L’avion à hydrogène prend (tranquillement) son envol

Prendre l’avion sans augmenter son empreinte carbone, c’est un objectif à portée de main. Airbus et Embraer travaillent fort pour que les premiers passagers montent à bord en 2035.

Photo : Airbus S.A.S.

Caché dans un centre de recherche d’Airbus hautement sécurisé en banlieue de Munich, en Allemagne, l’assemblage de pièces de 15 mètres de long sur 10 mètres de large n’a l’air de rien. Surtout pas d’un futur système de propulsion d’avion. Et pourtant, cet enchevêtrement de tubes et de câbles est justement capable de convertir de l’hydrogène liquide en électricité et de faire tourner un moteur. De façon beaucoup moins polluante que les moteurs actuels.

« Il est gros pour l’instant, mais c’est parce que nous avons utilisé des pièces existantes pour l’assembler rapidement, afin d’en apprendre le plus possible avant de le tester dans les airs », précise Hauke Peer Lüdders, l’ingénieur d’Airbus responsable de ce système de propulsion. Le cœur de ce système, présenté dans le cadre de la conférence annuelle Sommet Airbus où j’ai été invité par le constructeur européen, est constitué de piles à combustible à hydrogène.

L’avion à hydrogène est pour certains le Saint-Graal qui permettra de décarboner l’aviation commerciale, un objectif fixé pour 2050 par cette industrie responsable à l’heure actuelle de 2,4 % des émissions mondiales de CO2, selon l’ONG International Council on Clean Transportation. « Plusieurs technologies seront nécessaires pour atteindre nos objectifs de carboneutralité, mais l’avion à hydrogène est la plus importante », estime Sabine Klauke, directrice technique d’Airbus.

Si vous avez lu le reportage de ma collègue Valérie Borde « L’hydrogène sauvera-t-il la planète ? », vous savez que tout n’est pas si rose pour l’hydrogène vert, mais cette option semble assez prometteuse aux yeux des constructeurs pour qu’ils y consacrent temps et argent. 

Piles à combustible ou turbine à gaz ?

Le système de propulsion mis au point au centre de recherche de Munich est l’un des deux qu’Airbus compte installer sur de gros avions A380 d’ici 2026, pour pouvoir ensuite tester ces prototypes. Celui que j’ai vu utilise des piles à combustible à hydrogène pour alimenter un moteur électrique, une technologie semblable à celle que l’on retrouve dans les voitures à hydrogène. L’autre sera plutôt une turbine à gaz, semblable à celles que l’on retrouve sur les avions qui circulent en ce moment, mais convertie pour utiliser de l’hydrogène plutôt que du kérosène.

Dans les deux cas, les moteurs et des réservoirs pour entreposer l’hydrogène liquide seront ajoutés à des avions existants. Les systèmes de propulsion à hydrogène seront fonctionnels, mais dans un premier temps, ce ne sont pas eux qui feront voler ces prototypes (des avions démonstrateurs, dans le jargon).

Pour ceux qui craignent qu’un futur avion à hydrogène connaisse le même destin que le dirigeable allemand LZ 129 Hindenburg, dont l’accident de 1937 a été immortalisé sur la pochette du premier album du groupe Led Zeppelin, les ingénieurs d’Airbus se veulent rassurants : l’hydrogène ne serait pas plus dangereux que le kérosène utilisé actuellement (et qui est après tout lui aussi hautement inflammable). Un avis partagé par l’Association du transport aérien international.

Pour l’instant, Airbus affirme n’avoir aucun parti pris pour les piles à combustible ou les turbines à gaz alimentées à l’hydrogène. « Nous évaluons les deux technologies afin de déterminer quel est leur potentiel pour l’aviation, et nous prendrons une décision ensuite », explique le PDG d’Airbus Guillaume Faury.

Les piles à combustible, par exemple, n’émettent que de l’eau lorsqu’elles transforment l’hydrogène en électricité, mais la puissance des moteurs à hélice qu’elles alimentent est limitée. Selon Hauke Peer Lüdders, un avion doté de quatre systèmes de propulsion comme celui en développement pourrait atteindre une vitesse maximale d’environ 740 km/h, soit 100 km/h de moins qu’un A220 (l’ancien C Series de Bombardier). Pour un passager voyageant de Montréal à Toronto, le trajet serait plus long de quelques minutes seulement, mais pour une compagnie aérienne qui souhaite maintenir la cadence de ses liaisons, la différence pourrait être de taille. 

