Les innovations clés pour un transport aérien plus vert

By Margaux Cervatius - 16 septembre 2021

Le phénomène du « flygskam », ou honte de prendre l’avion, se répand dans le monde. Depuis quelques années, le transport aérien n’a pas bonne presse en raison de son impact sur le climat. En effet, l’aviation représente environ 2 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone (CO2), selon l’Organisation de l’aviation civile internationale. Alors qu’un avion décolle déjà à chaque seconde dans le monde, le nombre d’appareils doit doubler et le trafic aérien tripler d’ici à 2050. Le transport aérien joue un rôle clé dans l’économie mondiale. Un monde sans avion est inconcevable, la solution est donc de le rendre plus vert.

Le secteur de l’aviation s’est engagé à réduire de moitié ses émissions de CO2 d’ici 2050. Quelles sont les innovations pouvant l’aider à remplir ses promesses ?

Concevoir des avions plus écologiques

La première solution serait de concevoir des avions qui consomment moins de kérosène et émettent moins de gaz à effet de serre. Les logiciels de simulation 3D peuvent aider à améliorer le design des nouveaux avions. Les constructeurs aéronautiques peuvent ainsi tester des formes complètement révolutionnaires et simuler leur impact sur l’environnement.

L’université de Delft et KLM collaborent sur le projet Flying V. Ce partenariat a donné naissance à un avion futuriste en forme d’aile volante en V. Les passagers, les bagages et le carburant se trouveraient tous dans cette grande aile. Le premier vol réussi d’une maquette de 22,5 kg et 3 m de large propulsée par une motorisation électrique a eu lieu en 2020. L’appareil devrait consommer 20 % de carburant en moins. Cette économie de carburant est permise par sa forme plus aérodynamique, mais également par son poids réduit.

En effet, les constructeurs cherchent de plus en plus à réduire le poids des avions. Ils utilisent pour cela des matériaux innovants composites. Ces matériaux sont très légers, très résistants et ne sont pas sensibles à la corrosion. L’un des plus courants, la fibre de carbone, est aussi solide que l’acier mais six fois moins lourde. Grâce à ces matériaux innovants, certaines pièces peuvent même être imprimées en 3D. Anisoprint, une startup notée par Early Metrics, développe des systèmes et des matériaux d’impression 3D à fibres continues. Elle permet ainsi de produire des structures composites plus légères et moins coûteuses que leurs homologues métalliques, mais tout aussi résistantes.

La nature comme source d’inspiration

D’autres constructeurs ont recours au biomimétisme. Ils s’inspirent de la forme de certains oiseaux en vol pour améliorer les performances aérodynamiques des avions. En 2019, Airbus présentait un concept d’avion inspiré d’un oiseau de proie. Le Bird of Prey a été imaginé comme un avion hybride, combinant l’énergie électrique et la propulsion classique pour voler. Il s’agit uniquement de concepts aujourd’hui, mais ces avions pourraient se concrétiser dans les années à venir.

Enfin, les constructeurs peuvent concevoir des avions écologiques plus adaptés aux petites distances. Les appareils à décollage et atterrissage verticaux commencent à faire leur apparition pour les déplacements interurbains. Ascendance, une startup française notée par Early Metrics, développe un avion à propulsion hybride (kérosène et électrique) et à décollage et atterrissage verticaux via des hélices intégrées aux ailes. Cet avion a une capacité d’autonomie de 150 km. Le prototype ne sera pas commercialisé avant 2025, en revanche.

Des carburants alternatifs pour alimenter les avions

La consommation de carburant est un enjeu clé pour rendre le transport aérien plus vert. L’avion vert du futur devra consommer moins de carburant fossile et plus de carburant alternatif. Les carburants d’aviation durables (CAD) peuvent être fabriqués à partir d’huiles végétales ou de cuisson, de graisses animales, de sucres et d’amidons, de certaines algues ou de lignocellulose provenant de résidus de bois et de certaines plantes non comestibles. Leur utilisation permettrait de réduire les émissions du transport aérien de 70 % à 90 %. La plupart des avions de ligne sont déjà certifiés pour voler avec un mélange de 50 % de CAD. Toutefois, ces derniers représentaient moins de 0,1 % des 360 milliards de litres de carburant utilisés par l’aviation en 2019.

Afin d’encourager leur utilisation, certains pays mettent en place des réglementations spécifiques. En France, les distributeurs de kérosène seront tenus d’incorporer 1 % de carburants alternatifs à partir de 2022, puis 2 % en 2025 et 5 % en 2030. Pour le groupe Air France-KLM, 1 % de CAD mélangé au carburant permettrait de réduire les émissions de l’ordre de 30 000 tonnes de CO2 par an, soit l’équivalent de 550 vols Paris-New York entièrement décarbonés.

