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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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3. Architecture et intégration
3.1 Propulsion et chaîne de puissance
Il existe sur le marché des turbopropulseurs de la gamme 1 500 kW qui ont été convertis à l’hydrogène et qui tournent au banc d’essais depuis plusieurs années.
Cette conversion s’est accompagnée de plusieurs modifications :
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la chambre de combustion est raccourcie ;
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les injecteurs tubulaires sont remplacés par des injecteurs circulaires de type moteurs fusées ;
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la lubrification mécanique est renforcée et régulée ;
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le point de combustion est maintenu à régime constant par le FADEC (Full Authority Digital Engine Control) afin d’éviter la formation d’oxydes d’azote (gaz à effet de serre).
Ces quatre évolutions sur les propulseurs ont également été menées sur des turbofans de grande puissance (plus de 200 kN de poussée) qui fonctionnent au banc, chez les industriels (motoristes), depuis de nombreuses années. Le moteur opérationnel pour l’avion régional est donc disponible, avec une puissance démontrée au banc de 15 % inférieure à celle de la version originale au kérosène. Il reste toutefois à le certifier en vol. Cependant, ces moteurs existants opèrent dans des gammes de puissance parfaitement adaptées à la propulsion par hélices de l’avion régional décrit de 40 à 70 PAX. Ainsi, la partie propulsive de la conversion à l’hydrogène est disponible dès à présent.
Sur un avion civil certifié, il convient désormais d’embarquer un générateur auxiliaire de puissance qui prend le relais en cas de panne des deux moteurs, afin de continuer à fournir la puissance hydraulique et électrique nécessaire à un atterrissage d’urgence dans des conditions optimales. Tel est le rôle de l’APU (Auxiliary Power Unit) qui est en général assuré par une turbine auxiliaire au kérosène. Dans la situation de l’avion régional décarboné, on peut imaginer confier cette mission à une pile à combustible, alimentée par le réservoir principal. On trouve ainsi une application remarquable de la PAC sur un avion civil, laquelle pourra également servir de générateur électrique en vol en cas de besoins supplémentaires (pics de consommation électrique). Il faut noter que la présence d’un APU sur un avion régional est un...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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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