Une turbine à gaz alimentée par de l’hydrogène est quant à elle plus puissante, mais elle est aussi plus polluante, puisque la combustion de l’hydrogène émet un peu d’oxydes d’azote, qui contribuent aux changements climatiques.

Les tests en vol, c’est pour bientôt

Airbus compte tester ces systèmes dans les airs de 2026 à 2028, dans de véritables conditions de vol, sans voyageurs bien sûr, mais avec toutes les vibrations et les contraintes (la pression, la température, l’espace et le vent, par exemple) associées aux déplacements aériens.

Une fois la technologie choisie, en 2028, Airbus lancera la conception d’un véritable avion à hydrogène, de 100 passagers et d’une autonomie d’environ 2 000 km, des caractéristiques que les ingénieurs de l’entreprise jugent réalistes avec la technologie actuelle. « Mais c’est un domaine qui progresse rapidement et où il y a beaucoup d’investissements, alors les caractéristiques pourraient s’améliorer », note Glenn Llewellyn, vice-président responsable des avions sans émissions chez Airbus.

Si tout se déroule comme prévu, le premier avion à hydrogène d’Airbus devrait entrer en service en 2035.

Le constructeur brésilien Embraer a aussi l’intention de lancer ses premiers avions à hydrogène en 2035, selon ce que l’entreprise a dévoilé cette semaine, mais ceux-ci seront plus petits, soit de 19 à 30 places, et d’une autonomie plus limitée, environ 370 km.

Boeing a pour sa part également investi dans l’hydrogène (son petit démonstrateur à deux sièges a volé pour la première fois en 2008). Pour l’instant, l’entreprise américaine n’a toutefois toujours pas annoncé d’avion, elle se concentre plutôt sur les carburants durables d’aviation (mieux connus sous l’acronyme anglais SAF, sustainable aviation fuels) pour réduire ses émissions. 

Ces carburants synthétiques (qui font aussi partie de la stratégie de décarbonisation des autres constructeurs) peuvent être produits, par exemple, à partir d’huile de cuisson usagée, ou du CO2 émis par des usines ; ce CO2 est capté à la source, aux cheminées industrielles, et recombiné chimiquement avec de l’énergie (issue de l’hydrogène) pour former à nouveau du carburant. C’est ainsi qu’est fabriqué le carburant durable du Consortium SAF+, à son usine-pilote dans l’est de Montréal. Ce produit offrirait une réduction de 80 % des émissions de GES comparativement au kérosène fossile, sur tout son cycle de vie, se targue le Consortium.

Les SAF ont des avantages, comme celui de pouvoir être utilisés dans les turbines à gaz au kérosène actuelles, mais ils ont aussi leurs limites. Il sera notamment difficile de les produire en quantité suffisante pour alimenter le secteur de l’aviation, estimait plus tôt cette année l’Aerospace Technology Institute au Royaume-Uni, dans le cadre du programme de recherche FlyZero sur la faisabilité d’une industrie aérienne carboneutre. Les deux carburants, le SAF et l’hydrogène, seront nécessaires pour atteindre la carboneutralité d’ici 2050, selon le programme de recherche.

À la recherche de l’hydrogène vert

La création d’un avion à hydrogène n’est cependant pas le plus grand défi pour réduire les émissions de l’industrie aérienne, affirme le PDG d’Airbus, Guillaume Faury : « Un avion à hydrogène est quelque chose de faisable. »

Ce sont plutôt les autres morceaux du casse-tête qui risquent d’être difficiles à placer, comme instaurer l’écosystème nécessaire pour alimenter les aéroports en hydrogène. Car il faudra bien faire le plein de ces nouveaux avions et surtout s’assurer que cet hydrogène est produit proprement. C’est à cela que travaille Karine Guenant, vice-présidente responsable du développement de l’écosystème de l’hydrogène chez Airbus. « Après tout, ça ne sert à rien de faire un tel avion s’il ne peut être utilisé avec de l’hydrogène décarboné », dit-elle.

À l’heure actuelle, il serait difficile d’alimenter l’industrie aérienne avec de l’hydrogène vert en grande quantité, confirme le programme FlyZero. Reste à voir si le paysage énergétique changera d’ici l’arrivée des premiers avions à hydrogène.

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