À quoi ressembleront les avions du futur ?

Il ne fait aucun doute que l’électrification des véhicules routiers a explosé dans les années 2010, et va arriver à maturité durant la décennie 2020. C’est une bonne nouvelle, car même si certaines personnes doutent de leurs sobriétés en CO2, les voitures électriques sont bien plus vertes dans 95% du monde selon les études récentes basées sur leur cycle de vie complète. Une voiture électrique émet ainsi 70 % de carbone en moins qu’une voiture à essence dans un pays comme la France qui tire la majeure partie de son électricité du nucléaire.

Électrifier l’aviation ?

Mais il y a une révolution qu’il reste à faire si on veut décarboniser nos moyens de transport. L’aviation.

En 1903, les frères Wright réussissent pour la 1ere fois à faire voler un engin à moteur. En 1927, Charles Lindbergh traverse pour la 1ere fois l’atlantique. En 1939, premier vol commercial transatlantique. En 1947, le mur du son est franchi. En 1976, premiers vols supersoniques commerciaux avec le concorde.

Et j’ajoute qu’on est passé de “je ne sais pas comment faire voler un engin”, à “je pose le pied sur la Lune” en 66 ans. Si on prend une vue macroscopique sur l’Histoire, c’est quand même dingue ! C’est clairement une technologie qui a façonné le monde dans lequel on vit aujourd’hui.

Mais forcément, il y a moyen de mieux faire, car les avions émettent des particules et des gaz tels que le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau, hydrocarbures, monoxyde de carbone, oxydes d’azote, oxydes de soufre, plomb et surement d’autres trucs qui interagissent avec l’atmosphère et qui polluent. Le panel international sur le changement climatique a estimé que le secteur de l’aviation est responsable de 3,5% du réchauffement climatique anthropogène par an. Ça n’a pas l’air beaucoup, mais ça équivaut environ aux émissions de toute l’Amérique du Sud en une année.

Alors à l’heure où j’écris ces lignes, en plein dans la pandémie du covid19, le secteur de l’aviation fonctionne au ralenti, car de nombreux pays ont fermé leur frontière le temps que l’on passe cette crise sanitaire. Du coup ce chiffre sera bien différent cette année et ce sera intéressant de voir la différence.

Peut-on espérer voir des avions électriques remplacer les avions de lignes actuelles ? Autrement dit, est-ce que l’électrification des transports touchera l’aviation ?

Alors en théorie oui. Il n’y a aucune loi physique qui empêche un avion de ligne d’être électrique. Ça se résume en un gros problème d’ingénierie. Et il y a déjà eu des prototypes d’avions électriques depuis les années 70. Mais principalement limité à des petits avions solos qui ne vont pas très loin. Le 1er vol d’un avion électrique est attribué à l’avion MB-1E en 1973 avec un temps de vol de moins de 15 minutes. Le record revient à Solar Impulse 2 en 2016 qui a fait le tour du monde en plusieurs étapes pendant 16 mois pour une distance totale de 42 000 km. Alimenté grâce à des cellules photovoltaïques et des batteries, cet avion contient une seule personne. On est donc dans une phase similaire à l’ère des pionniers de l’aviation au début du 20e siècle avec des exploits d’ingénieurs, mais la perspective d’avoir des avions de ligne électrique semble encore loin. Quelques entreprises se sont spécialisées dans la fabrication d’avion électrique comme Pipistrel qui a créé le 1er planeur électrique 2 place en 2007, ou Ampaire et Harbour air.

Mais quels sont les principaux obstacles ?

Le plus évidemment c’est la technologie des batteries qui n’est encore pas au même degré d’efficacité que le carburant. On utilise le terme énergie spécifique pour désigner l’efficacité du stockage énergétique, exprimé en watt-heure par kilogramme . Aujourd’hui, les meilleures batteries ont une énergie spécifique de 250 Wh/kg. Les avions de ligne ont une énergie spécifique de 12 000 Wh/kg. Énorme différence, et on aura besoin d’une croissance exponentielle des technologies de batteries pour ne serait ce qu’envisagé des avions de ligne électrique.

