Turbine à hydrogène, pile à combustible, stockage cryogénique… les défis technos du futur avion zéro émission d’Airbus
Airbus a dévoilé le 21 septembre trois concepts d'avion zéro émission dont la propulsion utilise de l'hydrogène comme source principale d'énergie. Le vol d'un premier démonstrateur est prévu en 2025, avant une mise en service en 2035. Pour y parvenir, l'avionneur européen envisage d'utiliser des turbines à gaz modifiées pour y faire brûler de l'hydrogène, des puissantes piles à combustibles couplées à des moteurs électriques, et un stockage cryogénique de l'hydrogène liquide à -253°C.
Airbus a dévoilé le 21 septembre trois concepts d’avion zéro émission (voir images ci-dessous). Leur point commun : ils sont tous propulsés grâce à l’hydrogène comme source primaire d’énergie. L’avionneur européen envisager le lancement d’un premier démonstrateur à hydrogène au sol en 2021, d’un démonstrateur capable de voler en 2023, et d’un premier vol en 2025. La mise en service est prévue en 2035. Une échéance en phase avec les annonces du récent plan aéronautique dévoilé par le gouvernement en juin dernier pour faire face à la crise due au Covid-19.
Trois concepts étudiés en parallèle
Les trois concepts sont bâtis sur des architectures différentes et seront étudiés en parallèle, mais difficile de prédire lequel arrivera en premier, admet Jean-Brice Dumont, vice-président exécutif en charge de l’ingénierie chez Airbus lors d’une conférence en ligne : « Il nous faut encore trois à cinq ans pour travailler sur ces concepts et rendre nos technologies plus matures avant de décider lequel nous allons lancer. »
« Nous avons déjà dans nos plans un démonstrateur zéro émission qui sera fondamental pour écarter les risques liés par exemple au ravitaillement, au stockage et à la distribution de l’hydrogène à bord, ajoute Grazia Vittadini, directrice de la technologie chez Airbus. Nous envisageons d’avoir les premiers résultats en 2021. »
Turbines, piles à combustible, stockage
Alors que l’hydrogène peut être brûlé directement dans des turbines à gaz modifiées, converti en électricité dans une pile à combustible pour alimenter un moteur électrique, ou combiné à du dioxyde de carbone (CO2) pour produire du kérosène synthétique, Airbus souhaite se concentrer sur les deux premières pistes. « Des piles à hydrogène associées à des moteurs électriques peuvent apporter de la puissance supplémentaire aux turbines à hydrogène si nécessaire », explique Jean-Brice Dumont.
Convertir des turbines à gaz pour les faire fonctionner à l’hydrogène implique des ajustements, notamment au niveau du principe d’injection ou de la chambre de combustion, précise Mme Vittadini.
« La bonne conception des réservoirs et leur intégration dans l’avion sont fondamentales », estime Mme Vittadini. Pour cause, par rapport rapport au kérosène, l’hydrogène possède certes un avantage de poids : il est trois fois plus léger pour une même énergie. Mais question volume, l’hydrogène est quatre fois plus volumineux que le kérosène à iso-énergie. « Une solution typique est d’intégrer les réservoirs dans les fuselages qui sont donc plus longs et plus larges avec impact sur les performances aérodynamiques », ajoute Mme Vittadini. De plus, la maîtrise du stockage en vol de l’hydrogène cryogénique à -253°C – sa température de liquéfaction - est un autre défi de taille.
Ayant une capacité de 120 à 200 passagers, ce concept utilise deux turboréacteurs ("turbofan" en anglais) hybrides à hydrogène pour parcourir des distances de plus de 3500 kilomètres. Le stockage et la distribution d'hydrogène se situent à l'arrière de l'appareil (la partie bleue sans hublot). (Crédit photo : Airbus)
Capable d'embarquer jusqu'à 100 passagers, cette configuration utilise deux turbopropulseurs hybride à hydrogène pour parcourir des distances de plus de 1800 kilomètres. Comme pour le concept à turboréacteurs, le stockage et la distribution d'hydrogène se situent à l'arrière. (Crédi photo : Airbus)
Plus futuriste, ce concept d'aile volante peut emmener jusqu'à 200 passagers. La propulsion adoptée est à base de turboréacteurs hybrides à hydrogène. Celui-ci est stocké sous les ailes. (Crédit photo : Airbus)
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