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RÉSUMÉ
Une configuration réaliste pour la conversion (rétrofit) d’un avion de transport régional existant à la propulsion à hydrogène est ici exposée. L'article détaille les éléments nécessaires (réservoir, architecture, motorisation…) fondés sur des technologies existantes. Il précise également les valeurs numériques et caractéristiques dimensionnelles adaptées à une mission de l’ordre de 1500 km pour 50 passagers hors équipage (PAX). Ainsi, le but de cet article est, d’une part, de démontrer la faisabilité technique actuelle d’un avion commercial court-courrier entièrement décarboné, et d’autre part, de poser les jalons nécessaires dans la perspective de sa certification à échéance raisonnable.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Yves GOURINAT : Professeur - Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
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Joël JÉZÉGOU : Enseignant-chercheur - Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
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Valentine BOUDIGUE : Étudiante - Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
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Simon DUMONTIER : Étudiant - Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO), Toulouse, France
INTRODUCTION
L’aviation, mode de transport qui rapproche les continents et les régions, et secteur industriel de premier ordre, est aussi responsable d’environ 6 % de la part anthropique du réchauffement climatique. Dans cette contribution, 4 % sont liés à des émissions de CO2 et 2 % à la formation de traînées de condensation et aux oxydes d’azote. Face aux défis de la décarbonation, totalement indispensable pour le transport en général et l’aviation en particulier, plusieurs pistes s’offrent. On peut imaginer réduire drastiquement le trafic, mais force est de constater que la demande est sans cesse en augmentation. On peut aussi imaginer continuer d’utiliser le kérosène, mais en le produisant par des biosources. Cette solution résout partiellement le problème, mais ne peut être envisagée durablement pour plusieurs raisons : d’une part, les ressources nécessaires à la production sont limitées (eau douce, nutriments biologiques), et d’autre part, du fait que la combustion du kérosène biosourcé continue à produire du CO2 dans la haute atmosphère, là où il produit le plus d’effet de serre .
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1. Enjeux de certification
Les enjeux apparaissent ici clairement et sont illustrées par la figure 1, issu d’un document de prospective de la Commission européenne. On évoque parfois la solution qui consisterait à réserver à l'aviation l'usage des combustibles fossiles, contournant ainsi les limites des réserves d’hydrocarbures et les capacités de production de la biosphère. Cette solution semble irréaliste, d’une part pour des raisons de solidarité par rapport aux autres moyens de transport, et d’autre part pour l’exemplarité que le secteur aérospatial se doit d’avoir par effet d’entraînement sur l’ensemble du secteur industriel. Par exemple, le moteur à essence du Flyer des frères Wright fut un prototype en aluminium qui servit de modèle pour les moteurs de voiture. De même, la certification que nous envisageons pour l’hydrogène à bord d’un avion régional peut servir d’exemple pour bien d’autres applications (navales, ferroviaires…).
Pour décarboner, il faut donc enlever le carbone du carburant et certifier le procédé. Pour ce faire, deux voies sont envisageables à ce stade, celles de l’ammoniac et de l’hydrogène. Or l’ammoniac, outre son devis de masse relativement défavorable, pose, en grande quantité, un problème chimique environnemental et de sécurité qui remet en cause son usage courant pour l’aviation civile. Par conséquent, l’hydrogène représente une réelle alternative, qui va nécessiter de développer des filières de production verte (c’est-à-dire non issues des hydrocarbures), de transport et de stockage fiables. De fait, ces développements sont déjà en cours partout dans le monde.
Avionner l’hydrogène requiert ainsi de le produire, de le stocker et de le mettre en œuvre dans une architecture certifiée. Pour le stockage en quantité importante, seul l’hydrogène liquide cryotechnique répond aux exigences de sécurité et de performances aéronautiques. Il suffit d’assister à l’essai de timbrage jusqu’à explosion du lanceur SLS de la NASA, pourtant mené à moins de 5 atmosphères, pour se convaincre du danger littéralement explosif des pressions élevées (350 à 700 atmosphères…) que requérait l’usage du stockage gazeux en aviation civile. Quant au stockage solide sur poudre, il implique la manipulation de nanoparticules en très...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TARNAUD-LAUDE (N.) - ATR dessine aujourd’hui la connectivité aérienne responsable de demain. - Annales des Mines (1998). – Réalités industrielles ISBN/ISSN/EAN 1148-7941, p. 44-49 (2024).
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(2) - DELBECQ (S.), FONTANE (J.), GOURDAIN (N.), MUGNIER (H.), PLANÈS (T.), SIMATOS (F.) - Aviation et climat. - Technical report, ISAE SUPAERO. doi :10.34849/76rd-c592 (2021).
-
(3) - TYTGAT (L.) - La réglementation, la certification et leurs effets. - Annales des Mines (1998). – Réalités industrielles ISBN/ISSN/EAN 1148-7941, p. 18-21 (2024).
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(4) - CASSIER (A.) - Réduire la consommation énergétique des avions. - Annales des Mines (1998). – Réalités industrielles ISBN/ISSN/EAN 1148-7941, p. 112-116 (2024).
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