Avions électriques : comment le secteur se prépare pour l'avenir

Au cours des dernières années, des pionniers ont travaillé sur des technologies de rupture dans le domaine de l'ingénierie de la propulsion. Les récents succès enregistrés dans le domaine de la propulsion électrique et de l'hydrogène semblent constituer le moteur d'une aviation moderne et durable. Bien que cette transition se heurte à de nombreux défis, ces pionniers gagnent en crédibilité. Les grands acteurs du secteur réagissent à ces tendances en lançant des projets d’innovation à grande échelle – avec le soutien politique et financier des gouvernements, ce qui crée une dynamique de changement. Quelles sont ces innovations ? Quels sont leurs avantages et leurs limites ? Quels progrès avons-nous déjà réalisés ?

Depuis l’introduction des moteurs à réaction il y a plus de 80 ans, l’industrie aéronautique a connu des innovations spectaculaires – pourtant, les principes fondamentaux sont restés les mêmes. Aujourd’hui, l’industrie aéronautique doit se réinventer face à des défis cruciaux. Le secteur est responsable de 2 % des émissions mondiales de CO₂ et doit réduire son impact environnemental afin de répondre à l’évolution des attentes des consommateurs et de la réglementation. Jusqu’à présent, l’aviation a adopté une approche fragmentée pour relever ce défi ; il est désormais nécessaire de mettre en œuvre des mesures plus radicales. Voici ce que pourrait être l’avenir de l’aviation.

Les avions électriques à batteries : déjà une réalité

Les avions électriques ne sont pas une invention récente, puisqu’ils font partie du monde de l’aviation depuis les années 1970. Pendant des décennies, ces appareils sont restés au stade expérimental, avec une autonomie réduite et une charge utile quasi nulle. Ces dernières années, le nombre de projets d’avions électriques a explosé (Roland Berger) et, grâce aux innovations citées ci-dessous, les vols commerciaux électriques semblent imminents.

Le principal avantage de la propulsion électrique alimentée par batterie réside dans son impact minimal sur l’environnement. Avec zéro émission en vol, il s’agit de loin du mode d’exploitation le plus propre pour un avion. Ce n’est toutefois pas encore tout à fait le cas, car la fabrication et le recyclage des batteries doivent être pris en compte dans l’évaluation globale de l’impact. Un autre avantage majeur de la propulsion électrique est son fonctionnement quasi silencieux. Cela constitue un atout stratégique pour lutter contre la pollution sonore, qui est devenue ces dernières années un véritable enjeu environnemental dans les aéroports. Ces facteurs commencent à expliquer pourquoi les constructeurs et les pionniers placent l’aviation électrique au premier plan.

Depuis 2016, les projets d’avions à propulsion électrique ont commencé à se multiplier. À l’origine, ces appareils manquaient de fonctionnalité en raison d’un déséquilibre de poids dû aux batteries : ils atteignaient souvent leur poids maximal avec un seul pilote et n’avaient qu’une autonomie en vol de quelques minutes. Cependant, la technologie des batteries a récemment évolué. Grâce à des innovations empruntées à l’industrie automobile, la puissance des batteries a considérablement augmenté, permettant désormais des vols d’une durée pouvant atteindre une heure. Les fabricants de batteries ont amélioré le rapport puissance/poids (puissance délivrée divisée par le poids), réduit le temps de recharge et accru l’autonomie globale des appareils.

L’innovation constante étant désormais la norme, le nombre de vols électriques a explosé depuis 2019. En moins de 18 mois : H55 a fait voler un BRM Aero équipé de son EPS (Electric Propulsion System) en juin 2019. Ampaire a fait voler un Cessna 337 équipé d’un moteur hybride en juin 2019. Magnix a fait voler un Beaver commercial de la compagnie Harbour Air (Canada) en décembre 2019, puis un Cessna Caravan en mai 2020. Cette évolution se mesure à l’aune de la taille des appareils. En juin 2020, le constructeur aéronautique Pipistrel a obtenu la certification de type de l’AESA (Agence européenne de la sécurité aérienne) pour le Velis Electro, un avion alimenté par batterie, le tout premier avion électrique certifié au monde. Easyjet a également décidé de se lancer dans le développement de ses vols commerciaux électriques sur de courtes distances en partenariat avec Wright Electric. Les vols commerciaux électriques semblent désormais à portée de main.

Si les tendances récentes montrent des progrès sporadiques dans l'industrie aéronautique, on observe un changement radical dans la crédibilité accordée à la propulsion électrique et à l'alimentation par batterie. Le secteur reconnaît désormais l'électricité comme une alternative viable pour les petits avions et les vols commerciaux court-courriers. Pour l'instant, les avions électriques long-courriers ne semblent pas réalistes. La puissance nécessaire pour faire voler un Boeing 787 ou un Airbus A350 exigerait un poids considérable de batteries, ce qui n’est pas encore réalisable. De tels projets ont été suspendus, à l’instar du projet E-Fan X ( Airbus et Rolls-Royce), abandonné en avril 2020 en raison de la crise sanitaire.

