L'aviation verte

L'aviation verte

Publié pour la première fois ici

Ceux qui me connaissent savent que j'ai toujours aimé l'aviation. Je voulais être pilote d'essai avant même de vouloir être astronaute, mais j'ai fini par me lancer dans l'énergie. Mon mémoire de licence a combiné mes deux intérêts puisqu'il portait sur l'utilisation de l'hydrogène comme carburant pour l'aviation, une idée qui a été fortement promue à la fin des années 1970 par Lockheed et d'autres avec une proposition de construire des Tristars fonctionnant à l'hydrogène et assurant le transport entre les États-Unis, l'Europe et le Moyen-Orient. (Ce document est maintenant en ligne ici). J'ai abandonné l'avion il y a quelques années et il me manque toujours. Comme chacun sait, l'aviation est un problème majeur en termes d'émissions, avec 500 millions de tonnes de CO2 par an qui devraient tripler d'ici 2050. J'ai parfois du mal à concilier le désir de minimiser les émissions et l'impact environnemental et la nécessité et le désir de voyager, surtout avec le nombre de voyages en avion que j'ai effectués ces cinq dernières années.

Pour commencer, je ne pense pas que nous puissions (ou devrions) supprimer le désir humain fondamental de voyager. En fait, je pense que cela reflète la volonté d'exploration, sans laquelle nous serions encore les primates arboricoles ou même les mammifères marins dont nous sommes les descendants. De même, nous ne devrions pas limiter l'exploration spatiale, en fait nous devrions en faire plus, c'est juste une volonté humaine fondamentale. Étant donné que, plus toutes les tendances économiques classiques (i.La question est de savoir comment changerla technologie et à quelle vitesse nous pouvons le faire, en particulier dans la culture de sécurité et l'environnement réglementaire de l'aviation.

Il y a dix ans, l'accent était mis sur les biocarburants et beaucoup de capitaux étaient investis dans la production de biocarburants et leur expérimentation dans les avions. La sécurité est bien sûr essentielle dans l'aviation et j'ai toujours dit que je préférerais ne pas voler dans un avion fonctionnant aux biocarburants pendant les cinq premières années de son utilisation (la même chose s'appliquerait aux avions électriques) - bien que cela aurait été différent si j'étais devenu pilote d'essai ! Il est clair que les carburants biologiques et synthétiques joueront un rôle majeur, mais le rêve ultime est l'énergie électrique. Il y a encore dix ans, l'idée de l'avion électrique était de la science-fiction, mais depuis, les progrès de la technologie des batteries, associés au travail des entrepreneurs et des grandes entreprises, ont fait que le rêve de l'aviation électrique semble beaucoup plus proche.

Un récent article paru dans AirSpaceMag.com a décrit certains des développements, notamment l'avion régional de transport de neuf passagers d'Eviation qui est censé voler en 2019 (qui porte le nom bizarre d'Alice). Cela ne devrait pas être une surprise, car nous avons vu la même chose dans les voitures électriques, mais le choix de la propulsion électrique entraîne des changements importants dans la façon dont le reste de l'avion est conçu, tant en termes de structure que d'aménagement. Une grande partie de la structure des avions est conçue pour supporter les contraintes de moteurs relativement lourds et vibrants. Les moteurs électriques sont plus légers, mais il y a bien sûr le poids énorme des batteries qui représenteront 60% du poids total d'Alices. À titre de comparaison, le carburant représente environ 48 % du poids d'un Boeing 747 à pleine charge. L'autonomie de l'Alice est estimée à 650 miles à 275mph.

Il est intéressant de noter que les coûts d'exploitation prévus sont suffisamment bas pour que le coût pour les passagers puisse être réduit de 30 à 60 % par rapport à un avion conventionnel, des économies étant réalisées en carburant et en maintenance. Bonny Simi, président de JetBlue Technology Ventures, est cité dans l'article comme ayant déclaré que sur les courts trajets, les turbopropulseurs régionaux ont un coût de 0 $ par siège-mille disponible (ASM).Les avions à réaction de plus grande capacité et à long rayon d'action ont des ASM compris entre 0,08 et 0,12 dollar, car ils volent plus haut, là où les avions à réaction sont plus efficaces et passent proportionnellement moins de temps au décollage et à la montée. Simi poursuit en disant que "les prévisions pour les avions électriques [volant] sur 300 à 700 miles sont de 10 à 12 cents" (0,10 à 0,12 dollar par ASM). Si ce type d'avantage de coût peut réellement être obtenu, le moteur économique est clair.

