16 Nov La mobilité électrique dans l’aviation
Les avions à propulsion électrique peuvent révolutionner l’industrie aéronautique. L’élimination des facteurs nuisibles à l’environnement, tels que les niveaux de bruit et la pollution de l’air, signifie également une plus grande flexibilité dans la construction d’aéroports à proximité des zones résidentielles. Une réduction des coûts de carburant et d’entretien pourrait accroître la rentabilité des petits avions et offrir ainsi d’autres avantages.
Les représentants de la politique et de l’industrie s’accordent à dire qu’il faut créer des alternatives aux systèmes de propulsion conventionnels dans le domaine de l’aviation. Cela signifie que l’industrie est confrontée à une tâche centenaire, car il est plus facile de planifier que d’abandonner les “vieux” concepts et de créer des possibilités innovantes.
Comme dans le secteur automobile, la mobilité électrique est une solution évidente. La question de savoir si l’homme peut voler dans un avion électrique a été résolue il y a des décennies. Les innovations dans le domaine de l’aviation suivent essentiellement les voies déjà tracées par les transports terrestres. Un système d’entraînement électrique assure la propulsion des avions électriques, soit en tant que variante hybride, soit en remplacement intégral des turbines conventionnelles.
Comme dans une voiture, la source d’énergie est soit une batterie, soit une pile à combustible, soit une cellule solaire. Les avantages de la mobilité électrique dans les airs sont également évidents. D’une part, les composants des avions sont de plus en plus légers grâce à de nouveaux procédés de fabrication, comme la fabrication additive. Il en va de même pour les batteries, dont la densité énergétique devrait également s’améliorer à l’avenir. En outre, les moteurs électriques deviendront plus efficaces. Siemens a déjà mis au point un moteur d’une puissance de 5 KW par kilogramme de poids. Un autre argument de poids en faveur de l’économie est la réduction des travaux d’entretien et donc des coûts.
Siemens/Extra
L’Extra 330LE est un projet d’avion électrique bien connu. Siemens utilise cet avion de voltige pour développer des moteurs électriques puissants qui seront utilisés dans des avions de 20 places ou plus. L’objectif est de développer des entraînements hybrides avec une autonomie pouvant atteindre 1 000 kilomètres. Depuis son premier vol en 2016, l’Extra 330LE, propulsé par le moteur électrique Siemens SP-260 DP de 260 kilowatts et 50 kilogrammes, a établi plusieurs records et est le premier avion électrique à remorquer un planeur.
Le Her0 est également considéré comme le “Tesla de l’aviation” dans l’industrie et est né de la plume du concepteur Joe Doucet. Les hélices à entraînement électrique et les larges ailes permettent un vol plané économique et totalement exempt d’émissions. Cependant, cela coûte aux voyageurs un peu de vitesse. En effet, avec une vitesse d’environ 700 km/h, le jet n’est que presque aussi rapide que ses concurrents qui ne produisent pas d’émissions. Mais cela signifie aussi qu’il faut prévoir environ 20 % de temps supplémentaire pour le voyage. Selon le concepteur, cet aspect n’empêche pas l’avantage de l’absence d’émissions. Doucet insiste également sur le fait que son projet ne doit être considéré que comme une incitation à la réflexion sur l’avenir de l’aviation. La production en série du Her0 n’est pas prévue.
L'avion solaire : une alternative ?
L’utilisation de l’énergie solaire dans les avions est très intéressante. Une utilisation efficace de l’énergie solaire est beaucoup plus possible dans un avion solaire que dans une voiture. L’altitude du vol offre de nombreux avantages, tels que des zones sans ombre, une faible absorption du rayonnement solaire par l’atmosphère terrestre ou une couche d’air de plus en plus mince.
Cependant, même un avion solaire a besoin d’une batterie pour le fonctionnement de nuit et pour les pics de charge qui se produisent, par exemple, pendant le décollage et la montée. Une batterie est toujours synonyme de poids et constitue également une source potentielle de danger. Les batteries au lithium, par exemple, sont critiquées à cet égard parce qu’elles peuvent facilement s’enflammer. Les raisons en sont multiples : influences thermiques, contact avec l’eau, courts-circuits et surcharge. L’exigence d’une bonne batterie est actuellement l’un des plus grands défis techniques dans toutes les industries. En outre, un moteur très efficace est nécessaire pour garantir que l’énergie ne s’épuise pas.
Avion solaire innovant : SolarImpuls2
Le Solar Impuls 2, un avion solaire suisse, est équipé de quatre moteurs d’une efficacité de 94 %. Ils sont reliés à des batteries lithium-polymère pour assurer une alimentation électrique ininterrompue. Ces batteries sont chargées par 17 000 cellules solaires. C’est une machine formidable, mais il est peu probable qu’elle soit utilisée pour l’aviation de passagers, car elle ne peut rien transporter dans l’air, hormis son propre poids et celui du pilote. En 2016, Bertrand Piccard a réussi un vol historique autour du monde. Au cours de ce voyage de 510 heures, le SolarImpuls2 a parcouru une distance d’environ 40 000 km en utilisant uniquement l’énergie solaire. Le développeur lui-même explique : “Le SolarImpuls n’a pas été conçu pour transporter des passagers, mais pour transmettre des messages. Nous ne prévoyons pas de révolution dans l’industrie aéronautique ; nous voulons plutôt montrer que les sources d’énergie alternatives et les nouvelles technologies peuvent réussir, alors que d’aucuns les croyaient impossibles”.
