TRANSPORT AÉRIEN : QUELS SCENARIOS POUR UNE NEUTRALITÉ CARBONE EN 2050 ? Général Yves RIONDET et Marie VAUCHER

TRANSPORT AÉRIEN : QUELS SCENARIOS POUR UNE NEUTRALITÉ
CARBONE EN 2050 ?

Notre Président national, le Général Yves Riondet a travaillé sur cette question d’actualité.

Marie Vaucher, une « Jeune Pousse » du groupement Pierre Pouyade, totalement investie dans ce domaine depuis l’Université du Michigan ou elle travaille sur cette question en collaboration avec la NASA , a apporté son éclairage.

Qu’ils en soient tous deux remerciés.

Les rapports successifs du GIEC indiquent que les activités humaines sont
responsables du réchauffement climatique en raison de l’augmentation des
émissions de gaz à effets de serre (GES) et il serait souhaitable que l’ensemble
des acteurs économiques et que tous les citoyens se sentent concernés par la
limitation de la croissance des températures du globe. En effet, avec l’explosion
démographique prévisible de certains pays d’ici la fin du siècle, si une partie
significative de la société n’adhère pas aux engagements pris par les dirigeants
mondiaux lors des diverses conférences des Nations Unies (COP) alors il sera
difficile d’atteindre les objectifs fixés, qui sont d’ailleurs déjà un compromis
d’intérêts divergents entre les pays signataires des accords.
Différentes études scientifiques ont aussi montré que les énergies fossiles, dont
le méthane, le charbon et le pétrole, sont des acteurs majeurs du réchauffement
climatique sachant que pour sa part la Chine avec les USA sont les plus gros
émetteurs de GES et que la production d’électricité reste le 1er secteur émetteur
de CO2. Le transport routier est quant à lui à l’origine de 10% des GES mais
depuis quelques années c’est le transport aérien, qui ne représente à l’échelle
mondiale qu’à peine 3% des GES (dont environ 1/3 pour les vols domestiques et
2/3 pour les vols internationaux), qui est la cible de divers mouvements
associatifs et de quelques personnalités. Au motif légitime de lutter contre le
dérèglement climatique, ils ont désigné l’aérien comme bouc-émissaire mais
faut-il s’en étonner dès lors que le nucléaire avait, en d’autres temps, fait l’objet
d’attaques similaires. Cet acharnement idéologique est d’autant plus inquiétant
qu’il est souvent le fait de données tronquées et/ou bidouillées qui trouvent
parfois un écho auprès d’influenceurs ou de lanceurs d’alerte pas toujours bien
intentionnés. Aussi est-il bien raisonnable par exemple de vouloir faire annuler
des shows aériens dont celui de la Patrouille de France, de supprimer les
subventions aux aéroclubs au motif que « l’aérien ne doit plus faire partie des
rêves d’enfants aujourd’hui », de plaider pour une limitation à 4 vols dans toute
une vie ou encore d’exiger l’interdiction des jets privés ?
Il est cependant vrai que lorsqu’on pense voyage à longue distance aujourd’hui
on pense souvent à l’avion (toujours plus confortable et plus sûr) et on peut
entendre les diverses recommandations de sobriété mais faut-il pour autant avoir
honte de prendre l’avion, voire instaurer demain un quota carbone individuel ?
Avec la reprise du trafic aérien depuis la levée des restrictions de déplacement
liées à la pandémie Covid, il est donc tout naturel de se pencher sur l’impact
environnemental des vols mais cette préoccupation est déjà bien présente chez
les différents acteurs de ce secteur depuis au moins une quinzaine d’années. En
effet dès 2008 l’AIA* a déclaré vouloir réduire d’ici 2050 ses émissions de CO2
de 50%, puis en 2010 l’OACI* s’est engagée à avoir une croissance neutre en
carbone à partir de 2020 et enfin en 2021 l’IATA* a affiché l’ambition
d’atteindre zéro émission nette en 2050. Ajoutons que le programme CORSIA
de l’OACI qui vise à compenser la part des émissions de CO2 des vols
internationaux excédant leur niveau de 2019 et de 2020, obligera les compagnies
aériennes dès 2027 à acheter des crédits générés par des projets bas carbone
internationaux éligibles.
