenait pas non plus aux compagnies européennes qui déploraient une distorsion de concurrence avec les transporteurs non communautaires. Au final, Bruxelles a suspendu cette mesure pour les vols internationaux le temps que l'OACI trouve une solution au niveau mondial, et ne l'a maintenu que pour les vols intra-européens.

Plafonner les émissions dès 2020

Définir des mesures de marché au niveau mondial est l'un des grands dossiers identifiés par l'industrie du transport aérien pour lutter contre le réchauffement climatique. Il n'est pas le seul. Au-delà d'un système de compensation, les compagnies aériennes veulent aller beaucoup plus loin en inversant la courbe de leurs émissions de CO2 en dépit de la spectaculaire hausse du trafic aérien.

Elles se sont engagées sur des objectifs chiffrés très ambitieux (c'est d'ailleurs le seul secteur a l'avoir fait). L'association internationale du transport aérien (Iata) entend en effet stabiliser les émissions de CO2 du secteur d'ici à 2020, puis les baisser de 50% d'ici à 2050 par rapport à 2005. Des objectifs d'autant plus ambitieux que le trafic aérien ne cesse de croître à un rythme effréné. Avec une croissance du trafic estimée par tous les acteurs du secteur à environ 5% par an, il double en effet tous les 15 ans. Il devrait s'élever à 7 milliards de passagers d'ici à 2032, et peut être 16 milliards en 2050, contre 3,4 milliards en 2014 et 1,5 milliard en 2003. De facto, le nombre d'avions dans le ciel augmente à vue d'œil. La flotte mondiale, qui comptait en 2014 plus de  23.000 appareils, et devrait atteindre près de 45.000 appareils en 2034, selon Boeing.

3 litres au 100 kilomètres par siège

De quoi annihiler l'extraordinaire baisse de la consommation des avions, qui a déjà chuté de 75% depuis les années 50-60, à trois litres aux kilomètres par passager. Du coup, les objectifs des compagnies aériennes interpellent : réduire de 50% les émissions de CO2 ne constitue-t-il pas un vœu pieux ?

« C'est un bel objectif, très ambitieux », reconnaît un industriel de l'énergie. « Sera-t-on en 2050 sur une réduction des émissions de 50, 40 ou 30%, je ne sais pas », indique-t-il. En tout cas, ce dernier reste confiant sur la capacité du secteur d'inverser de manière significative la courbe des émissions du transport aérien. Les compagnies aériennes n'ont pas le choix. Elles sont obligées de s'engager dans cette voie pour non seulement éviter de courir le risque d'une taxation à outrance qui risquerait de renchérir le prix du billet et casser la croissance du trafic, mais aussi pour rendre acceptable tous les investissements aéroportuaires dont elles ont besoin pour croître.

«La réduction des émissions constitue un peu leur droit de croître. C'est le seul moyen de rendre le transport aérien acceptable et d'éviter que les compagnies passent pour le vilain petit canard», fait remarquer un observateur.

Surtout que, comme l'explique Daniel Gaffié, spécialiste de la propulsion aéronautique à l'Onera, le centre français de R/T en aéronautique, défense et espace, « l'on s'attend à un durcissement de la réglementation vis-à-vis des particules de suie, un polluant majeur à l'origine de la formation des traînées de condensation qui contribue au réchauffement climatique global et affecte la qualité de l'air en zone aéroportuaire »

Reste que, pour atteindre les objectifs ou s'en rapprocher, il faudra que tous les astres soient alignés. Autrement dit que tous les leviers possibles soient actionnés tant sur le plan des opérations des compagnies aériennes, que sur celui de la gestion du trafic aérien et des performances des avions avec des moteurs plus sobres et des équipements plus légers, sans oublier, la substitution de tout ou partie du kérosène par une un carburant ou une énergie moins polluante.

A la recherche du « vol parfait »

En ce sens, les travaux sur le « vol parfait », que mènent Airbus et plusieurs compagnies aériennes sont très encourageants. Comme le précise l'avionneur, un «vol parfait » est un vol commercial combinant toutes les meilleures pratiques connues à ce jour, notamment « l'exploitation d'appareils économes en carburant, l'utilisation de carburants alternatifs durables et la mise en place d'un système de gestion du trafic aérien rationalisé, ainsi que des opérations au sol et en vol optimisées ». En 2012, un « vol parfait » réalisé avec un A319 en Amérique du Nord a permis en effet à Air Canada de réduire de 40% les émissions de CO2 par rapport à un vol standard.

