Le concept d'aile volante présenté le 21 septembre par Airbus dans le cadre du projet ZEROe. | IIVS / Airbus
Le concept d'aile volante présenté le 21 septembre par Airbus dans le cadre du projet ZEROe. | IIVS / Airbus

Airbus et hydrogène: cinq questions pour une révolution

Le constructeur promet des avions à hydrogène pour 2035. Est-ce crédible?

Nom de code ZEROe. Le 21 septembre dernier, Airbus a fièrement présenté sa feuille de route de l'avion zéro carbone, qu'il espère voir aboutir en 2035 avec un premier moyen-courrier à hydrogène.

Les responsables d'Airbus ont dévoilé trois concepts possibles d'avion à hydrogène, seule technologie selon l'avionneur susceptible de répondre au défi de la décarbonation. Est-ce vraiment réalisable? Quels sont les avantages et les inconvénients de cette technologie? Qu'est-ce que cela va changer? Et quand verrons-nous ces avions réellement voler?

L'avion à hydrogène, comment ça marche?

Quand Airbus parle d'avion à hydrogène, l'entreprise n'est pas très claire sur sa technologie. En effet, l'hydrogène peut être utilisé de deux façons différentes: soit brûlé directement dans un réacteur pour alimenter une turbine, comme pour le kérosène, soit converti en électricité dans une pile à combustible.

«Aujourd'hui, une grosse partie du kérosène est “détourné” pour d'autres usages que la propulsion de l'avion», indique Jérôme Bouchard, associé chez Oliver Wyman et expert en aéronautique.

Le moteur vient ainsi alimenter l'avion en électricité et assure les entrées d'air. «Avec une technologie hybride, on peut imaginer que les fonctions électriques soient assurées par une pile à combustible, tandis que la majeure partie de l'hydrogène du réservoir principal soit réservée à la propulsion, détaille le spécialiste. Selon la répartition des différentes fonctions, on arrive à un taux d'efficacité énergétique de 70% à 90% pour un moteur alimenté à l'hydrogène demain, contre 45% à 50% pour le kérosène dans les conditions actuelles.»

Un avion fonctionnant 100% avec une pile à hydrogène ne serait en revanche pas efficace, car l'électricité n'est pas adaptée pour fournir beaucoup de puissance instantanément, comme lors d'un décollage par exemple.

Quels avantages et inconvénients?

L'hydrogène présente d'innombrables avantages sur le kérosène. Le premier, c'est bien entendu qu'il ne dégage pas de gaz carbonique –à condition, c'est important, que l'hydrogène soit produit à partir d'énergies renouvelables.

Selon une étude Clean Sky de l'Union européenne, la contribution du transport aérien à l'effet de serre ne serait pas totalement éliminée, la vapeur d'eau dégagée par l'hydrogène participant au phénomène, mais elle serait réduite de 75 à 90%, comparé au kérosène. Par comparaison, le biocarburant ne réduit l'effet de serre que de 30% à 60%.

L'hydrogène présente toutefois un inconvénient majeur: à capacité égale, il nécessite un réservoir 4 à 6 fois plus gros. Jérôme Bouchard résume ainsi: «Le problème du kérosène, c'est le poids. Le problème de l'hydrogène, c'est le volume».

Deuxième contrainte: cet hydrogène doit être transporté sous forme liquide pour réduire son volume, ce qui nécessite de le réfrigérer à -250°C et sous haute pression. Pour résister à cette pression, les réservoirs cryogéniques doivent être de forme cylindrique ou sphérique, donc «on ne peut pas en loger partout dans les ailes comme on le fait aujourd'hui», explique Patrick Gandil, le directeur général de l'aviation civile (DGAC).

Enfin, parce que l'hydrogène circule à haute pression, il faut blinder l'intégralité du réseau de distribution, ce qui alourdit encore l'avion. Reste la question du coût. Selon les calculs de Clean Sky, l'avion à hydrogène sera 25% plus cher en 2035 par rapport à un avion classique en prenant en compte les coûts de maintenance et d'amortissement.

Qu'est-ce que ça change pour les avions?

En un mot: tout. «Il va falloir repenser complètement le design des avions», atteste Jérôme Bouchard. D'abord, comme on l'a vu, il faut réussir à caser un réservoir bien plus volumineux et encombrant.

Première possibilité: le loger à l'arrière de l'avion, «ce qui implique d'allonger le fuselage, tout en évitant de dégrader les performances de l'avion», indique la directrice technique d'Airbus, Grazia Vittadini.

Deuxième option, celle de l'aile volante où les réservoirs seraient positionnés de part et d'autre de la cabine passagers centrale. Selon Jérôme Bouchard, «l'aile volante est la meilleure formule possible en termes d'efficacité.»