Comme chacun sait, la technologie des batteries s'améliore rapidement et les coûts baissent. Il reste cependant un long chemin à parcourir avant que les grands avions puissent être électriques. Le "chiffre magique" pour lequel les vols longue distance peuvent devenir viables est cité à 1 000 Wh/kg de poids de batterie alors que les batteries existantes sont de l'ordre de 270-300 Wh/kg. La batterie d'une Tesla S stocke 85 kWh et pèse 540 kg, soit une énergie spécifique de 157 Wh/kg. L'objectif de 1 000 Wh/kg pour les avions viables ne semble pas tenir compte des améliorations possibles en matière de réduction de la traînée (et éventuellement des progrès supplémentaires dans le domaine des structures légères). Le professeur Viswanathan de l'université Carnegie Mellon affirme qu'une batterie produisant 400-500 Wh/kg pourrait propulser un avion sur une distance de 200 à 400 miles avec une seule charge.

EasyJet s'est fixé comme objectif de commencer à exploiter des lignes électriques dans un délai de 10 ans et la Norvège a proposé de rendre tous les vols de moins d'une heure et demie entièrement électriques d'ici 2040. EasyJet s'est associé à Wright Electric qui travaille sur un avion qui pourrait transporter 120 personnes sur des vols de 300 miles ou moins. Bien que ces objectifs soient passionnants, nous ne devons jamais oublier le cycle de battage publicitaire et le temps (et les sommes d'argent énormes) qu'il faut pour obtenir la certification d'un nouvel avion pour les opérations publiques. Il y a un long chemin, et beaucoup de capitaux, entre les annonces et les sites web sur papier glacé et les images générées par ordinateur et un avion volant et certifié. Comme je l'ai souligné dans mon mémoire de licence, il n'y a pas que l'avion qui doit être innové et investi, l'infrastructure au sol doit être considérablement modifiée. Lorsque le terminal 5 a été construit, il a été conçu avec des connexions d'alimentation au sol de plus grande capacité alors que l'A-380 entrait en service. Imaginez la capacité d'alimentation supplémentaire nécessaire dans les aéroports pour le rechargement des avions électriques, ainsi que l'impact sur les opérations en raison du temps de chargement nécessaire.

À l'extrémité la plus large et la plus longue du spectre, la direction du voyage est vers les hybrides. En 2008, Boeing a introduit le concept SUGAR (Subsonic Ultra-Green Aircraft Research) Volt qui n'a pas encore été construit. La NASA travaille également sur des concepts hybrides. Au Glenn Research Center, l'accent est mis sur des concepts qui pourraient transporter 150 personnes sur de longues distances. Outre les systèmes de propulsion, les concepts comprennent des ailes mixtes très efficaces, ce qui constitue une grande différence par rapport aux conceptions de tubes que nous connaissons. (Je pense que c'est le pionnier de l'aviation à bas prix Freddy Laker qui a dit qu'il était dans le domaine des "tubes en aluminium"). Les conceptions d'ailes mixtes permettent d'économiser 50 % de la consommation de carburant et la NASA s'oriente vers le financement d'un avion X volant à grande échelle d'ici 2021. En juillet 2018, lors du salon aéronautique de Farnborough, le ministre britannique des affaires, Greg Clark, a annoncé un programme de R&D de 343 millions de livres sterling pour le gouvernement et l'industrie, dont 58 millions pour le vol électrique.

L'aviation a toujours été incroyablement innovante. Trente-trois ans séparent le Wright Flyer et le DC-3, le premier avion de transport aérien réellement efficace, trente-sept ans séparent le DC-3 et le Boeing 747 qui a considérablement réduit les coûts et permis l'essor des voyages internationaux, quarante ans séparent le Boeing 747 et le Boeing 787 qui a une consommation de carburant réduite d'environ 50%. Avec toutes les recherches sur les innovations dans la conception des avions, la conception des moteurs, la propulsion électrique et les batteries, il est clair que les avions peuvent continuer à devenir beaucoup plus efficaces et, en fin de compte, beaucoup plus propres pour l'environnement qu'ils ne le sont aujourd'hui. La course est ouverte entre la réduction des émissions grâce à un meilleur rendement et à de nouvelles technologies de propulsion et la demande croissante de voyages aériens.

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