Aéronautique : les cinq grands défis à surmonter pour un avion à hydrogène en 2035

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Airbus a présenté en septembre un concept d'aile volante alimentée en hydrogène.
Airbus s'est fixé pour objectif de faire voler un avion à hydrogène d'ici à 2035. Pour y parvenir, l'avionneur européen devra relever plusieurs challenges : le coût de cette énergie, son stockage, l'évolution de l'architecture de l'avion et sa certification ainsi que les infrastructures nécessaires à proximité des aéroports. Revue en détails à l'occasion du Paris Air Forum 2020, organisé par La Tribune, avec Jean-Brice Dumont, vice-président en charge de l'ingénierie chez Airbus et président du Corac, Bruno Sainjon, président-directeur général de l'Onera et Pierre-Etienne Franc, vice-président de la branche d'activité mondiale Hydrogène énergie d'Air Liquide. Avec Jean-Brice Dumont, Executive Vice President, Head of Engineering chez Airbus et Président du CORAC, Bruno Sainjon, Président-directeur général de l'ONERA, Pierre-Etienne Franc, Vice-président de la branche d'activité mondiale Hydrogène énergie d'Air Liquide (Animé par Fabrice Gliszczynski, rédacteur en chef aéronautique civile / transports à La Tribune).

En plein débat sur la manière de réduire l'impact environnemental du transport aérien, Airbus a présenté le 21 septembre dernier trois concepts d'avion à hydrogène en promettant un avion d'au moins 100 places totalement décarboné d'ici à 2035. Ce projet entre en rupture complète avec l'innovation incrémentale des dernières décennies et pose un certains nombre de défis qui ont fait l'objet d'un débat à l'occasion du ParisAirForum, organisé par La Tribune.

Lire aussi : L'aviation peut-elle vraiment gagner la bataille du CO2? : ce que disent les acteurs de l'aérien au Paris Air Forum

Le stockage

"Pour l'avion à hydrogène, le stockage est le premier sujet, estime Jean-Brice Dumont, vice-président en charge de l'ingénierie chez Airbus et président du Corac. La technologie retenue est celle d'un réservoir à double peau qui permet d'isoler assez parfaitement l'hydrogène et de le garder à une température très froide pendant une longue durée. L'hydrogène est beaucoup plus léger que le kérosène mais est trois à quatre fois plus volumineux, y compris dans sa phase liquide. Ce qui nous amène à envisager des réservoir plus gros."

Au-delà des réservoirs adaptés de l'avion, la problématique de stockage de l'hydrogène se pose aussi pour les aéroports.

"Sur un aéroport régional, si l'on considère que dans un premier temps il y aura 10 à 15% de la flotte qui va circuler sur ce type de motorisation, nous aurons besoin de produire dix tonnes pas jour d'hydrogène liquide et donc de stocker 150 tonnes", évalue Pierre-Etienne Franc, vice-président de la branche d'activité mondiale Hydrogène énergie d'Air Liquide.

Pour autant l'industriel, ne considère pas ce volume comme inatteignable. "Ce n'est pas forcément un problème. 150 tonnes, c'est ce que nous arrivons déjà à stocker sur certains sites".

L'architecture de l'appareil

Deuxième grand challenge : adapter l'architecture de l'avion. Airbus envisage pour le moment plusieurs configurations. La première esquisse un avion "classique" avec une turbine à gaz modifiée et un réservoir, cylindrique, d'hydrogène liquide logé à l'intérieur du fuselage dans la partie arrière de l'appareil. Le deuxième concept est celui d'un avion à hélices alimenté là encore par la combustion de l'hydrogène dans des turbines à gaz modifiée. Le troisième concept est très disruptif puisqu'il s'agit d'une aile volante.

"Ce concept semble intéressant pour un avion à hydrogène car l'aile volante donne du volume, de la place et cela peut répondre à cette problématique de volume des réservoirs. Après, faire voler une aile volante pose des tas de questions et en premier lieu des problèmes aérodynamiques. Mais n'oublions pas que nous disposons en France via l'Onera de compétences dans ce domaine qui sont particulièrement pointues", considère Bruno Sainjon, PDG de l'Onera.

Une analyse partagée par Jean-Brice Dumont.

"L'aile volante est une formule très prometteuse. Par sa géométrie, elle offre des volumes de stockage beaucoup plus importants. Ce concept pose des enjeux au niveau aérodynamique. Cela demande aussi un niveau de commandes de vol et une permanence du pilote automatique qui est au-delà de ce que nous faisons aujourd'hui. C'est le projet le plus ambitieux mais il est réalisable."

Le coût

Troisième défi : le coût d'accès à un hydrogène "vert", autrement dit qui n'est pas produit à base d'énergies fossiles. Pour y parvenir, "il existe actuellement deux méthodes", décrit le vice-président d'Air Liquide, l'hydrogène fabriqué soit à partir de biométhane ou soit en cassant la molécule d'eau par électrolyse".

