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René Trégouët
Sénateur Honoraire
Créateur du Groupe de Prospective du Sénat
Rédacteur en Chef de RT Flash
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EDITORIAL :
Les émissions mondiales de CO2 liées à l’aviation commerciale atteignent à présent près d’un milliard de tonnes par an, soit 2,7 % du total des émissions humaines de CO2 en 2019, selon le Carbon Global Project (36,8 milliards de tonnes liées à l’ensemble des consommations d’énergies fossiles et hors usages agricoles et forestiers-voir Global Carbon).
Mais des recherches récentes ont montré que, si l’on intégrait l’effet néfaste sur les nuages et le climat des trainées persistantes de condensation (encore appelées trainées blanches), laissées par les avions en haute altitude, il faudrait doubler ce poids de l’aviation, qui pèserait alors pour plus de 5 % dans le réchauffement climatique global.
Une étude allemande, réalisée par l’Institut de physique de l’atmosphère d’Oberpfaffenhofen, a par ailleurs récemment montré que, compte tenu des prévisions d’augmentation du trafic aérien, qui tablait, avant la pandémie de Covid 19, sur un quasi doublement du trafic aérien d’ici 2040 (le nombre d’appareils passerait de 26 000 à 48 000 et le nombre de passagers transportés passerait de 4,3 milliards en 2018 à 10 milliards en 2040), cet impact délétère des traînées de givre de l’aviation sur le climat risquait de tripler d’ici 2030, et pourrait peser, à l’horizon 2050, 15 % du forçage radiatif total qui provoque le réchauffement mondial des températures (Voir European Geosciences Union). Un tel scenario perspective est évidemment totalement incompatible avec les derniers objectifs prévus par la COP26, qui rappelle que, pour limiter simplement le réchauffement climatique sous la barre des deux degrés, il faut impérativement réduire nos émissions mondiales de CO2 de 30 % d’ici 2030, ce qui revient à multiplier par quatre le rythme de réduction de nos émissions au cours de la prochaine décennie (Voir ONU).
En février dernier, l’'association du transport aérien international (IATA), qui s'était déjà engagée à réduire de moitié ses émissions de CO2 d'ici à 2050 comparé à 2005, a annoncé qu’elle visait désormais la neutralité carbone en 2050, ce qui suppose non seulement une réduction de 4 % par an du trafic aérien global dès 2024, et non pas une augmentation annuelle de 4 %, comme cela était prévu jusqu’à présent, mais également, selon Willie Walsh, le directeur général de l'IATA, le recours massif aux carburants verts, la réduction drastique de la consommation des appareils et des concepts d'avions propres radicalement nouveaux, comme l’avion à hydrogène qu’Airbus espère mettre au point d’ici 2035.
Mais en attendant que ces avions du futur voient le jour, la transition vers des carburants verts est déjà bien entamée. Grâce à la technologie combinée de l’entreprise française Global Bioenergies, et de l’allemande Swift Fuel, un avion de tourisme a volé en juin dernier avec une essence à 97 % d’origine végétale, mise au point par Swift Fuel et fabriquée à partir de betteraves. Notons également qu’il y a quelques semaines, l’Allemagne a inauguré sa première usine de kérosène neutre en carbone, près de la ville de Werlte. Ce kérosène propre est issu du procédé « Power-to-Liquid : concrètement, il s'agit d'utiliser de l'hydrogène, produit par électrolyse, et de capter du CO2 dans l'atmosphère. En recombinant les deux, on obtient un carburant de synthèse imitant le kérosène d'aviation. L'usine allemande utilise du CO2 capté dans l'air et provenant d'une usine de biogaz de la région qui utilise des déchets alimentaires, tandis que l'électricité, pour produire l'hydrogène, provient d'installations éoliennes et solaires.
