Quand Chitty Chitty Bang Bang est sorti il ​​y a 50 ans, les voitures volantes étaient une envolée de fantaisie. Maintenant, ces véhicules futuristes entrent dans les franges extérieures de la réalité. Selon une nouvelle étude publiée dans Nature, pour certains trajets, les voitures volantes pourraient éventuellement être plus écologiques que même les voitures de route électriques, réduire les émissions tout en réduisant le trafic sur des routes de plus en plus fréquentées.

Cependant, les lacunes dans la technologie nécessaire et les incertitudes pratiques au-delà de la physique prometteuse des voitures signifient qu'elles pourraient ne pas arriver à temps pour être une solution à grande échelle à la crise énergétique et à la congestion, voire pas du tout.

Comment faire voler une voiture

Il peut sembler fou à première vue qu'une voiture volante soit plus efficace qu'une voiture de route, surtout quand les avions conventionnels ont la réputation d'être énergivores. Mais voler n'est pas intrinsèquement inefficace - après tout, les oiseaux peuvent voler entre les continents sans manger. Bien sûr, un petit, la voiture à quatre passagers n'est pas un albatros, mais ce n'est pas non plus un Boeing 737.

Il y a plusieurs façons de faire voler une voiture, mais la plupart sont trop problématiques pour décoller. L'option la plus prometteuse est peut-être celle prise dans cette étude, basé sur la physique des avions à décollage et atterrissage verticaux (VTOL). Ce sont des bêtes assez incroyables.

Si vous avez entendu parler de VTOL, quelque chose comme un Harrier Jump Jet vient probablement à l'esprit, avec deux énormes moteurs dirigeant la poussée qui peuvent être inclinés verticalement ou horizontalement. Mais ces voitures volantes beaucoup plus petites et plus légères fonctionnent différemment, avec beaucoup de petits ventilateurs électriques soufflant de l'air de nombreux endroits. Cette technologie de propulsion électrique distribuée (DEP) en plein développement est la clé de l'efficacité en croisière, et cela crée également des possibilités de décollage et de vol stationnaire plus silencieux, car plusieurs petites sources de bruit peuvent être mieux gérées.

La conception des ailes et des hélices peut également être optimisée pour être longue, mince, et ont beaucoup de surfaces mobiles, tout comme les oiseaux le font pour rendre leur vol efficace. L'objectif de toutes ces améliorations techniques est d'obtenir une portance maximale pour une traînée minimale - la force qui s'oppose au mouvement d'un objet dans l'air et le ralentit. Un meilleur rapport de levage à la traînée signifie une consommation d'énergie inférieure, et donc moins d'émissions.

Ces innovations économes en énergie facilitent la croisière, mais elles n'aident pas beaucoup au décollage, planant, ou à l'atterrissage, qui sont encore intrinsèquement inefficaces. Ainsi, bien que les véhicules volants VTOL soient toujours viables pour les courts trajets intra-urbains et les livraisons de pizzas, ils ne résoudront pas la crise énergétique.

Pour des trajets de 100km, les véhicules volants électriques pourraient être 35% plus efficaces qu'une voiture à essence - bien que, en supposant le même nombre de passagers, encore moins efficace qu'une voiture de route électrique. Cependant, il est juste de supposer que les voitures volantes serviront principalement de services de taxi dans des couloirs aériens prédéfinis, et sont donc susceptibles de transporter systématiquement plus de personnes. Compte tenu de cela, pour un trajet de 100 km, les émissions des voitures volantes pourraient être inférieures de 6 % à celles des voitures électriques.

Au fur et à mesure que la distance parcourue augmente, il en va de même des gains d'efficacité par rapport aux voitures de route stop-start, qui doivent faire face à la résistance au roulement et à un flux d'air moins efficace. Mais malheureusement, gamme est le talon d'Achille de l'aviation électrique. L'étude porte sur une portée allant jusqu'à environ 200 km et ici, les voitures volantes pourraient bien fonctionner. Mais alors que les avions à réaction peuvent perdre jusqu'à 70 % de leur poids pendant le vol (bien qu'à un coût de 100 kg de CO₂ par passager et par heure), les batteries ne s'allègent pas au fur et à mesure qu'elles se déchargent. Cela signifie qu'au-delà de 200 km environ, le transport de piles devient un inconvénient distinct.

L'opinion admise est que les avions électriques ne seront viables que pour les vols court-courriers. C'est la densité d'énergie qui compte, mesurée en wattheures par kilogramme. À l'heure actuelle, les meilleures batteries fournissent environ 250 W-h/kg, une simple ombre de carburéacteur et d'essence 12, 000 Wh/kg. Les batteries pourraient grimper jusqu'à 800 W-h/kg d'ici le milieu de ce siècle, augmentant leur portée possible à 700 milles - la moitié de tous les vols mondiaux se situent dans cette distance. Mais sans innovation plus spectaculaire dans la technologie des batteries, les biocarburants et les carburants liquides issus de la capture du CO₂ dans l'air devront probablement jouer un rôle important dans les voyages aériens long-courriers.

Problèmes en pratique

En se concentrant entièrement sur la physique des voitures volantes, le document évite un certain nombre d'aspects pratiques qui doivent être pris en compte avant d'adopter les voitures volantes VTOL comme forme de transport durable pour l'avenir. Par exemple, il est important de considérer les coûts carbone de production, temps d'entretien et d'arrêt, connue sous le nom d'analyse du cycle de vie (ACV). Les véhicules électriques ont été critiqués à la fois pour les coûts énergétiques et environnementaux de l'extraction de matières premières pour les batteries, comme le lithium et le cobalt. L'infrastructure supplémentaire requise pour le vol peut aggraver le problème des voitures volantes. Et bien sûr, a grid powered by low-carbon sources is essential to make battery-powered vehicles part of the solution to our climate crisis.

Aircraft also have highly stringent criteria for maintenance and downtime, which can often offset gains in performance and emissions. As an entirely new breed of planes, it's impossible to predict how much it might cost to keep them air-worthy. Unforeseen maintenance complications can cost billions – just ask Boeing.

Finalement, weather matters. A tailwind of 35mph reduces power use and emissions by 15%, but a 35mph headwind increases them by 25%. Having to carry heavy extra batteries to avoid the potential catastrophe of running out of charge before encountering a suitable landing place could offset emissions savings. Road cars, par contre, can easily pull over to the side of the road when needed, without consequence.

So when it comes down to CO₂ emissions per passenger kilometre, at present these advanced DEP flying cars are at best comparable to their road-going electric equivalents, et, au pire, little better than conventional combustion cars. With technology and safety improvements, they could yet play a part in our fossil-fuel-free future, taking short-haul planes out of our skies and freeing up fume-filled roads. The question on everyones' lips is whether these flying cars will be ready in time to make a jot of difference to our very pressing energy crisis. Can we wait 30 years?

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.