Or l'électrolyse coûte cher.

"L'hydrogène fabriqué par électrolyse coûte entre cinq et six euros du kilo quand tout va bien. L'enjeu est d'arriver à deux à trois euros du kilo. Ensuite, il faut le liquéfier. L'objectif est de livrer l'hydrogène liquide au bord d'un avion ou d'un bateau pour quatre à cinq euros du kilo. C'est plus cher, il y a un facteur trois par rapport au kérosène mais la grande différence de l'hydrogène est qu'il ne sera pas dépendant des cours du pétrole. Il faut arrêter de croire qu'un cycle complet d'énergie renouvelable coûtera moins cher qu'une énergie fossile. On change de modèle en allant vers une énergie complètement décarbonée", poursuit Pierre-Etienne Franc.

Les infrastructures

Avec l'arrivée d'un avion à hydrogène, il faudra aussi adapter les infrastructures.

"L'aéroport constitue le hub, c'est l'endroit où l'hydrogène arrive, éventuellement où il est liquéfié et distribué dans l'avion. Il existe un grand nombre de problématiques qui nécessitent de s'y prendre dès maintenant. Nous sommes déjà en discussion avec les aéroports pour penser des aménagements, via de nouveaux terminaux ou ceux existants, informe Jean-Brice Dumont.

Avant de rappeler que l'arrivée de l'A380 avait elle aussi "demandé des modifications lourdes dans les aéroports".

De son côté Bruno Sainjon complète : "Pour aller d'un point A à un point B, il faut être sûr que le point B disposera par exemple de tous les équipements nécessaires pour débarquer les passagers. C'est un sujet quand on parle d'une aile volante."

Le grand sujet c'est l'évolution de la sécurité la logistique pour distribuer l'hydrogène en respectants les règles de sécurité.

La certification et la sécurité

Dernière problématique en jeu : s'assurer de la sécurité d'un tel avion à hydrogène et obtenir une certification. D'emblée, le directeur de l'ingénierie d'Airbus veut mettre les choses au clair.

"Il va falloir tuer quelques clichés. L'hydrogène n'est pas une bombe volante. Cela va éventuellement fuir dans le réservoir et provoquer un début de combustion mais il n'y a pas d'explosion autour de l'hydrogène. Il faut seulement être capable de gérer le vol en mode dégradé et puis il existe un grand nombre de moyens de détecter ce qui ce passe à l'intérieur d'un réservoir. Nous avons atteint un niveau de sécurité dans l'aviation commerciale qui est sans précédent et nous devons le maintenir", plaide Jean-Brice Dumont.

Une vision partagée par le PDG de l'Onera : "Un crash crée un incendie et, dans ce cas de figure, le rayonnement d'un feu à hydrogène est très nettement inférieur à un feu de kérosène. Ensuite, il ne faut pas partir du principe qu'on y arrivera pas. Quand on a introduit le kérosène, il y a eu aussi des interrogations autour de la sécurité."

Mais Bruno Sainjon tient à alerter sur la "question sous-jacente de la certification" qui "s'est alourdie ces dernières années". Dans le cas d'un concept aussi disruptif que l'aile volante, "les organismes de certification vont perdre leur base de données", note-t-il.

Un point qui inquiète moins Jean-Brice Dumont. "Nous avons 15 ans pour regarder ça ensemble. Nous sommes convaincus que nous arriverons à certifier l'hydrogène en 2035. On peut nous laisser le crédit d'avoir relevé un certain nombre de challenges dans le passé et d'avoir tenu nos promesses", conclut-il.

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Commentaires
a écrit le 30/11/2020 à 9:32 :
"Totalement décarboné" peut-être, mais en tous cas pas climatiquement neutre. Car la combustion de l'hydrogène produit aussi des NOx et des traînées de condensation, qui, comme vient de le rappeler un article scientifique tout récent, ont un impact climatique deux fois plus élevé que celui du CO2 dans le cas du kérosène. (David Lee et al - The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018)
a écrit le 24/11/2020 à 15:22 :
On a déjà du mal à faire des fusées qui n'explosent pas en vol, alors des avions... Un autobus au gaz a déjà explosé alors que la technologie est éprouvée. Que l'hydrogène soit utilisé pour la fabrication d'un carburant de synthèse est parfaitement envisageable, et adaptable aux infrastructures existantes. N'importe comment le volume occupé par l'hydrogène sera rédhibitoire pour un avion.
Réponse de le 25/11/2020 à 10:57 :
Bonjour PAFO,
Des gens sont morts il n'y a pas longtemps dans un ascenseur, pourtant le moyen de transport le plus sûr au monde et lui aussi éprouvé. Les verrous technos sont nombreux, tant mieux, cela nous donne du travail collectivement !

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