Aujourd’hui, les avions électriques alimentés par des batteries ne sont une réalité que pour les petits appareils. Même si nous savons que nous ne verrons pas d’avions électriques long-courriers avant au moins 20 ans, les innovations récentes ont donné une nouvelle envergure à ce concept et font tomber les barrières mois après mois. Néanmoins, une autre technologie pourrait permettre une propulsion électrique sans les limites imposées par les batteries : l’hydrogène et les piles à combustible.

Avions électriques à hydrogène (piles à combustible) – les futurs avions long-courriers

Depuis le programme spatial Gemini de la NASA dans les années 1960, l’hydrogène est utilisé dans l’aérospatiale de deux manières différentes : les piles à combustible et la combustion. Il représente aujourd’hui une tendance majeure dans la propulsion électrique, en tant que moyen de réduire considérablement l’impact environnemental de l’industrie aéronautique.

Il est important de noter que l’hydrogène ne constitue pas une alternative aux moteurs électriques, mais bien une alternative aux batteries. L’hydrogène remplace les batteries, car il est directement transformé en électricité grâce aux piles à combustible. Cette électricité alimente ensuite le moteur électrique, comme mentionné précédemment. Ces piles à combustible ne génèrent aucune émission, à l’exception de l’eau. C’est pourquoi l’hydrogène (vert) constitue un atout majeur pour une aviation propre.

L’avantage des piles à combustible est qu’elles permettent d’échapper au problème posé par le poids des batteries. En effet, en produisant de l’électricité directement à partir de l’hydrogène, les batteries ne sont plus nécessaires – seule une alternative légère pour le stockage temporaire est requise. Les piles à combustible sont relativement légères et présentent un excellent rapport puissance/poids. Elles ne sont toutefois pas sans défauts : elles occupent beaucoup d’espace et le stockage d’un gaz tel que l’hydrogène pose des difficultés, notamment à haute altitude. Les constructeurs commencent tout juste à maîtriser cette technologie. Le premier vol au monde propulsé par des piles à combustible a eu lieu en septembre 2020 avec ZeroAvia, qui a réussi à faire voler un Piper Malibu modifié.

Contrairement aux batteries, le rapport puissance/poids des piles à combustible leur permet d’être utilisées pour les vols long-courriers. C’est la raison pour laquelle Airbus a décidé de travailler sur un avion à hydrogène zéro émission d’ici 2035. Le constructeur a présenté des concepts hybrides utilisant des piles à combustible à hydrogène associées à la combustion d’hydrogène dans des turbines à gaz modifiées.

L’hydrogène présente également l’avantage d’être facilement accepté par l’industrie. Les infrastructures existantes sont capables d’assurer le ravitaillement et pourraient facilement être adaptées à l’hydrogène – les batteries, en revanche, nécessiteraient une transformation radicale de la chaîne de valeur de l’industrie aéronautique.

Comme pour toute transition à grande échelle, il faut tenir compte d’un enjeu politique. La Commission européenne encourage le développement de l’hydrogène, notamment pour compenser son retard croissant dans la fabrication de batteries. En misant sur l’hydrogène, les pays européens se positionnent stratégiquement sur les futurs marchés de l’énergie. Grâce à des investissements à grande échelle de la part d’acteurs mondiaux tels qu’Air Liquide et Engie, ainsi qu’à des aides publiques (Allemagne, France, Royaume-Uni, Norvège), l’industrie aéronautique peut compter sur un soutien solide pour le développement de ce secteur.

L’hydrogène se positionne donc à la fois comme un complément et comme une alternative aux batteries. L’aviation aura besoin que ces technologies coexistent afin de réduire significativement l’impact environnemental de l’industrie.

Quelle est la suite ?

L’industrie aéronautique est confrontée à une crise sans précédent dans un contexte environnemental difficile. Alors que l’IATA prévoit un retour à la normale du trafic aérien en 2024, les perspectives à court terme semblent sombres. Cette situation oblige les principaux acteurs du secteur à mobiliser leurs actionnaires autour de perspectives à long terme en développant des projets ambitieux et disruptifs. Compte tenu de la situation écologique, des nouvelles réglementations et des attentes des consommateurs, la nouvelle vision à long terme est claire : la nouvelle ère de l’aviation sera propre et sans carbone.

Heureusement, cette nouvelle ère coïncide avec la maturité de nombreuses innovations technologiques respectueuses de l’environnement et avec une forte volonté politique. L’industrie aéronautique peut compter sur les pionniers du secteur pour continuer à repousser les limites grâce à la propulsion électrique et aux piles à combustible. Grâce à l’innovation, à la synergie politique et à la volonté économique, une révolution technologique durable pourrait prendre de l’ampleur dans l’industrie aéronautique.

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