Pour remplacer l’avion au kérosène, de plus en plus d’efforts sont mis à développer des avions à hydrogène. Il y a plusieurs modèles de petites tailles développés par des startups et d’autres, plus massifs, sont explorés par Airbus.
Le trafic aérien est responsable de plus de 3% des émissions de gaz à effet de serre. Pour résoudre le problème, une solution serait de passer à l’avion à hydrogène.
Toutefois cette idée, qui était déjà née dans les années 80, se heurte à des challenges techniques de taille. Plusieurs startups ont néanmoins déjà développé des aéronefs alimentés par des piles à combustible et Airbus a même commencé à prototyper des avions à grande capacité.
Cela s’inscrit dans la logique de la mobilité hydrogène, qui gagne énormément de soutien politique en ce moment.
Histoire de l’avion à hydrogène
Le 15 avril 1988, le Tupolev 155 (Tu-155) a réalisé son premier vol d’essai. C’était le premier avion expérimental à fonctionner en utilisant de l’hydrogène liquide. Toutefois, ce n’était le cas que d’un de ses trois réacteurs et son vol a duré une vingtaine de minutes.
Début 2008, Boeing a équipé un petit avion d’un système de propulsion basé sur une batterie et une pile à combustible et l’a fait voler pendant 20 minutes.
Challenges de l’avion à hydrogène
« Les trois contraintes principales de l’hydrogène sont son volume (4 fois supérieur au kérozène pour la même quantité d’énergie, même s’il est plus léger), sa température (le fait que l’hydrogène doit être cryogénique, soit stocké à moins -253°C) et la modification nécessaire des moteurs pour brûler de l’hydrogène pour une combustion d’hydrogène au lieu de faire une combustion de kérosène. »
Jean-Brice Dumont, Directeur de l’ingénierie – Airbus
« Un A320 contient 23 tonnes de kérosène. Il suffit de 9 tonnes d’hydrogène pour disposer de la même énergie. Mais s’il est liquide, il occupe un volume quatre fois plus important que le kérosène, et près de huit fois s’il est comprimé. Dans les deux cas c’est très compliqué. Les voitures à hydrogène utilisent de l’hydrogène comprimé et le poids des réservoirs est dix-huit fois celui de l’hydrogène qu’ils contiennent… Donc pour l’aviation où le poids reste la question clé, l’hydrogène liquide s’impose. Mais comme il faut maintenir sa température à -253°C pour éviter l’ébullition, les réservoirs devront être extrêmement bien isolés »
Cédric Philibert
Le volume du carburant
La masse volumique de l’hydrogène liquide est de 70,973 g/l, 1kg d’H2 n’occupe ainsi « que » 14 litres (contre 11 000 dans des conditions de pression et de température normales). Cela reste 4 fois plus important, à énergie égale, par rapport au kérosène.
Toutefois, il doit être maintenu en dessous de 20,28 degrés kelvins (= −252,87 °C).
On pourrait imaginer que l’hydrogène métallique pourrait être intéressant pour le stocker, vu que « Il n’y a pas d’autre système chimique qui stocke une telle énergie. » (Paul Loubeyra (CEA)), mais il vient à peine d’être « découvert ». Le stockage sous forme d’hydrures métalliques, quant à lui, est hors de question, étant trop lourd.
Les perspectives
L’avion à hydrogène est une perspective très soutenue par les politiciens :
« la feuille de route du plan de soutien au secteur aéronautique prévoit une aide de 1,5 milliard d’euros pour l’étude d’un avion décarboné. »
Le Point
« Annonçant un « soutien massif » à la recherche, le gouvernement a annoncé l’octroi d’un financement d’1,5 milliard d’euros sur 3 ans au Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile (CORAC). »
H2-mobile
C’est aussi un créneau qui attire les startups et autres innovateurs.
L’avion à hydrogène Airbus
En septembre 2020, Airbus a annoncé le test de 3 avions « concepts » nommés ZEROe:
- le premier, « classique », pourra emporter jusqu’à 200 personnes sur plus de 3500 kilomètres.
