Avion à hydrogène : de quoi parle-t-on ?
Principe de fonctionnement de l’avion à hydrogène
Un avion à hydrogène est un avion alimenté par du dihydrogène. Dans la pratique, l’avion utilise la réaction induite entre le dihydrogène et le dioxygène ce qui permet de créer de l’électricité.
L’énergie générée permet d’alimenter une pile à combustible, des moteurs électriques ou directement les réacteurs de l’avion.
Pour ce faire, l’avion à hydrogène doit embarquer à bord du dihydrogène qui doit être stocké sous forme de gaz à haute pression ou sous forme liquide à -253°C.
Dans le cas d’un avion à hydrogène fonctionnant grâce à une pile à combustible, le principe de fonctionnement est le suivant : la pile à combustible produit de l’électricité grâce à l’oxydation de l’hydrogène ainsi que la réduction de l’hydrogène.
Pour ce faire, les avions à hydrogène doivent être équipés :
- de piles à combustibles
- de réservoirs d’hydrogène sous pression pour alimenter la pile
- des moteurs alimentés en électricité
Ce type d’avion ne permettrait de rejeter que de la vapeur d’eau : un atout de taille pour la transition énergétique de l’aviation.
Les enjeux autour de l’avion à hydrogène
L’empreinte écologique du secteur des transports est pointée du doigt depuis plusieurs années. On sait par exemple que l’aviation est à l’origine de 3,8% des émissions globales annuelles de CO2 en Europe.
Ces émissions de CO2 et gaz à effet de serre ont triplé depuis 1993 dans l’Union Européenne et la cause principale est la croissance du trafic aérien et du nombre de voyageurs.
La quête de solutions de transports décarbonés est donc un enjeu majeur, d’autant plus qu’il y a une nécessité de réduire la dépendance aux énergies fossiles comme le kérosène.
En France, la filière du transport aérien doit se réinventer. À ce titre, un plan de relance de l’industrie aéronautique a été rendu public le 9 juin 2020. Il s’agit notamment de soutenir le développement d’un avion neutre en carbone pour une mise en service en 2035.
Pour maintenir ces objectifs, la recherche pourra s’orienter vers des technologies qui permettent de réduire la consommation du kérosène ou des kérosènes neutres en carbone. L’avion à hydrogène fait aussi partie des solutions envisagées.
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Avion à hydrogène : espoirs et difficultés
Pourquoi l’avion à hydrogène est porteur d’espoir ?
L’avion à hydrogène serait une technologie révolutionnaire pour le secteur aérien. En effet, ce secteur est à l’origine d’émissions de gaz importants. De plus, la dépendance au kérosène peut constituer une menace.
Si tous les avions du futur fonctionnent à l’hydrogène, le phénomène de pollution du secteur serait réduit jusqu’à 90%. C’est le chiffre le plus intéressant pour réduire les émissions du secteur. En effet, même l’utilisation de biocarburant dans l’aviation ne pourrait réduire aussi considérablement l’émission de gaz à effets de serre.
Les difficultés des constructeurs d’avion à hydrogène
À ce stade, l’avion à hydrogène représente un vrai défi en recherche et développement pour les constructeurs aéronautiques.
De nombreuses problématiques doivent être résolues avant de pouvoir imaginer la mise en circulation de l’avion à hydrogène :
- L’avion à hydrogène nécessite un réservoir 4 à 6 fois plus gros que les réservoirs de kérosène ce qui implique de modifier la forme actuelle des avions pour répondre à cette contrainte
- L’hydrogène utilisé dans l’avion doit être transporté sous forme liquide et réfrigéré à -253°C. Tout d’abord, cette transformation du dihydrogène est coûteuse. Puis, les réservoirs de l’avion doivent donc être adaptés à cette contrainte, suffisamment isolés et seront nécessairement de forme cylindrique ce qui n’est pas le cas aujourd’hui dans les avions actuels
- L’hydrogène dans l’avion à hydrogène circule à haute pression, ce qui implique un réseau de distribution solide ce qui va alourdir le poids de l’avion
Enfin, la production d’hydrogène qui va permettre d’embarquer de l’hydrogène dans ces avions doit se développer considérablement. À ce jour, l’hydrogène est majoritairement le fruit du vaporeformage.
Or, pour créer un hydrogène vert, donc neutre en carbone, il faudra s’appuyer sur la technologie de l’électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergies renouvelables.
Les projets d’avion à hydrogène en cours de développement
Des avions à hydrogène de type avion de tourisme
Le premier prototype d’avion à hydrogène a pour la première fois volé en 2008. Il a été conçu par Boeing. L'aéronef était petit :
- 16 mètres d’envergure
- une longueur de 6,5 mètres
- 800 kg
Un autre projet devrait voir le jour également en 2022 par le constructeur implanté à Belfort Avions Mauboussin. Un projet d’avion hybride à hydrogène y est en développement depuis 2017.
Le constructeur Avions Mauboussin devrait faire voler Alérion d’ici 2022 en version hybride (électrique/thermique) puis 2024 en version hydrogène.
Le projet Airbus pour les vols long-courriers
En ce qui concerne les avions pour des moyen et long courriers, les constructeurs font face à des défis techniques de taille. Les contraintes liées au stockage de l’hydrogène et à sa distribution sont d’une complexité encore jamais vue dans l’aviation.
Le 21 septembre 2020, l’avionneur européen Airbus a annoncé travailler sur trois projets d’avions à hydrogène nommés ZÉRO. L’objectif : créer un avion zéro émission.
Ces trois concepts seront étudiés et un seul sera retenu pour une mise en circulation à l’horizon 2035.
Ces trois projets sont les suivants :
- un avion à turboréacteurs de configuration classique : il pourrait transporter entre 120 et 200 personnes comme aujourd’hui un avion de type A220. Cet avion serait alimenté par une turbine à gaz fonctionnant à l’hydrogène grâce à des réservoirs situés à l’arrière de l’appareil. Son autonomie serait de 3500 kilomètres.
- un avion à turbopropulseurs (hélices) : il pourrait embarquer jusqu’à 100 passagers pour une autonomie de 1800 kilomètres.
- une aile volante avec une capacité d’accueil et une autonomie semblable au projet de l’avion à turbopropulseurs.
Selon les responsables d’Airbus, ce type de projet est le seul capable de répondre au défi de la décarbonation du secteur de l’aviation.
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