Pile à combustible alternative
Il y a huit ans déjà, le Centre aérospatial allemand (DLR) a présenté un train avant alimenté par une pile à combustible, qui a été installé dans l’avion de recherche A320 Atra du DLR. Le HY4, un quadriplace de l’institut, est une expérience audacieuse. La technologie du HY4 est basée sur un système hybride. Une pile à combustible PEM basse température est utilisée comme principale source d’énergie. Comme cette énergie n’est pas suffisante au décollage, l’avion s’appuie également sur une batterie au lithium. Ces deux sources d’énergie fournissent à un moteur puissant de 80 kW suffisamment d’énergie pour décoller en toute sécurité, voler jusqu’à 200 km/h et parcourir plus de 1 000 km sur de longues distances. La vitesse est certainement encore extensible, mais le HY4 peut déjà transporter quatre personnes et un développement ultérieur est tout à fait envisageable.
Le futur "made in Germany"
En 2050, les axes de circulation de nombreuses métropoles devraient avoir atteint leurs limites de capacité. Les navetteurs et les voyageurs d’affaires seront coincés dans les embouteillages, perdant ainsi du temps de travail et de vie. Ce problème interpelle les start-ups et les entreprises aéronautiques établies du monde entier. Avec des avions innovants – principalement à propulsion électrique – les ingénieurs veulent résoudre les problèmes de circulation par voie aérienne. L’objectif commun est d’aller d’un point A à un point B rapidement, sans embouteillages et à moindre coût.
Les défis de la mobilité électrique
Les avions de ligne classiques utilisent aujourd’hui des turbines très perfectionnées. Certaines d’entre elles consomment plusieurs litres de kérosène par seconde, mais sont capables de transporter plus de 200 passagers rapidement (à 1 000 km/h, par exemple) et en toute sécurité jusqu’à leur destination. Lorsque les forces de ces turbines sont converties en moteur électrique, les développeurs et les ingénieurs sont confrontés à un défi de l’ordre du mégawatt.
En ce qui concerne les innovations, il convient également de tenir compte des progrès réalisés dans le domaine de l’aviation classique. Les turbines sont constamment perfectionnées, les turbosoufflantes à engrenages sont de plus en plus silencieuses et efficaces. Les avions électriques doivent également être à la hauteur de ces progrès. En outre, les infrastructures aéroportuaires et logistiques sont conçues pour les avions conventionnels. Dans les aéroports, il faudrait développer des infrastructures supplémentaires pour les avions électriques.
Les dix prochaines années montreront si et comment l’électromobilité s’imposera dans l’aviation civile. Aujourd’hui, on peut déjà affirmer avec certitude que l’avion électrique sera un enrichissement pour l’aviation. En tout cas, l’Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA) se penche depuis longtemps sur les thèmes du vol électrique et du trafic aérien du futur. Un projet, qui concerne aussi bien l’aviation générale que les gros porteurs, a été initié au sein de l’autorité. Il porte sur les certifications de type, les règles de construction et les réglementations relatives à l’exploitation des aéronefs. “Nous avons décidé d’éviter le processus d’élaboration de nouvelles réglementations, mais de mieux prendre en compte les préoccupations des opérateurs et des compagnies en adaptant les réglementations existantes en collaboration avec les autorités nationales”, explique Dominique Fouda, porte-parole de l’AESA, dans un communiqué. Des demandes de certificats ont été reçues et des premiers entretiens de coordination ont également eu lieu. “La direction de l’AESA a confirmé que ces projets innovants devaient être pleinement soutenus.
Le géant européen de l'aviation fait preuve de créativité
CityAirbus est le nom d’une étude destinée à un usage urbain. “Le véhicule électrique pour environ quatre passagers ressemble à un drone avec plusieurs rotors de levage. Dans un premier temps, un pilote humain à bord prendrait les commandes, notamment en raison des réglementations en vigueur pour le transport de passagers, mais plus tard, un fonctionnement purement automatique serait également possible”, rapportait FLUG REVUE à l’été 2016.
A3 (prononcé “A-cubed”) est le nom d’une filiale d’Airbus basée dans la Silicon Valley. Les ingénieurs développent un monoplace autonome baptisé Vahana, doté de huit rotors montés sur des ailes pivotantes. La version finale devrait décoller en 2020.
En Slovaquie, des experts mènent des recherches sur l’AeroMobil, une voiture volante. Les créateurs de Pop.Up poursuivent une approche similaire. Cette symbiose entre voiture et multicoptère se compose d’un châssis pour la route, d’un habitacle pour deux passagers et d’un module de vol avec huit rotors contrarotatifs. L’étude de faisabilité a été réalisée en collaboration avec Italdesign. En outre, le groupe travaille sur un avion régional à propulsion hybride, mais l’avion électrique E-Fan n’est pas développé plus avant.
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