Voiture électrique, les trains, trams et bateaux existent déjà. Cela conduit logiquement à la question :pourquoi ne voyons-nous pas de gros avions électriques ? Et les verrons-nous bientôt ?

Pourquoi avons-nous des voitures et des trains électriques, mais peu d'avions électriques ? La raison principale est qu'il est beaucoup plus simple de modifier radicalement une voiture ou un train, même s'ils ressemblent beaucoup aux véhicules traditionnels à combustible fossile à l'extérieur.

Les véhicules terrestres peuvent facilement supporter la masse supplémentaire des systèmes de stockage d'électricité ou de propulsion électrique, mais les avions sont beaucoup plus sensibles.

Par exemple, augmenter la masse d'une voiture de 35 % entraîne une augmentation de la consommation d'énergie de 13 à 20 %. Mais pour un avion, la consommation d'énergie est directement proportionnelle à la masse :augmenter sa masse de 35 % signifie qu'elle a besoin de 35 % d'énergie en plus (toutes choses étant égales par ailleurs).

Mais ce n'est qu'une partie de l'histoire. Les avions voyagent également beaucoup plus loin que les véhicules terrestres, ce qui signifie qu'un vol nécessite beaucoup plus d'énergie qu'un voyage en voiture moyen. L'avion doit emmagasiner à bord toute l'énergie nécessaire au déplacement de sa masse à chaque vol (contrairement à un train connecté à un réseau électrique). L'utilisation d'une source d'énergie lourde signifie donc que plus d'énergie est nécessaire pour un vol, ce qui entraîne une masse supplémentaire, et ainsi de suite.

Pour un avion, la masse est cruciale, c'est pourquoi les compagnies aériennes pèsent méticuleusement les bagages. Les avions électriques ont besoin de batteries avec suffisamment d'énergie par kilogramme de batterie, ou la pénalité de masse signifie qu'ils ne peuvent tout simplement pas parcourir de longues distances.

Avions à courte portée

Malgré cela, les avions électriques se profilent à l'horizon, mais vous ne verrez pas de 747 électriques de si tôt.

Les meilleures batteries lithium-ion disponibles actuellement fournissent environ 200 wattheures (Wh) par kilogramme, environ 60 fois moins que le carburant d'avion actuel. Ce type de batterie permet d'alimenter de petits taxis aériens électriques pouvant transporter jusqu'à quatre passagers sur une distance d'environ 100 km. Pour les longs trajets, des cellules plus denses en énergie sont nécessaires.

Avions de banlieue électriques à courte portée pouvant transporter jusqu'à 30 personnes sur moins de 800 km, par exemple, nécessitent spécifiquement entre 750 et 2, 000Wh/kg, ce qui représente environ 6 à 17 % du contenu énergétique du carburéacteur à base de kérosène. Même les avions plus gros nécessitent des batteries de plus en plus légères. Par exemple, un avion transportant 140 passagers pour 1, 500 km consomment environ 30 kg de kérosène par passager. Avec la technologie de batterie actuelle, presque 1, 000kg de batteries sont nécessaires par passager.

Pour rendre les avions régionaux de banlieue entièrement électriques, il faut quatre à dix fois moins de poids de batterie. Le taux d'amélioration historique à long terme de l'énergie de la batterie a été d'environ 3 à 4 % par an, doublant environ toutes les deux décennies. Sur la base de la poursuite de cette tendance historique, l'amélioration quadruple nécessaire pour un avion de banlieue entièrement électrique pourrait potentiellement être atteinte vers le milieu du siècle.

Bien que cela puisse sembler une attente incroyablement longue, ceci est cohérent avec l'échelle de temps du changement dans l'industrie de l'aviation pour les cycles de vie de l'infrastructure et de la conception des aéronefs. Un nouvel avion prend environ 5 à 10 ans à concevoir, et restera ensuite en service pendant deux à trois décennies. Certains avions volent encore 50 ans après leur premier vol.

Voici les hybrides

Cela signifie-t-il que les vols longue distance dépendront toujours des combustibles fossiles ? Pas nécessairement.

Alors que les gros porteurs entièrement électriques nécessitent un changement encore à inventer dans le stockage d'énergie, il existe d'autres moyens de réduire l'impact environnemental du vol.

Les avions hybrides-électriques combinent carburants et propulsion électrique. Cette classe d'avions comprend la conception sans batteries, où le système de propulsion électrique sert à améliorer le rendement de poussée, réduire la quantité de carburant nécessaire.

Des avions hybrides électriques à batteries sont également en développement, où les batteries peuvent fournir une puissance supplémentaire dans des circonstances spécifiques. Les batteries peuvent alors, par exemple, assurer des décollages et des atterrissages propres pour réduire les émissions à proximité des aéroports.

Les avions électriques ne sont pas non plus le seul moyen de réduire l'empreinte carbone directe du vol. Carburants alternatifs, comme les biocarburants et l'hydrogène, sont également à l'étude.

Biocarburants, qui sont des carburants dérivés de plantes ou d'algues, ont été utilisés pour la première fois sur un vol commercial en 2008 et plusieurs compagnies aériennes ont effectué des essais avec eux. Bien qu'il ne soit pas largement adopté, des recherches importantes étudient actuellement les biocarburants durables qui n'ont pas d'impact sur les sources d'eau douce ou la production alimentaire.

Alors que les biocarburants produisent encore du CO₂, ils ne nécessitent pas de modifications importantes des aéronefs ou des infrastructures aéroportuaires existantes. Hydrogène, d'autre part, nécessite une refonte complète de l'infrastructure de ravitaillement de l'aéroport et a également un impact significatif sur la conception de l'avion lui-même.

Alors que l'hydrogène est très léger - l'hydrogène contient trois fois plus d'énergie par kilogramme que le kérosène - sa densité est très faible, même lorsqu'il est stocké sous forme liquide à -250 ℃. Cela signifie que le carburant ne peut plus être stocké dans l'aile mais doit être déplacé vers des réservoirs relativement lourds et encombrants à l'intérieur du fuselage. Malgré ces inconvénients, Les vols longue distance à l'hydrogène peuvent consommer jusqu'à 12 % d'énergie en moins que le kérosène.

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