En septembre dernier, les groupes français TotalEnergies et Safran ont pour leur part annoncé un partenariat stratégique afin de développer le recours aux carburants d’aviation durables (SAF) et ainsi réduire l’empreinte carbone du transport aérien. Au niveau européen, le projet Take-off, qui a démarré en janvier 2021, vise à produire du carburant synthétique renouvelable pour l’aviation à partir de CO2 et d’hydrogène (H2). Ce projet réunit onze partenaires scientifiques et industriels (dont le CNRS) qui travaillent sur le développement de nouveaux catalyseurs et procédés pour la synthèse sélective d’oléfines légères (éthylène et propylène) à partir de CO2 et d’hydrogène.
Il y a quelques semaines, l’US Air Force, en collaboration avec l’entreprise Twelve, a annoncé qu’elle avait réussi à produire du carburéacteur à partir de CO2. Baptisé E-Jet, ce carburant neutre en carbone est fabriqué grâce à un nouveau réacteur électrochimique (électrolyseur) et un catalyseur qui électrifie le CO2 et l’eau, ce qui crée un gaz de synthèse CO + H2, qui est ensuite raffiné en carburéacteur neutre en carbone (Voir Air Force).
S’agissant de la nécessaire transition vers de nouveaux modes de propulsion, sinon totalement propres, du moins beaucoup moins polluants, industriels et constructeurs font assaut d’ingéniosité et d’initiatives pour concevoir des appareils plus légers, moins bruyants et surtout beaucoup plus économes en énergie et fonctionnant, pour les courts et moyens courriers, sur le mode hybride, ou tout électrique.
La société américaine Amedeo vient de passer une précommande de 200 avions électriques conçus par Aura Aero. Baptisé ERA, pour Electrical Regional Aircraft, cet appareil devrait effectuer son premier vol en 2024. Conçu par l'entreprise toulousaine Aura Aero, cet avion hybride de 19 places pourra couvrir près de 400 km uniquement grâce à l'énergie électrique (et 1800 km en version hybride). Cet appareil hybride à propulsion électrique sera équipé d’un turbo générateur pouvant fonctionner avec des carburants durables. « Notre volonté est de développer l’avion qui correspond au plus gros marché possible. Il vaut mieux réduire de 80 % les émissions d’une part importante des vols que 100 % d’une part négligeable du marché », estime Jérémy Caussade, le patron d’Aura Aero. « Le premier vol d’Integral E, la version électrique du biplace, devrait intervenir en 2022. »
Sur ce marché en pleine effervescence, il faudra aussi compter sur la jeune société Voltaero, fondée par des anciens ingénieurs d'Airbus. Soutenu par l’UE, Voltaero a récemment présenté son prototype Cassio 1, basé sur un Cessna 337 mais doté d’une technologie numérique et électronique dernier cri, et équipé d'un mode de propulsion associant un moteur thermique et cinq moteurs électriques totalisant 600 kilowatts (plus de 800 chevaux), ce qui lui permet d’embarquer 10 passagers. « La fonction principale du moteur thermique est de recharger les batteries, afin que l’appareil soit toujours à son mode optimal de consommation. En revanche, tous les atterrissages et décollages sont faits en électrique », précise M. Botti, PDG et directeur technologique de Voltaero
Pour faire le plein d’énergie, il suffira de brancher l'appareil sur secteur entre deux utilisations, exactement comme pour une voiture hybride rechargeable. L’engin pourra alors parcourir jusqu'à 200 km sur ses seules batteries (pour un rayon d'action maximum de 1.200 km), sans consommer une goutte de carburant. Au-delà, le moteur thermique se mettra en marche, mais avec une consommation de carburant réduite en moyenne d’un tiers sur l'ensemble des trajets. Voltaero prévoit des livraisons d'une version quatre places en 2023, puis d’un dix-places à l'horizon 2026. Cette entreprise, qui espère produire 300 appareils par an, veut également donner un nouveau souffle aux aérodromes aujourd'hui sous-utilisés, et participer au désenclavement des territoires, sans nuire à l'environnement.