- le second, avec des hélices sera destiné à des trajets plus courts, pour une centaine de passagers.
- et le troisième, une « aile volante », devrait avoir une capacité de 120 à 200 places.
Ils seront alimenté avec de l’hydrogène liquide.
L’entreprise aéronautique prend ainsi une avance sur son concurrent, Boeing, « empêtré dans la mise à niveau du B737 MAX et polarisé sur le lancement de la version X du B777 ». (Le Point)
Airbus a déposé en janvier de cette année (2022) pour le concept de son second test, l’avion régional:
« Le groupe toulousain vient en effet de déposer un brevet pour protéger une invention visant à monter six moteurs indépendants, tous alimentés par de l’hydrogène liquide, sur un avion régional. Intégré dans le programme « Zéro Emission » qui doit aboutir en 2035 à un avion commercial, ce concept repose sur six moteurs amovibles à huit hélices contenant une pile à combustible. Chaque bloc-moteur, les « pods » est alimenté par un réservoir d’hydrogène. S’y ajoutent des moteurs électriques et de l’électronique de puissance. L’intérêt de multiplier les moteurs est double. »
La dépèche
L’avion long courrier, quant à lui, n’est pas attendu avant 2050.
Pour aller plus loin, vous pouvez lire notre article sur les avions à hydrogène Airbus ZEROe.
ZeroAvia
ZeroAvia a réussi le 24 septembre 2020 un premier vol test avec un Piper Malibu de six places.
Cette innovation pourrait être liée à la pile à combustible fournie par HyPoint, qui annonce un ratio poids-puissance largement supérieur à ceux existants.
L’autonomie du modèle devrait être d’environ 250 miles.
La startup aurait récemment conlu un accord avec rien de moins que la British Airways, pour intégrer son programme « Hangar 51 », ayant pour objet de soutenir des startups explorant « comment les avions à hydrogène électrique peuvent alimenter la flotte du futur.«
ZeroAvia espère pouvoir proposer des vols de 20 places sur 700km à l’horizon 2023 et des avions de 100 places en 2027.
Pour aller plus loin, vous pouvez consulter notre article sur l’avion à hydrogène de ZeroAvia.
Les avion-taxi à hydrogène
Plusieurs entreprisent développent des avion-taxi à hydrogène dans le même principe que Lilium (la même mais électrique). Ainsi d’Urban Aeronautics, qui utilise les mêmes piles HyPoint que ZeroAvia. Le modèle d’Alaka’i Technologies semble déjà fonctionnel et permettrait de transporter jusqu’à 5 personnes sur 400km, avec une vitesse de pointe de 190 km/h.
Hy4
Le Hy4 est un petit avion à hydrogène de 4 places combinant une pile à combustible et une batterie. Il a déjà réussi une trentaines de décollages et des vols pouvant durer jusque 2 heures.
Il a reçu l’autorisation d’effectuer ses vols d’essai depuis l’aéroport de Stuttgart.
Pour aller plus loin, vous pouvez consulter notre article sur l’avion à hydrogène HY4.
Element One
Element One est un petit avion à hydrogène qui permettrait d’emporter 4 passagers sur 500 à 5000km. Il est développé par HES Energy Systems, entreprise basée à Singapour spécialisée dans les piles à combustible pour drones et filiale de H3 Dynamics. Toutefois le projet s’associe à plusieurs startups française et pourrait installer un centre de développement à Toulouse.
Pour aller plus loin, vous pouvez consulter notre article sur Element One.
Pour aller plus loin:
Cet article fait partie de notre dossier “Hydrogène, autonomie et transition énergétique“.
- Capital, « Hydrogène : Airbus dépose un brevet »
- Les échos, « Avion à hydrogène : de nombreux défis technologiques à relever »
- Les actualités sur l’avion à l’hydrogène par H2-mobile
- Futura-Science, « Airbus dévoile trois avions qui seront propulsés à l’hydrogène »
- Une vidéo sur l’intérêt des avions à hydrogènes, avec un focus sur ceux d’Airbus.