Génie de Conception

Aérospatiale En Vedette
Demain, le ciel sera vert

L’avion commercial propulsé à l’hydrogène volera bientôt


19 avril 2021
Par Pierre Deschamps

Si l’hydrogène est à la mode et fait rêver bien des ingénieurs, quel que soit le type de véhicule en cause, faire voler un avion à l’hydrogène présente son lot de contraintes. Selon Jean-Brice Dumont, directeur de l’ingénierie chez Airbus, les trois contraintes principales liées à l’utilisation de l’hydrogène sont son volume (quatre fois supérieur au kérosène pour la même quantité d’énergie), la température à laquelle il doit être stocké ( -253 degrés Celsius) et la modification des moteurs actuels.

À titre d’exemple, le premier vol d’un avion mû à l’hydrogène qui a eu lieu le 15 avril 1988 dans ce qui était alors l’Union des républiques socialistes soviétiques (URSS). Le célèbre ingénieur soviétique Andreï Nikolaïevitch Tupolev avait fait voler ce jour-là l’aéronef TU-155, dérivé du TU-154, un avion de ligne triréacteur conçu au milieu des années 1960 dont les trois moteurs étaient installés en position rapprochée à l’arrière du fuselage. Seul l’un des trois moteurs utilisait l’hydrogène comme combustible. Le vol s’effectua à basse altitude (600 m) et dura une vingtaine de minutes. Dans cet avion à exemplaire unique, l’hydrogène n’occupait rien de moins qu’un bon tiers de l’espace de la cabine !

En outre, au printemps 2008, les ingénieurs de Boeing ont réussi à faire voler un motoplaneur Dimona, de la firme autrichienne Diamond Aircraft Industries (16,33 mètres d’envergure), dont le groupe propulseur d’origine (un Rotax de 115 ch turbo-compressé) avait été remplacé par « un moteur électrique alimenté par des batteries au lithium-ion pour le décollage et une pile à hydrogène Proton Exchange Membrane (PEM), de la firme britannique Intelligent Energy, pour le vol de croisière », relate le site Futura Sciences.

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Récemment, Chris Raymond, directeur du développement durable de Boeing, soulignait que, bien que ce constructeur envisagerait d’utiliser l’hydrogène pour l’aviation commerciale, « nous pensons qu’il y aura un mélange de solutions, l’hydrogène étant plus susceptible de combler le petit côté court-courrier du secteur ».

Citons en ce sens, le lancement fin mars par ZeroAvia, un développeur anglo-américain d’avions à hydrogène électrique, d’un « programme de développement d’un groupe motopropulseur électrique à hydrogène de 2 MW pour les avions régionaux de grande taille. Le lancement du programme est soutenu par une nouvelle levée de 24,3 millions de dollars […] Ce nouveau cycle accélère le développement de plus gros moteurs électriques à hydrogène pour l’avion de plus de 50 places et soutient d’autres initiatives de compagnies aériennes commerciales visant à adopter l’hydrogène dans l’aviation ». 

Pour sa part, le constructeur aéronautique slovène Pipistrel vient de lancer la conception du Miniliner, un petit avion mû à l’hydrogène d’une capacité d’emport de vingt personnes, dont l’entrée en service est prévue pour 2028-2030.

Rappelons que le HY4, un avion à hydrogène à quatre places, a effectué son premier vol en septembre 2016 depuis l’aéroport de Stuttgart. Cet appareil a été conçu par le DLR Institute of Engineering Thermodynamics, basé sur le Taurus G4, fabriqué par Pipistrel.

Au début de l’année, DLR annonçait « le lancement d’un projet d’envergure. Baptisé BALIS, celui-ci consiste à développer un ensemble pile à combustible pour les avions à hydrogène. D’une capacité de l’ordre de 1,5 MW, celui-ci pourrait facilement équiper un petit avion de 40 à 60 places et couvrir une distance de l’ordre de 1 000 km ».

Il n’y a pas que les constructeurs d’aéronefs de petites tailles qui lorgnent du côté de l’hydrogène. En effet, en septembre dernier, le géant Airbus dévoilait trois concepts d’avions propulsés à l’hydrogène, dont une aile volante aux formes futuristes qui semble « offrir de nombreux avantages en matière de performance, d’intégration mécanique et de systèmes ». Le tout visant une mise en service d’un avion à hydrogène à zéro émission vers 2035. Dans le cadre de cette initiative, Airbus comptera sur l’appui du département Mécanique des structures et Matériaux (DMSM) de l’ISAE-SUPAERO (École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace) pour accélérer l’utilisation de l’hydrogène.

Les aéroports ne sont pas en reste et se lancent eux aussi dans la course à l’hydrogène comme en atteste le récent appel à manifestation d’intérêts du Groupe ADP, d’Airbus, d’Air France-KLM et la Région Ile-de-France « pour transformer les aéroports franciliens [Charles de Gaulle, Orly, Le Bourget] en « hubs hydrogène » ».

Dans un ordre d’idée que l’on pourrait qualifier de parallèle, le producteur de carburant finlandais Neste a annoncé en mars que : « Une équipe de spécialistes de l’aérospatiale [Airbus, le centre de recherche allemand DLR, Rolls-Royce et le producteur de SAF Neste] a lancé la première étude au monde sur les émissions en vol utilisant du carburant aviation 100 % durable (SAF) sur un avion de passagers commercial à gros fuselage », un Airbus A350-900 propulsé par des moteurs Rolls-Royce Trent XWB.

Tout « en attendant le lancement des premiers avions à hydrogène, l’utilisation du SAF semble en effet être une bonne solution pour réduire l’impact environnemental de l’aviation qui est aujourd’hui devenu l’une des véritables préoccupations de nombreux voyageurs ».

Quand Clément Ader conçoit en 1892 le moteur à vapeur (puissance maximum de 37 chevaux à 480 tr/minutes avec 15 kg de pression) destiné à son deuxième avion baptisé le Zéphir, qui aurait cru qu’un siècle et des poussières plus tard, on envisagerait d’utiliser l’hydrogène comme carburant pour les grosses machines volantes du 21e siècle !
https://www.airbus.com/
https://www.tupolev.ru/en/
https://www.boeing.com/
https://www.pipistrel-aircraft.com/
https://www.dlr.de/tt/en
https://www.isae-supaero.fr/fr/
https://www.h2-mobile.fr/
https://siecledigital.fr/
https://physicstoday.scitation.org/


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