L’étonnante alliance d’Airbus avec le Cern, pour explorer la supraconductivité

L'alliance, inédite, témoigne de la volonté d’Airbus d’explorer de nouvelles voies technologiques pour décarboner ses avions. L’avionneur européen a annoncé, jeudi 1er décembre, avoir lancé un projet de recherche avec le Cern, le plus grand laboratoire de physique des particules du monde, basé près de Genève (Suisse). Une initiative atypique, dévoilée dans le cadre d’un événement organisé par le groupe à Toulouse et à Munich autour du thème de la décarbonation. Derrière ce drôle de tandem, une question: la supraconductivité et les technologies cryogéniques peuvent-elles contribuer à faire voler des avions plus propres?

C’est plus précisément Airbus UpNext, qui s’est rapproché du Cern. Cette division d’Airbus de 150 personnes a été créée en 2017 avec pour mission de défricher les nouvelles technologies susceptibles de s’appliquer au transport aérien, après environ trois ans de mise à l’épreuve. «La supraconductivité pourrait constituer une véritable rupture dans l’électrification des avions, mais nous devons encore gagner en maturité», résume Sandra Bour Schaeffer, à la tête d’Airbus UpNext.

Assurer la décarbonation de l'aviation

Pourquoi un tel intérêt pour cette propriété physique qu’ont certains matériaux à basse température de pouvoir conduire le courant sans résistance? Pour réduire l’empreinte carbone de ses avions, Airbus compte donner une place de plus en plus importante à l’énergie électrique dans ses futurs aéronefs, hybrides ou 100% électriques. Objectif pour l’industriel: passer de quelques dizaines de kW de puissance embarquée aujourd’hui à plusieurs MW, voire près d’une dizaine à l’avenir, en particulier pour les besoins propulsifs des avions commerciaux.

Mais l’utilisation de fortes puissances électriques se heurte à de nombreux obstacles, des pertes par effet Joule au poids de plus en plus important des câbles, en passant par des phénomènes électromagnétiques intempestifs. D’où l’idée de faire intervenir la supraconductivité et de se tourner vers le Cern, l’un des acteurs qui en maîtrise le plus l’usage dans le monde à grande échelle. Les champs électromagnétiques sont générés dans son accélérateur de particules de 27 kilomètres de circonférence grâce à son utilisation. Le projet commun avec Airbus vise, à terme, un transfert technologique de cette compétence pour les besoins de l’industriel.

Un projet interne déjà dans les tuyaux

Airbus ne démarre pas de zéro en matière de supraconductivité. Airbus UpNext a lancé le projet dénommé Ascend en 2021, avec l’objectif de mettre en œuvre à l’été 2023, un démonstrateur d’une chaîne de propulsion électrique employant la supraconductivité à des températures cryogéniques. L’installation se situe sur le site allemand du groupe à Ottobrunn, au sud de Munich. Et les premiers résultats, obtenus en plongeant des composants dans un bain d’azote liquide sur le site toulousain d’Airbus, sont prometteurs.

«Avec la supraconductivité, il est établi que l’on peut faire passer entre 100 et 1 000 fois plus de courant par cm² que via un conducteur classique tout en permettant une résistance nulle, précise Ludovic Ybanez, responsable du projet. Cela représente donc une vraie rupture dans la performance des systèmes électriques, mais aussi dans la façon de concevoir les architectures embarquées.» Pour résumer, il est déjà possible de faire passer une puissance de l’ordre de 500 kW dans un conduit isolé de 4 cm de diamètre, contre plusieurs câbles de quelques centimètres normalement.

Un lien direct avec l'hydrogène

La maîtrise du Cern en matière de supraconductivité va permettre à Airbus d’accélérer et de tirer vers le haut les performances d’un tel système. Avec comme objectif de passer à l’échelle du MW transmis à travers des câbles électriques de 4 cm de diamètre seulement. Le laboratoire maîtrise en effet depuis des décennies l’utilisation de la supraconductivité pour en faire des câbles: au niveau du ruban conducteur lui-même, mais aussi de la gaine isolante, du système de refroidissement et des interfaces thermiques.

Le projet d’avion à hydrogène d’Airbus, qui vise une entrée en service en 2035, devrait donner des ailes à la supraconductivité. Car dans ce cas de figure, l’hydrogène pourrait servir directement à la propulsion mais aussi au refroidissement des parties électriques du système propulsif. «Les technologies cryogéniques et la supraconductivité sont des briques technologiques qui pourraient faciliter la mise en œuvre de l’avion à hydrogène», estime Ludovic Ybanez. A l’en croire, la supraconductivité pourrait ne plus être considérée comme exotique dans l’aéronautique dans les prochaines décennies.