L’avion à hydrogène, une technologie d’avenir ? Pour Airbus, c’est une certitude !

La multinationale française renommée dans l’aéronautique souhaite commercialiser dès 2035 un avion utilisant la molécule de dihydrogène comme combustible, limitant ainsi grandement les émissions de CO2.

|Écrit de Louis Viratelle
Publié le 11 octobre 2020. 

 

|Écrit de Louis Viratelle
Publié le 11 octobre 2020. 

Alors qu’Airbus vie une époque très difficile, où les commandes sont très largement réduites, Guillaume Faury, directeur de l’avionneur, a présenté récemment son ambition de conversion de la flotte aérienne vers une énergie bien plus propre et durable que le kérozène. La molécule de dihydrogène brulée avec du dioxygène ne laisse en produit que des molécules d’eau (H2O) et de l’énergie exploitable. Les systèmes de propulsion des avions reposeraient sur des turboréacteurs ou des moteurs à hélices.


L’hydrogène, une réelle alternative au kérozène qui n’est pas dénuée de contrainte

L’utilisation de l’hydrogène nécessite avant toute chose une refonte considérable de la conception des avions. Comparé aux carburants actuels, le composé chimique d’avenir nécessite quatre fois plus de volume consacré à son stockage. Sur deux des trois modèles d’avion à hydrogène réfléchie par Airbus, l’arrière du fuselage serait consacré au stockage du précieux bien. Les réactions se produiraient dans des piles à combustible pour produire de l’électricité, ou bien directement dans les turbines de l’avion.

La première technique produirait donc de l’électricité grâce à du dihydrogène (composé de l’eau) et du dioxygène via une réaction d’oxydoréduction (transférant des électrons). Son utilisation serait diverse, que ce soit par les moteurs, les systèmes électriques à bord de l’avion ou encore, pour assister voire compléter la seconde technique d’utilisation du dihydrogène qui nécessite de refroidir grandement le carburant.
Ce second moyen consiste à injecter directement l’hydrogène dans les moteurs, de la même manière que pour le kérozène. Exit l’utilisation de piles, place aux réservoirs cryogéniques. En contrepartie il faudrait refroidir le dihydrogène aux alentours de – 250°C pour le rendre liquide et exploitable… Une affaire loin d’être simple à régler !

Pour arriver à maîtriser l’utilisation de l’hydrogène, Airbus compte bénéficier de l’expérience acquise par les programmes Ariane. Les lanceurs européens utilisent l’hydrogène comme carburant, et les questions de stockage et des normes sécuritaires sont des points très largement abordés par les équipes dans le cadre de ces fusées.
En effet, bien que ces principes soient maîtrisés, ils sont loin d’être sans risque. En cas d’anomalie du système de pile à combustible, les risques d’explosion liés à l’hydrogène sont très importants. Du fait de son stockage sous pression la moindre fuite serait fatale, d’autant plus sur un avion qui rappelons-le, est aujourd’hui le moyen de transport le plus fiable mais également le plus stricte en matière de protocole de sécurité. Sur un appareil évoluant à plusieurs centaines de kilomètre par heure et à plusieurs centaines de mètre de hauteur, les différentes issues en cas d’anomalie sont particulièrement réduites, d’où la nécessite d’être le plus certain possible sur la fiabilité des systèmes à bord.

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Visuels commerciaux montrant à quoi pourrait ressembler les trois modèles d’avion à hydrogène d’Airbus.

Dans les cartons d’Airbus se trouveraient donc trois types de modèles à hydrogène. L’un se placerait face à l’A320 avec une capacité d’accueil de 200 places, un second serait plus modeste, avec une centaine de sièges et utiliserait des turbopropulseurs à hélice. Enfin Airbus plancherait en parallèle sur un avion très novateur dans son aérodynamisme et sa forme globale, puisque qu’il serait de la forme d’une « aile volante ». Au-delà de ses lignes qui seraient probablement très futuristes, c’est une configuration étudiée par différents acteurs, dont la conception directement pensée pour l’utilisation de l’hydrogène comme carburant pourrait sembler cohérente.
Dans l’optique de la sécurité, Airbus pense intégrer un système de cheminée à ses avions, permettant d’évacuer par-dessus bord l’hydrogène en cas de fuite afin de se prémunir d’un possible danger comme pourrait le provoquer une explosion. Il est encore trop tôt pour savoir comment cette procédure se déroulerait et comment la suite du vol serait imaginée avec un réservoir amoindri voir complètement vidé de carburant.

Le recours à un double système d’alimentation en hydrogène semble alors une piste ingénieuse, afin de continuer d’assurer l’alimentation des moteurs même en cas de défaillance de l’une des deux techniques de stockage du carburant.


L’utilisation responsable de l'hydrogène nécessite de nouveaux moyens pour l’extraire

Actuellement la production ou plutôt l’extraction de l’hydrogène repose sur des méthodes très émettrices en dioxyde de carbone, le même gaz à effet de serre rejeté par la combustion des kérosènes. Il est alors aujourd’hui difficile d’imaginer que la transition des avions vers un carburant composé d’hydrogène soit un réel bénéfice en termes d’émission de gaz contribuants au réchauffement de notre planète.
L’idée de cette transition ne ferait que « verdire » l’image de l’avion et de toute son économie en déportant les émissions plutôt qu’en les éliminant véritablement.
Il est alors nécessaire d’abandonner les méthodes d’extraction de « vaporéformage du méthane » consistant à partir de méthane et de molécules d’eau à produire entre autre de l’hydrogène mais également d’autre produit tel que le carbone qui est problématique aux promesses écologiques de l’utilisation de l’hydrogène.
Heureusement, une autre méthode peut être envisagée pour obtenir de l’hydrogène : la technique d’électrolyse de l’eau. L’idée est de décomposer l’eau en dioxygène et en hydrogène gazeux grâce à un courant électrique.

Schéma du voltamètre d’Hoffman.

Comme le montre le schéma du voltamètre d’Hoffman ci-dessus, un certain dispositif utilisant la borne négative et positive d’un générateur électrique permet d’isoler les deux composés de l’eau.
Mais c’est alors que la problématique des émissions de gaz à effet de serre pourrait venir d’encore plus haut dans la « chaîne » hiérarchisée de toutes ces transformations.
La quantité d’électricité nécessaire pour dissocier le dihydrogène de l’oxygène est très importante. Certaines études affirment qu’il faudrait l’équivalent de 400 à 650 éoliennes pour produire l’électricité nécessaire à tous les vols qui sont partis ou arrivés à l’aéroport de Toulouse-Blagnac en 2018.
Un chiffre permettant de relativiser vis-à-vis de l’hydrogène, bien que nous ayons conscience des marges d’évolution importantes que vont probablement connaître nos moyens de génération de l’électricité. En France par exemple où nous utilisons majoritairement les centrales nucléaires, le dégagement de CO2 est très faible, bien que ces pratiques dangereuses soient sources de nombreuses opposition politiques comme scientifiques.

Outre l’ensemble de ces anticipations à réfléchir avant de vraiment affirmer la durabilité et le véritable gain écologique, l’avion à hydrogène représente une révolution au sein même de l’ensemble des métiers et des infrastructures permettant le trafic aérien que nous connaissons. L’arrivée de ces avions, bien que dit sans « rupture technologique » par le numéro un d’Airbus, nécessiterai de former les commandants de bord à ces appareils, au même titre que pour tous les autres métiers liés à l’aviation, comme les mécaniciens ou encore les hôtesses de l’air. Enfin les aéroports eux même devrait subir des transformations pour permettre de recharger en hydrogène les avions et d’assurer son stockage en sécurité.

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