Un autre problème c’est le rapport entre la force de propulsion nécessaire pour faire décoller un avion, et le poids de l’avion. Les batteries d’aujourd’hui pèsent plus que du kérosène. Donc l’avion devient plus lourd, et il faut plus de propulsion pour le faire voler. Donc on ajoute des batteries. C’est un serpent qui se mord la queue.

Mais comme on a vu dans l’épisode sur le futur des batteries, on peut être confiant que nous verrons des percées significatives et des changements de paradigme. Les batteries solides et aux graphènes semblent être les plus intéressantes. Ce qui devrait accélérer le nombre de start-ups s’intéressant à l’aviation, et des prototypes de plus en plus prometteurs verront le jour.

Une solution, hormis d’avoir des batteries plus efficace et plus légère, serait d’avoir des avions composés de matériaux plus légers.

Un autre obstacle c’est les strictes normes vis à vis des régulations. Faire voler un avion électrique n’est que la 1ere phase. Il faut ensuite convaincre les autorités en charge du secteur aérien que cette nouvelle technologie ne représente aucun danger. Et quand on parle d’avion, le niveau de sécurité doit être extrême. Si les batteries prennent feu dans un avion, comme ça arrive parfois avec les batteries lithium-ion, l’avion n’a qu’une direction possible. Le sol. Faire certifier un nouveau type d’avion prend donc des années.

Les vols courtes distances

La première phase d’électrification de l’aviation devrait concerner des vols de moins de 800km de distance avec une capacité de 10-20 personnes par vol. L’entreprise israélienne Eviation fabrique exactement ce genre de véhicule et annonce des vols avant 2025. Ça fera office de test grandeur nature. Ainsi, on peut envisager que les vols régionaux et même nationaux pour les petits pays seront majoritairement électriques d’ici 2050, sous condition de l’avancement dans les technologies de batterie. Et mine de rien, un peu moins de la moitié des vols commerciaux dans le monde concerne des trajets de moins de 800 km. Le problème c’est qu’ils sont effectués par des avions conçus pour rester en vol pendant des dizaines d’heures. Pas 2 heures. Ce qui les rend inefficaces économiquement, et donc de nombreux aéroports ne sont pas desservis. Aux États-Unis, il y a 20 000 pistes d’atterrissage approuvées, mais uniquement 2,5% sont actives. Donc si on peut électrifier ces trajets, ce serait déjà une belle avancée vers un monde plus vert et ça permettra d’accéder à un plus grand nombre d’aéroports régionaux. Sans parler du fait que la pollution sonore est bien moindre, et le coût de maintenance également.

Un autre secteur qui tente de mélanger taxi et aviation c’est les avions à décollage et atterrissage vertical, en anglais Vertical Take-off and Landing ou VTOL. Uber travail sur des prototypes depuis quelques années avec pour vision, un système de transport aérien autonome au-dessus des grands centres urbains. Mais il faudra encore une bonne décennie minimum avant que ce genre de trajet se démocratise.

Selon Elon Musk, le futur de l’aviation c’est des avions électriques supersoniques. Et il a déclaré que si personne ne s’en occupe, il le fera peut-être. Comme s’il avait du temps libre. Et on pourrait se dire : “Qui d’autre que l’homme derrière Tesla pour électrifier l’aviation”. Après tout, Tesla est le leader et pionnier dans le domaine des voitures électriques, avec une avance encore très large même si ça fait plus de 8 ans qu’ils ont sortis leur première berline. Est ce que Tesla va utiliser ses connaissances pour développer des avions électriques ?

Et bien j’en doute. Il n’y a pas eu beaucoup de fabricants automobiles qui ont également produit des avions de ligne. Ce n’est pas vraiment la même chose et ce serait un risque économique majeure. Ça m’étonnerait donc que l’on voit des avions Tesla voler un jour. Mais peut-être qu’Elon Musk finira par créer une entreprise dédiée. Après tout, il fait voler des fusées, et fait des voitures électriques. Si on combine les deux. Paf, ça fait des avions électriques !

En tous cas, selon moi le futur de l’aviation sera électrique ou à hydrogène si cela fait sens économiquement. La question est juste de savoir quand ?