Quelques solutions pour réduire la facture énergétique

Aujourd’hui, les avions utilisent majoritairement le kérosène pour produire l'énergie nécessaire à la propulsion. Les biocarburants de troisième génération pourraient permettre de réduire les émissions de particules d'un vol de croisière de 50 à 70 % par rapport à la combustion du kérosène. En attendant, l'industrie aéronautique optimise les carburants pour gagner en performance.

Parmi les autres pistes envisagées pour réduire les émissions, citons le choix de trajets optimisés, ou l'allègement des aéronefs. Cet objectif d'allègement passe par le recours massif aux matériaux composites, qui remplacent certaines pièces métalliques. Le fuselage et les ailes d'avions comme l'Airbus A350, le Boeing 787 Dream ou les longs-courriers de nouvelle génération sont constituées de composites à hauteur de 50 %.

La propulsion électrique

À bord des avions les systèmes mécaniques, pneumatiques et hydrauliques sont progressivement remplacés par des systèmes électriques pour le fonctionnement des équipements et les commandes. Mais la propulsion représente des puissances 10 à 100 fois plus élevées. On saisit l'ampleur des défis que représente l'adoption de la motorisation électrique. Il s'agit d'une innovation radicale, qui est susceptible d'entraîner des avancées décisives ; c'est pourquoi elle très largement étudiée dans le monde de l'aéronautique.

La gestion de l'énergie électrique à bord implique de maîtriser le stockage, la conversion et la restitution de l'énergie, l'un des inconvénients des batteries étant leur poids. L'électrification des avions passera certainement par le développement des piles à combustibles, combinées avec des batteries ou des condensateurs pour gérer les pics transitoires de consommation d'énergie.

La piste du tout-électrique est plutôt envisagée pour l'aviation légère, avec des capacités d’emport et de rayon d’action plutôt faibles. L'approche "hybride" semble être plus à même de répondre à court et moyen termes aux besoins de performances, d'allègement et d'optimisation du rendement énergétique global des futures plates-formes aéronautiques. Ainsi, la motorisation électrique est-elle en voie d'être appliquée aux déplacements au sol des avions ou entre les pistes, grâce à des systèmes de roulage électrique intégrés aux roues (green taxiing).

Ampère, un démonstrateur de la propulsion électrique distribuée

Le projet AMPERE, présenté par l'ONERA au Salon du Bourget, s'intéresse au "tout électrique", couplé avec un concept innovant de propulsion distribuée. Sans perdre en rendement malgré une taille réduite, les moteurs électriques du type "fan", sont distribués le long de l'aile et servent à la fois à la propulsion et au pilotage de l'avion.

Par des effets aérodynamiques actifs (soufflage de voilure et/ou ingestion de couche limite), ils réduisent les pertes d'énergie liées aux frottements entre l'air entraîné par la surface de l'avion et l'air ambiant. De plus, ils participent au pilotage de l'avion, ce qui améliore la sécurité du vol tout en permettant un dimensionnement au plus juste de la propulsion, donc la réduction de divers postes de masse et de consommation d'énergie. De surcroît, l'architecture électrique d'un tel avion peut prévenir des risques comme la foudre, ce qui là encore permet d'alléger l'avion de certains équipements protecteurs lourds.

La mise au point de telles solutions novatrices implique notamment des simulations numériques effectuées grâce à des codes de calcul intégrant la maîtrise de domaines tels l'aérodynamique, les structures. À ces simulations numériques s'ajoutent l'indispensable volet expérimental effectué dans les souffleries de l'ONERA. Étape suivante, la simulation des lois de pilotage d'un tel appareil, en attendant un éventuel démonstrateur en vol.