Seulement trois ans plus tard, les résultats seraient bien plus spectaculaires avec l'avancée de la recherche. Les sources d'économies de pétrole sont en effet multiples. Qu'il s'agisse d'ipads pour contenir l'énorme documentation de vol des pilotes, d'« electric  taxiing » -ces petits moteur électrique placés sur les trains d'atterrissage pour diriger l'avion sur les taxiways des aéroports et éviter l'usage des réacteurs-, d'optimisation par les pilotes de l'emport de carburant, des descentes des vols continues et non par palier beaucoup plus consommatrices de carburant...,  le potentiel de mesures opérationnelles sont en effet nombreuses pour économiser du kérosène.

Trois sauts technologiques majeurs

Pour autant, l'essentiel des progrès passera par des sauts technologiques significatifs sur d'autres leviers structurels. Trois sont majeurs : la gestion du trafic aérien, le développement d'avions et de moteurs plus performants, et le développement de biocarburants. Des efforts qui nécessitent des investissements colossaux de la part des industriels de l'aéronautique, des pétroliers, mais aussi de la recherche, tant publique que privée.

La modernisation des services de navigation aérienne est un sujet clé pour l'ensemble des pays. Aux Etats-Unis, en Europe, en Chine, au Japon...partout dans le monde, les Etats veulent non seulement améliorer la sécurité des vols mais aussi augmenter la capacité de l'espace aérien.  Objectif : absorber la croissance du trafic et réduire les retards des vols, dont chaque minute supplémentaire gaspille des dizaines de litres de kérosène. L'idée est donc d'optimiser les routes aériennes en réalisant des trajectoires plus directes et en partageant mieux le ciel avec les militaires.

Aux Etats-Unis, c'est tout le sens du programme de modernisation du contrôle aérien Next-Gen, en cours de déploiement. En Europe, c'est  l'objectif du projet de ciel unique qui vise à harmoniser l'espace aérien européen aujourd'hui fragmenté en multitudes de centres de contrôle. Ce projet, qui s'appuie sur le volet technologique du programme Sesar, permettrait de réduire les émissions de CO2 de 10% en Europe. Pour autant, si la modernisation des outils des contrôleurs est en cours de déploiement, malgré les réticences d'une partie des contrôleurs, le projet de ciel unique européen est au point mort en raison de divergences entre pays. D'où l'appel de certains membres de la Commission de passer directement l'implémentation des nouveaux outils avant d'envisager le ciel unique.

Des avions plus performants

Autre levier fondamental pour réduire les émissions, l'utilisation d'avions récents. Au cours des prochaines années, la composition des flottes va profondément changer avec l'arrivée en masse d'appareils moins gourmands en kérosène. En service depuis fin 2012, le Boeing 787, qui consomme 20% de moins que les biréacteurs long-courriers de la génération précédente, est désormais produit au rythme de 120 unités par an. Un rythme que devrait atteindre en 2017 Airbus avec son dernier-né, l'A350, un biréacteur de 290 à 360 sièges. S'ajouteront les versions remotorisées de l'A330 (l'A330 Neo), dont la mise en service est prévue en 2017, puis la nouvelle génération de B777 (B7779X et 8X), à partir de 2020, et peut être un jour une version remotorisée et allongée de l'A380. Tous ces avions consommeront près de 2  litres au 100 kilomètres par passager. Sur le moyen-courrier, l'arrivée sur le marché des versions remotorisées de l'A320 et du B737 (A320neo en 2015 et B737Max en 2017), entraîneront également une réduction de la consommation de carburant d'environ 15%.

Open rotor?

Mais, si les choix technologiques à l'horizon 2030-2040 sont connus pour les gros-porteurs, rien n'est tranché sur les avions court et moyen-courriers qui commenceront à succéder aux A320neo et les B737Max quelque par dans les années 2030. Certes, l'aérodynamique sera améliorée pour réduire la trainée, les matériaux composites ou des alliages d'aluminium seront davantage utilisés, l'électricité également pour actionner les différents équipements à la place des circuits électriques, mais le choix de la voilure (aile laminaire ou pas) et de la motorisation n'est pas arrêté. Aujourd'hui, des avions équipés d'« open rotors » - deux moteurs à hélices de 4 mètres de diamètre situés à l'arrière de l'avion- constituent le choix le plus audacieux. Cette motorisation, sur laquelle travaille notamment Snecma (Safran) et General Electric, réunis au sein de leur coentreprise CFM International, permettrait de réduire la consommation de carburant de 25% par rapport au moteurs CFM56 d'aujourd'hui.

Demain, l'avion électrique ou bien les biocarburants ?