Dans ce contexte il faut aussi noter qu’au fil du temps les avions commerciaux
ont bénéficié de différents progrès technologiques surtout au niveau des profils
aérodynamiques et de la motorisation. Il y a maintenant un demi-siècle que les
avions de ligne sont dotés de réacteurs double flux et chaque nouvelle
génération d’appareils a enregistré des gains énergétiques très significatifs grâce
notamment aux motoristes qui ont développé des réacteurs de plus en plus
performants avec des taux de dilution grandissant avec celui de la taille de
soufflantes, ce qui a permis d’augmenter les distances franchissables et/ou le fret
transporté.
Concorde, avion franco-britannique bi supersonique dont le 1er vol commercial
eut lieu en 1976, a tiré sa révérence depuis un peu plus de 20 ans et il serait
inconcevable de produire désormais un appareil aussi bruyant et polluant du fait
de sa consommation très importante de kérosène, en particulier lors de la phase
de vol à Mach 2 mais il est vrai que les autres appareils subsoniques de l’époque
alors en service dans les Cies aériennes contribuaient eux aussi à la pollution
atmosphérique. Même l’A380, lancé en décembre 2000 pour succéder au
B747/400 avec l’ambition de réaliser une économie en transportant plus de
passagers sur les vols à longue distance, fut d’abord victime de la crise
financière de 2008 puis du changement de modèle économique. Aussi sa
production a été arrêtée en 2019 surtout pour des raisons de coût et à l’heure
actuelle seules quelques dizaines d’A380 continuent à sillonner les airs mais fort
heureusement Airbus Group a réussi à convertir une partie des commandes
d’A380 en A350.
Avec l’avènement des long-courriers à réaction, l’avion s’est démocratisé et
cette tendance s’est amplifiée à partir des années 80/90 avec l’offre des Cies low
cost d’où une augmentation notable des émissions de CO2 compensée en partie
au cours des dernières décennies par la nette diminution du taux de rejet CO2
des appareils en service par passager au km parcouru. Actuellement tous les
acteurs de l’aérien explorent de nouveaux leviers de décarbonation à mettre en
œuvre pour relever les défis de la transition énergétique et faisons confiance à
notre pays qui fourmille d’innovateurs pour concevoir une nouvelle génération
de vecteurs (lanceurs spatiaux, avions, drones) encore plus sobres et aptes à
utiliser les carburants propres de demain. A titre d’exemple les avions de ligne
aujourd’hui sur le marché consomment en moyenne 20% de moins que ceux de
la génération précédente.
Conscients aussi des enjeux liés à la finitude des ressources pétrolières, plusieurs
acteurs de la filière font actuellement des recherches pour substituer au kérosène
des carburants de synthèse, appelés SAF (Sustainable Aviation Fuels), produits à
partir de biomasse ou de déchets industriels carbonés mais il ne faut pas perdre
de vue, qu’outre l’empreinte carbone résiduelle, cela va demander beaucoup
d’investissements et d’énergie pour les produire.
D’autres pistes sont à l’étude pour mettre au point un court ou moyen courrier à
hydrogène (gaz à fort pouvoir énergétique) mais, si ce mode de propulsion est
maitrisé dans le domaine spatial, sa mise en œuvre pose plusieurs problèmes
pour les avions de ligne dont celui du refroidissement et de la sécurité en raison
notamment de l’évaporation. Outre la difficulté à transporter et à stocker
l’hydrogène dans la cellule des aéronefs actuels, ce vecteur d’énergie bas
carbone coute très cher (3 fois le prix du kérosène) et il imposera de maitriser
l’étanchéité des circuits tout en se dotant de systèmes adaptés à la gestion des
circuits d’alimentation des moteurs. On peut toutefois, à moyen terme, espérer
une expérimentation avec des turbo réacteurs et si celle-ci est concluante il
faudra alors que les aéroports s’équipent de nouveaux moyens de production en
hydrogène liquide ou gazeux pour l’avitaillement des avions.
Enfin, en dehors de l’E-Fan, avion électrique d’Airbus développé par Voltair qui
a traversé la Manche le 10 juillet 2015 avec un pilote et un passager et de Solar