«Aujourd'hui, les réacteurs sont installés sous les ailes, ce qui est beaucoup moins efficace que de les positionner à l'arrière. D'ailleurs, quand vous regardez les avions de chasse ou même les croiseurs dans Star Wars, les réacteurs sont à l'arrière, ce qui permet d'avoir un centre de gravité mieux équilibré.»

Enfin, l'aile volante offre un meilleur aérodynamisme, et un meilleur confort aux passager·es, assure l'expert. Reste la question des hublots, puisque moins de passager·es auront accès à une vue extérieure. Il est possible d'imaginer un système de caméras, pour permettre à chacun·e de profiter de la vue.

L'aile volante est cependant le design qui demandera le plus de travail aux ingénieur·es, reconnaît Jérôme Bouchard. Et donc celui qu'on risque de voir en dernier.

L'ensemble de la flotte –pour l'instant conceptuelle– présenté par Airbus. | Airbus

Ça change quoi pour les aéroports?

Comme les avions, les aéroports vont devoir s'adapter à une nouvelle filière. Pour Jérôme Bouchard, «cela nécessitera de lourdes adaptations en termes d'infrastructures.»

Il faudra par exemple transporter de l'hydrogène refroidi à haute pression jusqu'aux avions, et disposer de stations de recharge. Si l'on veut des avions vraiment verts, pas question d'importer comme aujourd'hui du carburant produit à des milliers de kilomètres jusqu'aux aéroports. «Il va falloir mettre en place une véritable filière à hydrogène décentralisée», analyse l'expert.

«On peut ainsi imaginer que chaque aéroport dispose de sa propre capacité de production d'hydrogène à partir de solaire ou d'éolien, avec une production adaptée à son trafic aérien.» L'aéroport serait à la fois producteur et fournisseur de carburant.

Autre souci: le ravitaillement d'un avion à hydrogène prend plus de temps que pour un avion au kérosène, ce qui augmente la durée d'immobilisation, un facteur clé de rentabilité économique pour les compagnies. «Un même avion pourrait ainsi voler 5% à 10% de moins par an», selon Clean Sky.

Champs d'éoliennes, panneaux solaires, parkings géants pour accueillir des dizaines d'ailes volantes qui font le plein… Tout ceci risque d'occuper pas mal d'espace, alors que figure dans les propositions de la Convention citoyenne pour le climat l'interdiction de l'extension des aéroports existants. Une contradiction politique qu'il faudra tirer au clair.

C'est pour quand?

Si Airbus annonce le premier avion zéro carbone pour 2035, ce n'est pas demain la veille qu'on verra disparaître l'avion à kérosène. «En 2035, on comptera entre 35.000 et 40.000 avions classiques, qui ont une durée de vie de 25 ans», calcule Jérôme Bouchard. «Même en imaginant réduire cette durée à une douzaine d'années, on voit bien que les deux filières vont devoir cohabiter pendant longtemps».

Selon l'étude Clean Sky, en déployant les avions à hydrogène dans les secteurs les plus appropriés (court et moyen-courrier), ils pourraient représenter 40% de la flotte mondiale d'avions d'ici 2050, et continuer leur montée en puissance au-delà.

Mais aura-t-on suffisamment d'hydrogène pour alimenter toute cette flotte? Selon Clean Sky, la demande en hydrogène liquide pour l'aviation atteindra 10 millions de tonnes par an en 2040, soit 5% de la demande globale en hydrogène.

Le chiffre devrait grimper à 40 millions de tonnes par an une fois que les moyen-courriers se seront convertis. Or, la filière hydrogène est loin d'être prête. «Aujourd'hui, 95% de l'hydrogène est produit à partir d'hydrocarbures (pétrole, gaz naturel et charbon), solution la moins coûteuse», témoigne Guy Maisonnier, ingénieur économiste à l'IFPEN.

Autant dire qu'il va falloir appuyer sur l'accélérateur pour fabriquer, en masse, de l'hydrogène véritablement vert. C'est d'ailleurs tout l'objet du grand plan hydrogène lancé par le gouvernement en septembre, qui prévoit 7,2 milliards d'euros d'investissements d'ici 2030 pour «construire une filière française de l'hydrogène décarboné, de portée internationale».

En attendant ce fameux avion à hydrogène, il existe de nombreuses autres possibilités pour réduire significativement les émissions de CO2. Premièrement, moderniser la flotte: les avions de nouvelle génération comme l'A320 Neo ou le Boeing 737 Max consomment 15% de moins que la génération précédente, grâce notamment à des améliorations en termes d'aérodynamisme et de matériaux.

L'optimisation des trajectoires des avions et de la gestion du trafic aérien permettraient aussi de réduire d'au moins 5% les émissions. Enfin, les biocarburants ne sont pas à négliger, car même s'ils génèrent du CO2, ils peuvent être directement mis en œuvre sur la flotte existante.

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