Dans la sitcom animée des années 1960 Les Jetsons, George Jetson se rend au travail dans sa voiture volante de taille familiale, qui se transforme miraculeusement en mallette à la fin du voyage.

Une nouvelle étude sur les impacts de la durabilité environnementale des voitures volantes, anciennement connu sous le nom d'avion électrique à décollage et atterrissage verticaux, ou VTOL, constate qu'ils ne conviendraient pas à un court trajet de style Jetsons.

Cependant, Les VTOL - qui combinent la commodité du décollage et de l'atterrissage verticaux comme un hélicoptère avec le vol aérodynamique efficace d'un avion - pourraient jouer un rôle de niche dans la mobilité durable pour les voyages plus longs, selon l'étude, dont la publication est prévue le 9 avril dans Communication Nature . Plusieurs entreprises à travers le monde développent des prototypes VTOL.

Les voitures volantes seraient particulièrement utiles dans les villes congestionnées, ou dans des endroits où il y a des contraintes géographiques, dans le cadre d'un service de taxi en covoiturage, selon les auteurs de l'étude du Center for Sustainable Systems de l'Université du Michigan et de Ford Motor Co.

"Tome, il était très surprenant de voir que les VTOL étaient compétitifs en matière de consommation d'énergie et d'émissions de gaz à effet de serre dans certains scénarios, " dit Grégory Keoleian, auteur principal de l'étude et directeur du Center for Sustainable Systems de l'École pour l'environnement et la durabilité de l'UM.

"Les VTOL avec occupation complète pourraient surpasser les voitures au sol pour les trajets de San Francisco à San Jose ou de Detroit à Cleveland, par exemple, " il a dit.

L'étude U-M-Ford, la première évaluation complète de la durabilité des VTOL, regardé la consommation d'énergie, émissions de gaz à effet de serre et gain de temps des VTOL par rapport aux voitures particulières au sol. Bien que les VTOL ne produisent aucune émission pendant le vol, leurs batteries nécessitent de l'électricité produite dans les centrales électriques.

Les chercheurs ont découvert que pour des trajets de 100 kilomètres (62 miles), un VTOL entièrement chargé transportant un pilote et trois passagers émettait moins de gaz à effet de serre que les voitures au sol avec un taux d'occupation moyen de 1,54. Les émissions liées au VTOL étaient de 52 % inférieures à celles des véhicules à essence et de 6 % inférieures à celles des véhicules électriques à batterie.

Akshat Kasliwal, premier auteur de l'étude et étudiant diplômé à la U-M School for Environment and Sustainability, a déclaré que les résultats peuvent aider à guider le déploiement durable d'un système de mobilité émergent avant sa commercialisation.

"Avec ces VTOL, il est possible d'aligner mutuellement la durabilité et les analyses de rentabilisation, " a déclaré Kasliwal. " Non seulement le taux d'occupation élevé des passagers est meilleur pour les émissions, il favorise également l'économie des voitures volantes. Plus loin, les consommateurs pourraient être incités à partager des voyages, étant donné les gains de temps considérables en prenant l'avion par rapport à la conduite."

Dans les décennies à venir, le secteur mondial des transports est confronté au défi de répondre à la demande croissante de mobilité pratique des passagers tout en réduisant la congestion, améliorer la sécurité et atténuer le changement climatique.

Les véhicules électriques et la conduite automatisée peuvent contribuer à certains de ces objectifs, mais sont limités par la congestion sur les routes existantes. Les VTOL pourraient potentiellement surmonter certaines de ces limitations en permettant des services de taxi pilotés ou d'autres services de transport aérien urbain et régional.

Plusieurs sociétés aérospatiales et entreprises en démarrage—Airbus, Boeing, Joby Aviation et Lilium, par exemple, et des agences telles que la NASA ont développé des prototypes VTOL. Un catalyseur d'efficacité critique pour ces avions est la propulsion électrique distribuée, ou DEP, ce qui implique l'utilisation de plusieurs petits, propulseurs à entraînement électrique.

Les chercheurs de l'U-M et de Ford ont utilisé des informations accessibles au public provenant de ces sources et d'autres pour créer un modèle basé sur la physique qui calcule la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre pour les VTOL électriques.

"Notre modèle représente les tendances générales dans l'espace VTOL et utilise des paramètres de plusieurs études et conceptions d'avions pour spécifier le poids, rapport lift-to-drag et énergie spécifique à la batterie, " dit Noah Furbush, co-auteur de l'étude et étudiant à la maîtrise à l'U-M College of Engineering.

"En outre, nous avons mené des analyses de sensibilité pour explorer les bornes de ces paramètres, aux côtés d'autres facteurs tels que l'intensité carbone du réseau et la vitesse du vent, " dit Furbush, qui est également membre de l'équipe de football U-M.

L'étude a commencé alors que Kasliwal et Furbush étaient stagiaires d'été chez Ford. Le travail s'est poursuivi lorsque les étudiants sont retournés à Ann Arbor, avec l'aide d'une subvention de l'Alliance Ford-Université du Michigan.

Les chercheurs ont analysé la consommation d'énergie primaire et les émissions de gaz à effet de serre au cours des cinq phases du vol VTOL :vol stationnaire au décollage, monter, croisière, descente et atterrissage en stationnaire. Ces avions consomment beaucoup d'énergie au décollage et en montée mais sont relativement efficaces en phase de croisière, voyager à 150 mph. Par conséquent, Les VTOL sont les plus écoénergétiques sur les longs trajets, lorsque la phase de croisière domine le total des miles de vol.

Mais pour les trajets plus courts (moins de 35 kilomètres (22 miles)), les véhicules à moteur à combustion interne à occupant unique consommaient moins d'énergie et produisaient moins d'émissions de gaz à effet de serre que les VTOL à occupant unique. C'est une considération importante car le trajet moyen en véhicule terrestre n'est que d'environ 17 kilomètres (11 miles).

"Par conséquent, les trajets où les VTOL sont plus durables que les voitures à essence ne représentent qu'une petite fraction du total annuel des véhicules-miles parcourus au sol, " a déclaré le co-auteur de l'étude Jim Gawron, un étudiant diplômé de la U-M School for Environment and Sustainability et de la Ross School of Business. "Par conséquent, Les VTOL seront limités dans leur contribution et leur rôle dans un système de mobilité durable."

Sans surprise, le VTOL a effectué le trajet de base de 100 kilomètres beaucoup plus rapidement que les véhicules au sol. Une trajectoire de vol VTOL point à point, couplé à des vitesses plus élevées, a permis de gagner environ 80 % de temps par rapport aux véhicules au sol.

« L'électrification des aéronefs, en général, devrait changer fondamentalement l'industrie aérospatiale dans un avenir proche, " a déclaré Furbush.

Les auteurs de l'étude notent que de nombreuses autres questions doivent être abordées pour évaluer la viabilité des VTOL, y compris le coût, le bruit et l'acceptation par la société et les consommateurs.