Impulse, l’avion de Bertrand Piccard qui, équipé de 4 moteurs alimentés par
l’énergie solaire, a réussi a bouclé en 15 mois un tour du monde en juillet 2016,
on ne peut envisager à un horizon raisonnable la mise en service d’un avion de
ligne électrique pour le transport des passagers. Toutefois la FFA dispose déjà
de plusieurs Velis Electro, biplace électrique du constructeur Pipistrel dédié en
aéroclub à l’apprentissage du pilotage. Cet appareil, certifié par l’AESA, ne
générant pas d’émission de CO2 présente aussi l’avantage d’être bien accepté
dans les zones urbaines en raison de son faible bruit. D’une autonomie actuelle
d’environ 1 h, on peut espérer, qu’avec le développement de la technologie des
batteries, toutes les missions de formation en aéroclub pourront être assurées,
voire des dessertes aériennes sur de courtes distances.
Il ne faut pas perdre de vue non plus que nos industriels ont déjà prouvé à
maintes reprises qu’ils étaient capables de relever le double défi écologique et
technologique. D’ailleurs la naissance de nombreuses Start Up aussi bien dans le
domaine aéronautique et spatial est très prometteur et on peut citer entre autres
HyPr Space qui développe un moteur hybride pour équiper un micro lanceur,
Limatech qui met au point des batteries légères moins toxiques et d’une
durabilité doublée, Ascendance Flight Technologies qui finalise à Toulouse son
projet d’avion 5 places à décollage vertical doté d’un système de propulsion
hybride ou encore Aura Aéro qui achève le développement d’un avion régional
hybride pour désenclaver les territoires. Ces sociétés innovantes aux côtés des
grands industriels, devraient écrire, à n’en pas douter, une nouvelle page de
l’histoire aéronautique en contribuant au développement des aéronefs de
demain.
Quant aux Armées, bien qu’à ce jour conscientes des problèmes de transition
énergétique, elles ne sont pas tenues par les objectifs ambitieux affichés par
l’UE car elles doivent continuer à protéger leur pays en cas de conflit et assurer
aussi plusieurs missions de service public et d’aide aux populations. Aussi il est
difficile d’apprécier le coût carbone induit par l’exécution de ces missions large
spectre d’autant que celles-ci sont souvent déclenchées sans préavis et leur durée
est difficilement planifiable. A noter que le changement d’appellation en 2020
du SEA (Service des Essences des Armées) en SEO (Service de l’Energie
Opérationnelle) avait pour but de montrer que ce service interarmées élargissait
son domaine de compétence au-delà des énergies fossiles.
Concernant l’AAE (Armée de l’Air et de l’Espace), elle utilise actuellement des
vecteurs propulsés uniquement par des moteurs thermiques mais les réacteurs
des avions de combat sont, d’une génération à l’autre, nettement moins
gourmand en kérosène. La comparaison entre l’Atar 9k50 et le M88 équipant
respectivement le Mirage F1 et le Rafale est très révélatrice des progrès réalisés
en matière de motorisation : le M88 (taux compression 24.5) est 45% plus léger
que le 9K50 (taux compression 6.15) avec un rapport poussée / masse 88%
supérieur. Même s’il est clair que le SCAF, successeur du Rafale, ne sera pas
électrique, il pourrait peut être à l’horizon 2050 utiliser des carburants
alternatifs, ce qui imposerait alors une interopérabilité avec nos alliés pour
l’avitaillement. Par ailleurs, même si son parc aérien a été divisé par deux au
cours des 20 dernières années, l’AAE poursuit une politique de sobriété
énergétique débutée d’abord par le développement de la simulation aérienne qui
permet aujourd’hui aux équipages de s’entrainer à des opérations complexes
sans toutefois pouvoir se substituer complètement aux situations rencontrées en
vol réel. Ensuite avec le remplacement en 2022 de l’Alpha Jet par le PC 21, dont
le turbopropulseur consommant 70% de moins que les 2 turboréacteurs Larzac,
la formation des pilotes de chasse est devenue aujourd’hui nettement moins
énergivore. Des expérimentations sont également en cours pour faire voler à