Les principaux acteurs du secteur aéronautique, General Electric, Rolls-Royce, ou encore la Nasa, ont bien compris l’intérêt économique et environnemental de la technologie hybride pour les avions destinés aux liaisons régionales, mais soulignent qu’il ne faut pas attendre un gros porteur hybride, ou utilisant l’hydrogène, avant au moins deux décennies, tant les défis techniques à surmonter sont importants, à commencer par la réduction du volume des batteries, la multiplication par quatre de leur densité énergétique, ou le stockage sécure d’une quantité suffisante d’hydrogène pour effectuer de longs vols.
Mais dans le secteur de l’aviation légère, à court et moyen rayon d’action, l’avenir ne sera pas seulement électrique, il sera aussi… vertical. L’autre révolution technologique, déjà en cours, est en effet celle des avions à décollage et atterrissage verticaux, qu’ils soient à propulsion électrique ou hybride. La société américaine Bell Textron a récemment présenté de nouveaux modèles d’avions à grande vitesse capables de décoller et d’atterrir verticalement avec des hélices. Ces engins sont basés sur le concept HSVTOL, une technologie qui permet des décollages et des atterrissages verticaux à grande vitesse et combine les capacités de vol stationnaire d’un hélicoptère avec les performances de vitesse et de portée d’un avion de combat. Bell Trexton souligne qu’il ne s’agit pas de proposer des « avions au rabais », mais des appareils ayant des vitesses de croisière supérieures à 400 nœuds (740 km/h), une indépendance totale vis-à-vis des pistes de décollage, une aptitude au vol stationnaire, et une grande polyvalence pour différents types de missions. Bien que Bell Textron reste très discret sur ses solutions techniques, elle précise que ses différents prototypes ont tous en commun un fuselage central équipé d’ailes aux extrémités desquelles se trouvent des moteurs basculants avec des rotors repliables. Ces appareils utilisent ces moteurs en position verticale pour décoller et atterrir, et ces moteurs vont ensuite se positionner horizontalement avec les rotors repliés, de manière à améliorer l’aérodynamisme en vitesse de croisière. Des réacteurs distincts, intégrés dans le fuselage, assurent quant à eux la propulsion de l’engin.
Signe des temps, ces prototypes d’avions électriques à décollage et atterrissage verticaux (Adav), sont de plus en plus nombreux. La société israélienne Air propose pour sa part un Adav électrique de deux places, destiné aux particuliers. L’appareil sera capable d’effectuer 180 kilomètres ou de voler pendant une heure à une vitesse maximale de 250 km/heure. Il pourra recharger ses batteries en seulement une heure. L'appareil est équipé de huit rotors électriques verticaux, montés par paires sur quatre bras. Ses ailes peuvent être repliées afin de pouvoir le ranger dans un garage. Le constructeur a également développé son propre logiciel de navigation « fly by intent » qui gère toutes les fonctions complexes pour que l'appareil puisse être utilisé sans avoir besoin d'être piloté. Un système de surveillance avec intelligence artificielle inspecte régulièrement toutes les fonctions de l'Air One. Air met en avant le gain de temps pour les trajets personnels, en prenant l’exemple d’un voyage de Westport à New York, qui ne prendra plus que 25 minutes avec l’Air One, au lieu de deux bonnes heures par la route. .
Dans ce foisonnement technologique, évoquons également l’appareil eVTOL, un avion électrique à décollage et atterrissage verticaux, dont la commercialisation est prévue pour 2026 et qui est développé par Jaunt Air Mobility, entreprise américaine venue s’installer au Québec récemment. « Il décolle comme un hélicoptère, mais vole en translation, comme un avion, ce qui lui permet d’atterrir n’importe où, mais la grande différence avec un hélicoptère, c’est que ça ne fait pas de bruit. » précise Éric Côté, président de Jaunt Air Mobility Canada. Dans un monde où les mégapoles sont six fois plus nombreuses qu’en 1970 et de plus en plus peuplées et étendues, et où il devient de plus en plus difficile, pour des raisons à la fois économiques et environnementales, de construire de nouvelles infrastructures routières, ces nouveaux acteurs, comme les géants du secteur, ont bien compris qu’il y avait là un gigantesque marché à prendre, au cours des 20 ans à venir. Quant au prix de la prestation pour le client, Eric Côté pense qu’il doit se rapprocher de celui d’une course en taxi, sur un trajet équivalent : « Notre ambition, c’est de pouvoir proposer le trajet aérien qui va du centre-ville de New York à l’aéroport JFK à 48 $ », précise-t-il.
