Le gouvernement britannique prévoit d'interdire la vente de nouvelles voitures conventionnelles à essence et diesel d'ici 2040. De toute évidence, le plan est que tous les citoyens conduisent des voitures électriques ou hybrides-électriques, ou, mieux encore, à vélo. Mais l'électrification peut-elle contribuer à réduire les émissions de cette autre forme de transport de passagers à forte intensité de carbone, en volant?

C'est une question complexe et où la taille compte. Il est possible que les petits aéronefs soient propulsés à l'électricité. En fait, plusieurs entreprises développent déjà de petits avions électriques et ils pourraient arriver sur le marché dans les prochaines années.

Mais pour les gros avions que nous utilisons tous plus fréquemment, il est peu probable que cela se produise de si tôt. Le problème n'est pas la technologie de propulsion mais le stockage d'énergie. Le carburéacteur contient environ 30 fois plus d'énergie par kilogramme que la batterie lithium-ion la plus avancée actuellement disponible.

Le plus grand avion de ligne du monde, l'Airbus A380, peut transporter 600 passagers 15, 000 kilomètres en un seul vol. Mais, d'après mes calculs, avec des piles, il ne pouvait voler qu'un peu plus de 1, 000 kilomètres. Même si tous les passagers et le fret étaient remplacés par des batteries, la plage serait toujours inférieure à 2, 000 kilomètres. Pour conserver sa gamme actuelle, l'avion aurait besoin de batteries pesant 30 fois plus que sa consommation actuelle de carburant, ce qui signifie qu'il ne décollerait jamais.

Ce compromis est particulièrement mauvais pour les vols long-courriers car le carburant représente la moitié du poids de l'avion au décollage. Quoi de plus, un avion conventionnel s'allège au fur et à mesure que le carburant est consommé, mais un avion électrique devrait transporter le même poids de batterie pendant tout le vol. Comme j'ai dit, questions de taille.

Pour un avion léger de cinq à dix places, le carburant devrait représenter 10 à 20 % du poids de l'avion. Le simple fait d'échanger le carburant contre des batteries pourrait encore réduire la distance que l'avion peut parcourir d'une quantité peu pratique. Mais remplacer deux ou trois passagers par des batteries supplémentaires donnerait une autonomie de 500 à 750 kilomètres, par rapport à une autonomie de plus de 1, 000km.

Premier modèle commercial

Cependant, il pourrait y avoir une autre option. La société israélienne Eviation a récemment révélé une version prototype de ce qu'elle prétend être le premier avion commercial de passagers entièrement électrique au monde. L'avion, nommé Alice, ne se contente pas d'échanger du carburéacteur contre des batteries, il s'agit d'un tout nouveau concept de conception qui améliore la manière dont le système de propulsion est intégré à la cellule. Transportant neuf passagers avec une portée de 1, 000km, Alice devrait entrer en service en 2022.

Alice peut être une alternative pratique pour les petits, les trajets régionaux mais pas pour la plupart des vols passagers réguliers, même court-courriers. Alors, comment l'électrification peut-elle aider ici? L'amélioration de la technologie des batteries est une option. Une nouvelle technologie connue sous le nom de batteries lithium-air peut théoriquement atteindre la même densité énergétique que le carburéacteur. Cependant, ils sont encore au stade du laboratoire. Compte tenu de la nature extrêmement soucieuse de la sécurité de l'industrie aéronautique, il est peu probable de planifier les futurs avions sur une technologie non éprouvée.

Ce que nous verrons plus probablement pour les vols court-courriers au cours des 20 à 30 prochaines années, ce sont des avions hybrides qui combinent les turboréacteurs actuels avec de nouveaux systèmes de propulsion électrique. Ce système hybride plus flexible pourrait être optimisé pour fournir la poussée élevée requise pour le décollage et la densité d'énergie nécessaire pour une longue croisière.

Il s'agit d'un domaine activement poursuivi dans le projet E-FanX, qui implique Airbus, Rolls-Royce et Siemens s'associent pour développer un démonstrateur de vol à propulsion hybride-électrique. A l'aide d'un avion BAe 146, qui transporte généralement une centaine de passagers, ils prévoient de remplacer l'un des quatre turboréacteurs Honeywell de l'avion par un ventilateur propulseur entraîné par un moteur électrique de deux mégawatts.

Dans les phases initiales du projet, l'électricité sera en fait fournie par une turbine à gaz Rolls-Royce AE2100 logée dans le fuselage de l'avion (corps principal). Mais l'E-FanX restera une étape importante dans l'évolution de la technologie électrique hybride. Airbus dit vouloir rendre cette technologie disponible pour les avions de 100 places d'ici les années 2030.

Il est également possible d'équiper un avion de plusieurs petits propulseurs électriques dans un système de propulsion dit distribué qui est plus efficace que les conceptions traditionnelles qui utilisent deux gros turboréacteurs. Cette idée peut être poussée plus loin en combinant le fuselage et les ailes séparés en un seul "corps d'aile mixte", intégrer plus efficacement les propulseurs avec la cellule dans une conception plus aérodynamique. Cela pourrait réduire de 20 % la quantité d'énergie dont l'avion aurait besoin.

Mais aucun des deux principaux constructeurs d'avions au monde, Boeing et Airbus, recherchent activement la technologie des ailes mixtes. Un changement de conception aussi important comporte trop de défis techniques pour le rendre commercialement viable à l'heure actuelle. Par exemple, la plupart des aéroports ne seraient pas en mesure d'accueillir un avion à voilure mixte.

Pas d'alternative

Malheureusement, pour le type de vols que la plupart d'entre nous effectuons, il n'existe actuellement aucune alternative pratique aux turboréacteurs à double flux. Pour cette raison, les principaux motoristes d'avions investissent massivement dans l'amélioration de leur technologie moteur actuelle. L'Association du transport aérien international estime que chaque nouvelle génération d'avions est en moyenne 20 % plus économe en carburant que le modèle qu'elle remplace, et que les compagnies aériennes investiront 1,3 billion de dollars américains dans de nouveaux avions au cours de la prochaine décennie.

Par exemple, Le moteur le plus récent de Rolls-Royce, le Trent XWB qui équipe le nouvel Airbus A350, est commercialisé comme "le gros moteur d'avion le plus efficace au monde". Airbus affirme que le moteur aidera l'A350 à réduire de 25 % ses coûts d'exploitation, consommation de carburant et émissions de CO₂ par rapport aux avions de la génération précédente".

La prochaine génération de moteur Rolls-Royce, l'UltraFanTM, offrira une réduction supplémentaire de 20 à 25 % de la consommation de carburant et des émissions de CO₂ et devrait entrer en service en 2025.

Mais il convient de rappeler que l'aviation ne contribue actuellement qu'à 2 % à 3 % des émissions mondiales de CO₂. Cela se compare à environ 30 à 35 % pour l'ensemble du secteur des transports, et 30 à 35 % supplémentaires pour la production d'électricité.

Le nombre de passagers aériens devrait doubler au cours des deux prochaines décennies, mais il en va de même des émissions totales, il est donc peu probable que l'aviation représente une plus grande partie du problème. Réduire les émissions de l'aviation de 20 % par génération d'avions pourrait probablement ne pas être une amélioration durable. Mais si les avions hybrides devenaient une réalité, le vol pourrait vraiment devenir un contributeur encore moins important aux émissions totales qu'il ne l'est aujourd'hui.

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