L’aviation se met au vert

Imaginez-vous dans un avion quasi silencieux, sans vous soucier de votre empreinte carbone, car il fonctionne avec des batteries. Le rêve, non? Et peut-être un jour une réalité. 

Si les moteurs électriques parviennent à compléter, voire à remplacer, les propulsions à combustibles fossiles qui alimentent actuellement les avions, le transport aérien propre ne sera plus une vue de l’esprit. Mais aussi optimistes que soient les experts de l’industrie, ils sont également bien conscients des défis à relever. Aujourd’hui, les batteries sont encore trop volumineuses et relativement peu puissantes pour remplacer les moteurs pour tout ce qui est autre que les vols courts. Et la technologie de l’hydrogène comme les piles à combustible n’en est encore qu’à ses balbutiements.

Toutefois, une chose est claire: le secteur doit faire peau neuve. Le transport aérien est responsable d’environ 1 milliard de tonnes d’émissions équivalent CO2 par an, ce qui représente un peu moins de 2% des émissions mondiales totales¹. Alors qu’un million d’appareils devraient voler d’ici 2050, contre environ 600 000 aujourd’hui, il est évident que l’industrie doit agir pour devenir moins polluante afin d’atteindre les objectifs des Nations Unies en matière de changement climatique.

«Cette situation est source de grandes opportunités», déclare André Borschberg, cofondateur du projet Solar Impulse qui a réalisé le tout premier vol autour du monde alimenté à l’énergie solaire et cofondateur de la start-up de propulsion électrique H55. «Les moteurs à combustion sont inefficaces. Plus de la moitié du carburant non utilisé pour la propulsion est perdue. Ces moteurs nécessitent aussi beaucoup d’entretien. En revanche, les moteurs électriques sont efficaces à près de 100%, ils ont besoin d’un entretien minime et peuvent permettre différentes configurations avec des solutions multimoteurs.»  

L’une des principales barrières à cette transition est le poids. L’énergie contenue dans le carburéacteur est de 12 000 Wh par kilogramme contre 250 Wh pour les batteries au lithium. Heureusement, certains facteurs sont en faveur des moteurs électriques. Par exemple, les moteurs à combustion conventionnels ne sont qu’un tiers plus efficaces que l’électrique pour convertir l’énergie en puissance. Ainsi, une fois que les rendements sont pris en compte, le ratio de densité d’énergie diminue considérablement. Et lorsque les batteries du futur seront fabriquées, ce ratio pourrait descendre à 3 contre 1, affirme Matheu Parr, directeur client de Rolls-Royce Electrical, la filiale électrique du constructeur de moteurs d’avions. Et elles sont moins chères: BloombergNEF indique que la facture énergétique des avions alimentés par batterie était inférieure aux prix du carburéacteur par kilowattheure en 2022.

Parallèlement, la densité d’énergie des batteries n’est pas le seul défi auquel est confrontée l’électrification de l’industrie aéronautique. Les avions électriques nécessiteront des temps de recharge rapides. Ce qui mettra le réseau électrique à rude épreuve. La gestion des pics de charge nécessite des installations de génie civil ou des batteries tampons sur site. Les batteries d’avion auront également un taux de remplacement élevé afin de répondre à des exigences de sécurité très strictes. Cependant, les batteries remplacées pourront être utilisées au sol pour le stockage de l’énergie.

Hybridation

Les vols entièrement électriques ne sont qu’une solution. Les moteurs électriques hybrides en sont un autre. Ceux-ci ont le potentiel de réduire de 30% la consommation d’énergie des avions jusqu’à 50 sièges.

Au cours des 20 prochaines années, les avions électriques seront d’abord destinés à des vols courts, puis viendront les motorisations hybrides et enfin les avions à grande capacité, selon les prévisions de Borschberg. Commencer par de petits avions électriques permettra de collecter des données essentielles et donnera aux ingénieurs une expérience probablement précieuse pour développer des avions électriques plus grands.

L’hydrogène est une autre approche. Il peut être brûlé pour les moteurs à combustion ou utilisé dans les piles à combustible et ainsi compléter les moteurs existants. Le secteur doit se pencher sur ces deux solutions, mais une fois les défis techniques surmontés, l’hydrogène aura de très bonnes chances.

M. Parr explique qu’il est particulièrement difficile d’utiliser l’hydrogène liquide, notamment parce qu’il faut atteindre des températures de stockage suffisamment basses. Mais si ce problème peut être surmonté, alors l’hydrogène pourra être utilisé soit dans la combustion, de la même manière que le kérosène, soit consommé dans une pile à combustible pour produire de l’électricité. La combustion fournit beaucoup d’énergie, mais est complexe. Les piles à combustible sont plus propres, mais elles n’ont pas encore la densité de puissance dont les avions ont besoin, ajoute-t-il. Rolls-Royce étudie les deux solutions, la dernière étant principalement destinée aux petits avions.

Alors que l’hydrogène n’est encore qu’un rêve, les moteurs électriques ont déjà fait leur entrée dans l’aviation. Par exemple, Borschberg travaille sur des projets où les avions utilisés pour la formation des pilotes seront à propulsion électrique. Les hydravions canadiens, utilisés pour faire de petits trajets jusqu’à 30 minutes de Vancouver, passent également à l’électrique. 

Les avions n’ont pas besoin d’être entièrement électriques pour avoir un impact positif. Par exemple, les solutions hybrides peuvent améliorer l’efficacité des turbines à gaz de 2 à 4%. Cela peut sembler négligeable, mais [l’amélioration de] 15% [de l’efficacité] des turbines à gaz au cours des 30 dernières années a fait une énorme différence pour l’industrie, explique M. Parr.

Le passage à une aviation parfaitement propre prendra encore un certain temps. Mais le secteur met clairement le cap dans la bonne direction.

Informations pour les investisseurs

• L’IATA estime que les compagnies aériennes généreront un bénéfice net de 4,7 milliards de dollars sur un chiffre d’affaires de 779 milliards de dollars en 2023 (522 milliards de dollars pour l’activité passagers et 149 milliards de dollars pour le fret). 
  
• En 2022, la flotte mondiale comptait 28 674 avions, dont 23 513 en activité et 5 161 au sol. 
  
• Selon Airbus, en 2040, le trafic devrait atteindre 20 000 milliards de passagers-kilomètres payants, soit une croissance de 3,9 % par an à partir de 2019.