Aéronautique : l’électrique décolle bientôt dans les moteurs d’avions

Les avions de demain suivront-ils la voie des voitures hybrides, combinant à la fois des moteurs à combustion thermique classique avec des nouveaux moteurs électriques qui leurs seraient associés ? Tel est en tout cas le pari effectué par le consortium de recherche HASTEC porté par l’INP de Toulouse et financé par l’Union européenne.(3)

Réduire la pollution carbone des moteurs d’avions

Objectif : faire diminuer l’empreinte carbone de chaque avion, en les dotant d’une architecture hybride (thermique – électrique) innovante ce qui permettrait d’économiser une certaine quantité de carburant sur chaque trajet.

« Aujourd’hui, l’aviation totalise environ 2 % des rejets de CO₂ dans l’atmosphère » explique Xavier Roboam, directeur de recherche au CNRS, et coordinateur technique du projet HASTECS(4) (pour Hybrid Aircraft ; Academic reSearch on thermal and Electrical Components). Il pointe le développement important des marchés intérieurs dans de nombreuses régions du monde : en Chine, en Inde, au Brésil… « Nous savons que dans les années à venir, la hausse du trafic aérien sera exponentielle. D’où la nécessité de concevoir dès maintenant des aéronefs beaucoup moins polluants. »

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Or, depuis 30 ans, pour diminuer la consommation de carburant, les moteurs thermiques ont été énormément optimisés. Et le projet HASTECS ne signifie pas pour autant la fin des recherches sur les moteurs d’avions conventionnels, mais le chercheur prévient : « Nous risquons à un moment donné d’atteindre certaines limites incompressibles à ces améliorations. Si l’on veut réellement aller plus loin, il nous faut penser maintenant à des ruptures sur les architectures et les technologies ».

Des moteurs d’avions qui concernent prioritairement les vols régionaux

L’idée de ce projet, c’est de réussir à « convertir tout ou partie de la puissance thermique dégagée par n’importe quel moteur d’un avion en puissance électrique susceptible d’alimenter à son tour une chaîne électrique intégrée, tout comme les automobiles peuvent être aidées par des batteries » explique Xavier Roboam. « Mais le plus grand de nos défis, c’est de concevoir les moteurs, les batteries et les nombreux autres composants qui soient à la fois suffisamment puissants et légers pour atteindre nos objectifs ». Tout ceci dans le respect des contraintes d’environnement (température, pression), et de fiabilité drastique en aéronautique.

Une chaine électrique intégrée pourrait même suppléer complètement les moteurs thermiques lors de certaines phases de vol : « pour des avions en phase de descente, comme pour les phases au sol, les moteurs thermiques tournent au ralenti et deviennent peu efficaces et plus polluants. On pourrait les couper si une chaîne électrique prenait le relais. Ce serait une vraie économie de carburant ».

L’hybridation par une chaîne électrique serait également un moyen de supprimer la consommation de carburant pendant les phases dites « de taxi », lorsque l’appareil manoeuvre sur le tarmac. « Au sol, un avion n’a besoin que d’une infime quantité de la puissance de ses réacteurs pour se déplacer ». L’avion en marche « tout électrique » rejetterait ainsi moins de CO₂ sur les lieux proches des aéroports.

Pour des avions régionaux, cela pourrait se traduire, à l’horizon 2035 selon les estimations, par des économies de carburant de 15 % au moins par vol. « Les lignes régionales sont celles pour lesquelles les gains seraient les plus significatifs, puisque les avions restent peu de temps en croisière avant d’entamer leurs phases de descente et de taxi. Ils utiliseraient donc assez souvent ce dispositif d’économie de carburant ».

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Un atome dans un gigantesque océan de recherche européenne

Doté d’un budget de 1,5 million d’euros sur cinq ans, le projet HASTECS n’est qu’une partie d’un programme européen beaucoup plus ambitieux pour la recherche aéronautique : le programme Clean Sky 2. Un mastodonte doté d’une enveloppe totale de 4 milliards d’euros, qui se donne pour objectif de réduire de 20 % les émissions de CO₂ et de bruit générées par l’aviation à l’horizon 2025.

« Il existe beaucoup d’autres petits projets en parallèle du nôtre, qui sont inclus dans cet immense programme. Nous ne sommes qu’une goutte d’air dans un océan aérien », sourit Xavier Roboam. Lancé en 2014, Clean Sky 2 est cofinancé par l’Union Européenne et de très nombreux industriels de l’aéronautique, parmi lesquels Airbus, Airbus Group, Dassault Aviation, Rolls-Royce, Saab, Safran, Liebherr, Thales et de nombreux autres équipementiers…

Il fait suite au programme Clean Sky, lancé en 2008, qui était à l’époque le plus important programme de recherche associant l’industrie aéronautique et la recherche publique en Europe. « Il est clair que toute la filière aéronautique anticipe des normes environnementales qui seront sûrement de plus en plus contraignantes au cours du temps ». Des investissements qui pourraient s’avérer décisifs, à l’heure où les enjeux s’annoncent colossaux pour limiter les émissions de CO₂ dans le ciel bleu de l’aéronautique.