La compagnie américaine Joby Aviation espère pour sa part le lancement commercial de ses eVTOL (pour “avions électriques à décollage et atterrissage vertical”) d’ici à trois ans, et comptabilise déjà plus de 1000 vols d’essai à l’heure actuelle. Cette société développe un appareil pouvant accueillir 4 passagers et voler jusqu’à 322 km/h pour une autonomie de 241 km. En juillet dernier, cette compagnie a annoncé avoir réalisé un vol de plus de 240 kilomètres avec son aéronef électrique à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL). Le vol a été réalisé dans le courant du mois de juillet sur la base de Joby, en Californie. L'eVTOL, piloté depuis le sol, a décollé verticalement avant de passer au vol et de réaliser 11 tours d'un circuit prédéfini en 1h17 puis d'atterrir verticalement.
Airbus, par le biais de sa filiale, Airbus Helicopters, développe également son taxi volant, dont l’homologation est prévue pour 2025. Baptisé CityAirbus de nouvelle génération (NextGen), l'engin est également un E-VTOL, un appareil 100 % électrique à décollage vertical, doté d'ailes fixes, d'une queue en V et d'un système innovant de propulsion distribué, comportant huit hélices électriques. City Airbus peut transporter jusqu'à quatre passagers, sans aucune émission polluante. L'appareil disposera d'une autonomie de 80 km en volant à une vitesse de 120 km/heure, et son niveau sonore sera remarquablement bas : moins de 65 décibels (dB) pendant les survols et inférieurs à 70 dB lors des atterrissages, précise Airbus Helicopters.
Reste que l’autorisation de mise sur le marché de ce type d’appareil sera un véritable marathon réglementaire car ces engins qui, par définition, survoleront les villes, devront satisfaire à des normes de sécurité draconiennes, tant sur le plan de la motorisation redondante qu’en matière de systèmes anti-collision et d’autonomie informatique de navigation, y compris face à des circonstances imprévues. Il faut notamment savoir que le contrôle radar, tel qu’il existe actuellement, ne permet pas de gérer en toute sécurité la navigation aérienne de cette catégorie d’engins et il faudra attendre l’arrivée de la 5G pour gérer les communications à basse altitude. Le succès de ces taxis et bus volants implique également la construction de nombreux mini aéroports, appelés skyports, qui seront installés au sol ou sur les toits de certains immeubles, mais devront répondre, eux aussi, à des normes strictes de sécurité, et posent des problèmes d’intégration urbaine et environnementale qu’il faudra surmonter.
Il y a quelques jours, la société australienne AMSL Aero a fait sensation en présentant une nouvelle version de son VTOL baptisé Vertiia. Contrairement aux VTOL conçus pour un usage urbain cet appareil peut parcourir les longues distances qui caractérisent l’immense continent australien. Grâce à sa pile à combustible, il peut désormais atteindre une autonomie remarquable de 1.000 kilomètres et transporter le pilote et quatre passagers avec une charge totale de 500 kg. L'appareil est doté de huit rotors, en deux rangées de quatre, capables de pivoter pour une poussée verticale pour le décollage, ou horizontale pour le vol. Il peut atteindre une vitesse de croisière de 300 km/h (Voir New Atlas).