moyen terme des drones à l’hydrogène, ce qui permettra une plus grande
autonomie de vol avec de plus une réduction des signatures sonore et infrarouge.
Le 1er vol prototype du drone H2 Rapace, conçu par le CREA* avec le
laboratoire d’innovation du CEA et développé par la société Atechsys, a eu lieu
fin mai 2023 dans le Var.
L’AAE assure aussi une veille des avancées technologiques civiles pour en faire
bénéficier le moment venu ses avions de transport et toutes ces orientations
visent à respecter la stratégie énergétique du Ministère des Armées, savoir
« Consommer moins, mieux et sûr ».
En résumé pour atteindre les objectifs de neutralité carbone à l’horizon 2050
tous les secteurs de l’économie devront être mobilisés et pour ce qui concerne
l’aérien il faut rappeler que, parallèlement au plan de soutien du secteur
industriel mis en place par le gouvernement lors de la crise Covid 19, un fonds
d’investissement réunissant Airbus, Safran, Dassault et Thalès avait accompagné
les transformations ainsi que la compétitivité des PME, tout en favorisant la
« décarbonation » de cette industrie. Par ailleurs l’édition 2023 du Salon du
Bourget a été l’occasion pour le GIFAS de mettre en avant ses efforts en matière
environnementale, savoir développer une activité décarbonnée à près de 80%
pour respecter la stratégie nationale bas-carbone figurant dans la loi Climat et
Résilience de 2021.
Comme évoqué supra les différents acteurs peuvent jouer sur plusieurs leviers :
– amélioration à moyen terme de l’efficacité énergétique des réacteurs avec une
baisse de l’intensité carbone de l’énergie consommée ce qui suppose une rupture
technologique pour produire des carburants d’aviation durables et la certification
des appareils pour l’utilisation de ceux-ci,
– augmentation du taux de remplissage des avions de ligne avec une possible
réduction du niveau de trafic qui pourrait découler d’un choix citoyen et/ou du
surcoût des billets,
– mise au point d’avions électriques et/ou hybrides pour des petits trajets avec un
faible nombre de passagers.
Malgré tous les progrès notables déjà réalisés en matière de performance
énergétique par la filière aéronautique, l’aviation bashing a pris de l’ampleur ces
dernières années en oubliant que depuis près d’un siècle le transport aérien,
synonyme de liberté et d’évasion, permet la connexion entre les individus et
favorise les développements socio-économiques entre pays tout en répondant à
un besoin de mobilité. Compte tenu des efforts déjà réalisés par les Cies
aériennes et les industriels il est donc injuste que l’aérien reste la cible de
certains idéologues d’autant que ce n’est pas en dénigrant l’aviation que nous
allons résoudre le problème écologique. En revanche, le risque d’affaiblir notre
industrie aéronautique, qui avec le luxe, est une filière d’excellence de
l’économie française génératrice de nombreux emplois (4000 sociétés employant
plus de 260000 salariés), existe bien.
Chacun a bien compris que les enjeux écologiques sont à la fois politiques et
sociétaux et sans perdre de vue les questionnements relatifs à la transition
écologique et à la nécessité pour l’aérien de réduire son empreinte carbone, est-il
légitime de vouloir réduire autoritairement nos déplacements aériens ? A chacun
bien entendu de se faire sa propre opinion mais pour ma part je pense qu’il faut
avoir confiance dans l’aérien pour concilier sobriété et innovation et j’espère
que nous pourrons ainsi préserver notre liberté de circuler et pourquoi pas de
rêver.
Général (2s) Yves Riondet
(Président National des Vieilles Tiges et du secteur 540 de l’ANORAAE)
Acronymes :
AIA (Association des Industries Aérospatiales)
OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale)
IATA (International Air Transport Association)
FFA (Fédération Française Aéronautique)
GIFAS (Groupement des industries françaises aéronautiques et spatiales)
AESA (Agence européenne de la sécurité aérienne)
CREA (Centre de Recherche de l’Ecole de l’Air)

