L'aviation est l'un des moyens de transport les plus nocifs pour l'environnement, représentant 3 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre de l'UE. Mais de nouvelles conceptions d'avions inspirées du travail d'un ingénieur aéronautique du début du XXe siècle et des substances naturelles telles que le nid d'abeilles et l'herbe pourraient aider à réduire l'empreinte environnementale du vol.

Avec près d'un milliard de passagers dans le ciel européen en 2016 et un nombre toujours croissant, la croissance de l'aviation européenne a été stupéfiante. L'effet est que même si de nombreuses autres industries réduisent les émissions de gaz à effet de serre grâce à l'efficacité et aux nouvelles technologies, l'aviation est en augmentation.

Une personne voyageant de Londres à New York et retour génère à peu près le même niveau d'émissions qu'un an de chauffage domestique pour l'Européen moyen. Lors de la récente conférence Transport Research Arena à Vienne, L'Autriche, un événement de haut niveau couvrant tous les modes de transport européens, Professeur Hans Joachim Schellnhuber, directeur du Potsdam Institute for Climate Impact Research en Allemagne, a déclaré qu'éviter complètement les voyages en avion était la meilleure option pour protéger l'environnement.

Mais comme Sergio Barbarino, a répondu le président de l'Alliance pour l'innovation logistique par la collaboration en Europe (ALICE), c'est un scénario improbable. "On ne peut pas juste dire aux gens qu'ils ne peuvent plus prendre leurs vacances aux Canaries, " il a dit.

Les voyages en avion peuvent être là pour rester, mais il ne fait aucun doute que les ingénieurs doivent trouver de nouvelles façons de le rendre plus propre et plus écologique. Une idée est de repenser radicalement l'aile d'un avion afin qu'elle nécessite beaucoup moins de carburant opérationnel, une approche actuellement en cours de développement par un projet appelé PARSIFAL.

Père de l'aérodynamique

Pour leur conception, l'équipe s'est inspirée du célèbre ingénieur aéronautique allemand Ludwig Prandtl, souvent considéré comme le père de l'aérodynamique. En 1924, Prandtl a eu une idée pour un avion avec une aile inhabituelle qui réduisait le coefficient de traînée et améliorait l'efficacité aérodynamique, mais l'idée a été largement ignorée à l'époque.

A la fin des années 1990, Professeur Aldo Frediani de l'Université de Pise, Italie, et coordinateur du projet PARSIFAL, utilisé les mathématiques pour prouver que la théorie de l'aile de Prandtl était plausible. Le professeur Frediani et son équipe ont commencé à travailler sur la conception d'un nouvel avion à voilure fermée basé sur le concept original de Prandtl.

"Les résultats théoriques peuvent être utilisés pour définir une nouvelle configuration, notre configuration, " il a dit.

Au lieu de deux ailes séparées s'étendant de chaque côté du fuselage, notre concept familier d'avion, l'avion inspiré de Prandtl a une aile qui se boucle et se referme sur elle-même dans une conception à aile fermée sans bout d'aile. Cela réduit la quantité de traînée agissant sur l'avion, ce qui signifie que moins de carburant est brûlé. Ceci est particulièrement important pour le décollage et l'atterrissage, car ce sont les phases de vol d'un avion qui consomment généralement le plus de carburant et rejettent le plus d'émissions.

"Ces avions seront beaucoup plus pratiques du point de vue de la consommation de carburant, nuisances sonores et émissions, " a déclaré le professeur Frediani.

L'équipe a développé un petit modèle de leur avion mais l'idée est de se concentrer sur des avions de taille moyenne, dans le but d'augmenter le nombre de passagers transportés par vol d'environ 180 à 310. Les chercheurs estiment que l'avion pourrait être en vol dans 10-15 ans, en fonction des contrôles de sécurité et de l'intérêt des avionneurs. Leurs prochaines étapes sont d'affiner l'aérodynamisme, position et commandes du moteur, tandis que le département d'économie de l'Université de Pise travaille avec PARSIFAL pour déterminer les performances économiques prévues de l'avion.

« Cette solution pourrait complètement changer le transport aérien du futur, " a déclaré le professeur Frediani.

Pendant ce temps, d'autres ingénieurs s'inspirent de la nature pour développer des composants d'avion imprimés en 3D qui pourraient réduire le poids jusqu'à 30 %. Moins un avion pèse, moins il faut de carburant, résultant en une réduction significative de CO 2 émissions.

Structure en nid d'abeille

Melanie Gralow est ingénieur de conception biomimétique pour le projet Bionic Aircraft, qui prend les leçons de la nature pour améliorer des pièces pour la fabrication d'avions.

"Les surfaces fines ou les tiges ont tendance à se déformer très facilement tout au long du processus de fabrication, " expliqua-t-elle. " Vous pouvez les rigidifier en appliquant une certaine structure de surface. La structure en nid d'abeille est l'une de ces structures bio-inspirées qui peuvent être utilisées pour rigidifier le mur sans ajouter trop de poids."

Le projet s'inspire également des tiges d'herbe, qui sont soumis à des charges de flexion par le vent de la même manière que les entretoises dans les composants d'avions. Les charges de flexion sont des forces qui agissent latéralement sur une structure et peuvent donc entraîner sa flexion.

"La tige est creuse à l'intérieur et elle a un système de double paroi, " a déclaré Gralow. " Il doit résister aux forces du vent dans la nature, mais les entretoises dans le monde technique doivent également résister à la flexion. En appliquant le système à double paroi sur les entretoises, nous pouvons les rendre plus légers, mais en même temps aussi rigides qu'elles doivent l'être."

Pour les rendre complexes, très détaillé, pièces légères, l'équipe utilise des imprimantes 3D avec la technologie du faisceau laser. Bien qu'idéal pour les petits travaux de précision, les chercheurs disent que l'impression d'un avion entier de cette manière est encore loin.

"Pour l'instant, l'objectif est vraiment de se concentrer sur des pièces plus petites car les espaces de construction des imprimantes actuelles sont restreints. Les plus grandes imprimantes commerciales mesurent environ 40 à 50 centimètres de largeur, de sorte que définit la limite de taille maximale pour les pièces métalliques imprimées en 3D actuelles, " dit Gralow.