Il était impossible de terminer ce rapide tour d’horizon du paysage aéronautique en pleine mutation, sans évoquer l’éventuel retour, près de 20 ans après le dernier vol du Concorde, d’un avion civil supersonique dans les airs. Hermeus, une start-up américaine fondée par d’anciens ingénieurs de SpaceX et basée à Atlanta, travaille sur un projet d’avion hypersonique qui permettrait de relier Londres à New York en seulement 90 minutes, à une vitesse de croisière de 4 800 km/heure. Le moteur de cet appareil hypersonique combinera deux technologies, un turboréacteur, semblable à celui qu’utilisent les avions de ligne, et un statoréacteur, qui ne fonctionne qu’aux vitesses supersoniques. Hermeus précise que son engin ne pourra accueillir qu’une vingtaine de passagers et pourra seulement emprunter les voies aériennes transatlantiques telle que Londres-New York mais pas les transpacifiques, comme Los-Angeles-Tokyo, et ce pour des raisons de rayon d'action. Reste que cet appareil, s’il voit le jour, ne pourra pas emprunter les voies aériennes terrestres, compte tenu des nouvelles réglementations bien plus sévères sur le bruit. Une autre entreprise américaine, Aerion, travaille également sur un projet d’avion supersonique pouvant rejoindre New York à Londres en une heure. Il mettrait dix minutes de plus que l’avion d’Hermeus à relier Londres à New York mais il pourrait accueillir 50 passagers, et non 20.
L’Agence spatiale britannique n’est pas en reste et prévoit de relier Londres à Sydney en quatre heures d’ici 2030, grâce un avion-fusée équipé d’un moteur hybride révolutionnaire, plus économe et plus propre. Cet engin décollerait à l’horizontale, comme un avion, puis pourrait ensuite emprunter les routes spatiales et atteindre plus de 30 000 km/h, 25 fois la vitesse du son. La plupart des spécialistes doutent cependant qu’un tel avion puisse effectuer son premier vol commercial en 2030, comme le prévoit l’agence britannique, tant les défis technologiques qui restent à surmonter sont nombreux…
Beaucoup plus réaliste, le futur avion supersonique de la Nasa baptisé Low-Boom Flight Demonstrator (LBFD) pourrait permettre, quant à lui, de réduire de moitié les vols long-courriers selon le gouvernement américain. À une vitesse de 1 728 km/h et à une altitude de 16 000 mètres, il pourrait donc rallier Paris à New York en un peu plus de 3 heures 20, une durée qui ne sera pas inférieure à celle du Concorde, il y a 50 ans, mais avec un niveau sonore bien moins élevé et une consommation d’énergie bien plus faible, grâce aux avancées en matière de matériaux et de motorisation et à l’intégration des outils numériques.
Mais, disons le franchement, alors que les nouvelles priorités économiques et politiques sont à présent soumises aux impératifs de lutte contre le changement climatique, dont nous percevons de plus en plus les effets concrets et dévastateurs, il est peu probable que l’on puisse revoir à nouveau avant longtemps dans nos cieux des avions civils supersoniques car, les lois de la physique n’étant pas négociables, de tels appareils, quels que soient les progrès techniques qui interviendront, devront consommer beaucoup d’énergie pour aller très vite. En outre, leur impact climatique réel sur l’atmosphère et la stratosphère reste mal connu et pourrait être important. Peut-être faudra-t-il attendre une rupture technologique majeure, et la mise au point de modes de propulsion radicalement nouveaux, comme le moteur électromagnétique ou ionique, pour que des avions super et hypersoniques puissent relier les continents.
En attendant ce jour lointain, nous allons assister dans les années qui viennent à l’accélération de cette grande mutation du transport aérien, qui sera marquée par une décarbonation croissante de l’aviation, mais aussi par l’apparition et la coexistence d’un grand nombre de nouveaux types d’engins aériens (et je n’ai pas évoqué l’immense panoplie des drones, appelés à jouer un rôle économique de plus en plus grand), caractérisés par leur polyvalence, leur modularité, leur sobriété, leur autonomie de pilotage et leur haut niveau de sécurité. A nous de faire en sorte que ce foisonnement extraordinaire de nouvelles solutions de déplacement et de transport aérien, tant pour les hommes que pour les marchandises, puisse bénéficier au plus grand nombre, être socialement accepté et bien sûr, rester supportable sur le plan environnemental…
René TRÉGOUËT
Sénateur honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
e-mail : tregouet@gmail.com