 

Bonjour à tous,

L’article du général sur la décarbonation de l’aviation est particulièrement intéressant, c’est évidemment un sujet qui me passionne, mais j’ai surtout apprécié la mise en perspective de tous les aspects aussi bien législatifs, techniques que politiques.

Certains des points évoqués font particulièrement écho au travail que je mène au sein de mon département AERO (MDO Lab — University of Michigan), mais également à celui de certains de mes collègues.

Tout d’abord au sujet de la transition vers la propulsion à hydrogène, comme mentionné dans l’article, les avions de transport régional sont favorisés. Ceci s’explique par des raisons de rentabilité : les tanks qui contiennent l’hydrogène liquide sont trop volumineux pour être placés dans les ailes, ils sont donc placés dans le fuselage, ce qui entraîne la suppression de rangs de sièges de passagers. Plus l’appareil doit couvrir une longue distance et plus les tanks prennent de place, ce qui, au delà d’une certaine distance empêche le vol d’être rentable.

Au sujet des technologies de propulsion, la combustion de l’hydrogène présente l’avantage de ne pas nécessiter d’importantes modifications des moteurs actuels – puisque actuellement c’est le kérosène qui est brulé – ce qui est évidemment intéressant d’un point de vue économique pour les compagnies aériennes. On peut également évoquer une seconde technologie prometteuse : les piles à combustible, dont l’efficacité est bien supérieure à celle d’un moteur à combustion : entre 60% et 80%, contre 25% pour un turbopropulseur classique. Enfin une technologie en cours de maturation au sein du centre Glenn Center à Cleveland dans l’Ohio semble pleine de promesses : le Strayton engine développé par Rodger Dyson et dont j’ai personnellement évalué les performances au cours des derniers mois. De petite taille, ce moteur placé à l’arrière du fuselage et alimenté par hydrogène, permettrait de générer avec un très bon rendement de l’électricité qui alimenterait des moteurs superconducteurs afin d’assurer la propulsion de l’avion.

Par ailleurs, une innovation majeure qui intéresse certains industriels, particulièrement aux US et qui pourrait permettre, associée à l’utilisation de l’hydrogène comme carburant, d’atteindre l’objectif net zero en 2050, est la configuration en BWB, nommé fuselage intégré en français. Je pense notamment à l’entreprise JetZero en Californie qui est en train de développer un premier prototype. Cette configuration permettrait de mieux intégrer également les tanks à hydrogène dans le fuselage et donc d’envisager des vols sur plus longue distance propulsés à hydrogène. Petit détail intéressant sur cette configuration : la position des groupes propulseurs situés à l’arrière du fuselage permettra de réduire la traînée et donc d’augmenter l’efficacité globale de l’avion.

Pour ceux qui ont une bonne maîtrise de l’anglais, je ne peux que vous recommander la lecture du papier de mon collègue Eytan J. Adler sur la propulsion à l’hydrogène : ‘ Hydrogen-powered aircraft : Fundamental concepts, key technologies and environmental impacts’*. Cet article scientifique, qui est (presque) un article de vulgarisation, a pour objectif de résumer l’état de la recherche sur la propulsion des avions à l’hydrogène.

Plus anecdotique mais néanmoins un sujet de recherche important : l’optimisation des opérations au sol et en vol. Une initiative mise en place récemment à titre expérimental concerne le départ des avions vers le seuil de piste : un logiciel permet d’informer les pilotes en temps réel de leur position en file d’attente avant décollage. Les pilotes ne démarrent alors les moteurs que lorsque la place dans le liste d’attente a suffisamment diminué, afin de réduire le temps d’attente moteurs allumés. Seconde initiative en cours de développement : l’utilisation de l’intelligence artificielle pour proposer des options de déroutement optimisées au contrôleur aérien, qui pourra juger ensuite de la pertinence de cette proposition.

Enfin d’un point de vue plus politique, il serait intéressant de réguler les stratégies commerciales qui visent à réduire les prix des vols avec correspondance.

Personnellement je vois notre secteur comme un vecteur d’innovations et je ne doute pas que les progrès réalisés grâce à nos efforts, trouveront une résonance dans d’autres domaines. Je pense particulièrement à la synergie qui peut se mettre en place entre le secteur automobile et aérien, même si, évidemment ces deux ne font pas du tout face aux mêmes contraintes.

Au plaisir de vous revoir bientôt et de partager nos avancées techniques et technologiques avec vous,

Cordialement,

Marie

*: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376042123000386