Et après ? Alors que tous les yeux sont rivés sur le le tour du monde de Solar Impulse, les chances de voir des avions solaires transporter des passagers en masse d'ici 2050 restent extrêmement faibles. Focalisant lui aussi l'attention, l'avion électrique a plus de chance de voir le jour. Pour des appareils de petite taille, il présente aujourd'hui le potentiel d'amélioration le plus important. Airbus Group, qui a effectué en 2014 le premier vol de l'E-Fan, un petit biplace mû par des batteries au lithium-ion-polymère prévu en 2017, travaille sur un projet d'avion régional électrique de 100 places pour 2030. Certains experts jugent plutôt crédible d'imaginer un tel appareil volant sur des distances de 1.000 kilomètres d'ici à 2050. On en est encore très loin. L'un des gros enjeux se situe au niveau du stockage de l'énergie et de sa distribution vers les organes propulsifs. Tout dépendra donc de la capacité des fabricants à mettre au point des batteries électriques disposant d'une capacité de stockage par kilo multipliée par dix pour faire décoller et voler un avion commercial. Très compliqué !

Aussi, comme le rappelle Philippe Boisseau, directeur général marketing & Services de Total, « sauf révolution majeure, le kérosène sera toujours le principal carburant en 2050 ». L'objectif sera donc de le rendre le bio en développant des biocarburants pour l'aviation qui respectent les mêmes spécificités que le jetfuel.

Les producteurs de pétrole ont donc un rôle fondamental à jouer dans le développement d'un biocarburant pour l'aviation. L'an prochain, lors de son assemblée générale, l'OACI devrait faire des recommandations pour la mise en place de mesures de marché de biocarburant pour 2020.

Pour autant, la route est longue. L'histoire des biocarburants n'en est qu'à ses débuts. « Il n'y a pas de marché aujourd'hui, nous sommes dans une phase de démonstration d'un carburant alternatif au jet-fuel », explique un expert du secteur. L'objectif est donc de créer ce marché et démontrer que cela fonctionne. «Pour l'heure, explique Mickaël Sicard, chimiste expert carburants aéronautique à l'Onera, seuls trois biocarburants certifiés par l'organisme international ASTM (valable sur tous les avions et partout dans le monde), ont un impact favorable sur les émissions de CO2 : les BtL (pour biomass to liquid) qui vise à transformer de la biomasse en carburant par le procédé Fischer-Tropsch ; les HEFA  obtenus à partir d'huiles d'origines végétale ou animale ; et le Farnesane de Total et de la société Amyris qui se base sur l'utilisation du sucre ».

Tous ces biocarburants sont mélangés à du kérosène Jet A-1 à hauteur de 50% pour les BtL et les HEFA, et à 10% pour le Farnesane, mais le taux d'incorporation de ce dernier peut grimper à 20% dit-on chez Total. Surtout, en le mélangeant à un autre biocarburant sur lequel travaille le groupe français pour la prochaine décennie, à base de sucre cellulosique, le taux d'incorporation pourrait grimper à 40%. « L'objectif de toutes ces filières n'est pas de remplacer entièrement le kérosène », explique un expert. Selon lui, les biocarburants pourraient représenter 45% de la consommation en 2050.  Un bio-kérosène émettant 70% d'émissions en moins qu'un carburant d'origine fossile, les économies seraient en effet déjà spectaculaires.

Pour autant, pour imposer les biocarburants, les industriels doivent en réduire le coût. Ce dernier reste le principal obstacle au développement des bio-fuels. Les  coûts de production seraient aujourd'hui entre trois et dix fois supérieurs (voire plus) que le kérosène. Mais une production de masse réduirait cet écart. Total par exemple espère afficher d'ici une dizaine d'années un prix de son bio-jet proche de celui du kérosène.

Mais avant de produire en masse, les pétroliers doivent au préalable convaincre que leur produit fonctionne en toute sécurité. D'où la multiplication d'expérience de vol avec des bio-jet-fuel, comme le fait Air France dont un A320 effectue chaque semaine entre Paris et Toulouse un vol avec du farnesane.

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Commentaires
a écrit le 19/06/2015 à 1:41 :
Et tout ce long article sans aucune mention du CSeries présenté en primeur au Bourget
a écrit le 18/06/2015 à 12:53 :
L'aile laminaire ? Déjà développé dans les années 50 par la NACA (ancêtre de la NASA) et
l'ONERA (j'y ai travaillé !). Open rotor ? Tiens c'est bien l'avion à hélice, comme celui de Louis
Blériot il y a 116 ans ! L'électricité pour remplacer les circuits électriques ? Ce ne serait pas plutôt
la fibre optique pour remplacer le cable pour les réseaux de communication embarqués ( ARINC
664, MIL 773).

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