Toutefois, un obstacle majeur empêche la démocratisation des carburants alternatifs : le prix. Ils sont en moyenne quatre à cinq fois plus chers que le kérosène classique. De plus, ils ne sont pas disponibles dans tous les aéroports. Il est nécessaire d’augmenter la production de carburants alternatifs pour atteindre les objectifs fixés.

Les carburants de demain

D’autres carburants de niche commencent à être développés. Il existe un « e-kérosène » produit à base d’hydrogène et par capture du CO2 dans l’atmosphère. Ce carburant serait presque « zéro émission ». Sa fabrication n’est pas limitée à la quantité de déchets disponibles, mais son coût est dix fois supérieur à celui du kérosène.

Enfin, Synhelion, une société issue de l’École polytechnique fédérale de Zurich, développe un carburant solaire. Synhelion utilise la chaleur solaire pour casser des molécules de CO2 et d’eau injectés dans un réacteur pour en reconstruire un carburant synthétique. En brûlant dans un réacteur d’avion par exemple, ce carburant n’émettra que le CO2 capturé dans l’air lors de sa fabrication. Ce carburant 100 % renouvelable devrait être commercialisé en 2030.

Exploiter les sources d’énergie renouvelable

Les énergies renouvelables se sont démocratisées ces dernières années et se mettent désormais au service de l’aviation. Wright Electric travaille sur un moteur électrique, baptisé Wright 1, d’une puissance de 1,5 Mégawatt. Les premiers essais en vol de ce moteur sont prévus dès 2023. L’objectif est de parvenir à un avion 100 % électrique dès 2030, sur des vols d’une heure ou moins.

De son côté, Dassault a participé au projet Solar Impulse. En 2015-2016, un avion a effectué pour la première fois un tour du monde sans carburant ni émission polluante pendant le vol.

avion solaire
Source : ESA

Parmi ces énergies renouvelables, beaucoup d’espoirs reposent sur l’hydrogène. Le 9 juin 2020, le ministre de l’Économie Bruno Le Maire dévoilait son plan de soutien à l’aéronautique française. Ce plan comprend une enveloppe de 15 milliards d’euros dans le but d’aboutir d’ici 2035 au développement d’un avion de ligne 100 % vert. L’hydrogène pourrait être utilisé comme carburant, dans des moteurs modifiés ou via une pile à combustible produisant de l’électricité par réaction avec l’oxygène de l’air. Toutefois, pour avoir un avion 100 % vert, il faudrait utiliser de l’hydrogène vert, qui reste très cher à produire. De plus, l’hydrogène est plus volumineux que le kérosène à puissance égale. Il faudrait donc revoir l’espace de stockage dans les avions.

Optimiser les trajectoires aériennes

Enfin, en plus de concevoir des avions plus écologiques, il semble essentiel d’optimiser le trafic aérien. Les nouveaux outils météorologiques offrent un suivi très précis de la météo en temps réel et permettent au pilote d’adapter la trajectoire le plus tôt possible. Par exemple, la startup allemande WxFusion anticipe avec une grande précision les impacts de foudre.

Ces outils peuvent également aider à éviter les zones à forte concentration de traînées de condensation. Les traînées de condensation se forment à haute altitude à la sortie des réacteurs si l’air environnant est suffisamment froid et humide. Elles peuvent être problématiques car elles absorbent une partie du rayonnement provenant de la Terre et le réémettent vers le sol.

De son côté, Safety Line propose des solutions logicielles pour réduire la consommation de carburant. OptiClimb permet d’optimiser le carburant dans la phase de montée, tandis qu’OptiDirect propose des raccourcis aux pilotes pendant le vol. La compagnie Transavia estime économiser 85 kg de carburant par montée grâce à cet outil.

Thales a développé un système complet de gestion de vol baptisé PureFlyt. PureFlyt joue un rôle de co-pilote et aide le pilote à optimiser les trajectoires de vol. Il calcule en permanence la meilleure trajectoire à l’arrivée. Le but est de rester le plus longtemps possible en altitude, là où les moteurs consomment le moins, puis de descendre en vol plané, réacteurs au ralenti.

système gestion de vol
Source : Thales

Relever ensemble le défi de l’avion vert

Alors que les conséquences du changement climatique se font de plus en plus prégnantes, l’avion vert est devenu une urgence. Les technologies peuvent aider à y parvenir en réduisant les émissions de carbone tout au long de la chaîne de valeur, de la conception des avions aux vols. Une fois de plus, le prix constitue un frein majeur à ces innovations. Les pouvoirs publics doivent donc s’impliquer davantage et encourager les collaborations entre les startups innovantes et les grandes entreprises du secteur aéronautique.

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