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De l’intérêt de l’aviation électrique

La certification du premier avion électrique au monde, le Velis Electro de Pipistrel, et l'annonce des programmes d’avion de transport du futur, ont relancé le débat sur la transition énergétique. Dans cette tribune, Gilles Rosenberger (Faraday Aerospace) répond à Bruno Guimbal qui a apporté, ici même, son éclairage d’ingénieur aéronautique.

29.06.2020

Le Velis Electro de Pipistrel. Le seul avion électrique certifié. © Pipistrel

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Amicalement apostrophé par Bruno Guimbal sur l’aviation électrique, c’est avec grand plaisir que je complète et répond à sa tribune argumentée, enflammée et (comme toujours) intéressante.  Je partage nombre de ses arguments mais diverge sur quelques points et probablement sur certaines conclusions.

Un propos laminaire avant d’entrer dans le débat

Pour moi l’aviation électrique est celle qui est mue par un (et surtout) plusieurs moteurs électriques et elle intègre naturellement les solutions hybrides sous toutes ses formes : source hybride d’énergie ou intégration hybride des moteurs électriques et thermiques. Les configurations dites tout-électrique ou (« full-battery« ) ne sont que des installations particulières où l’architecte de l’avion décide de se passer de source complémentaire (ou principale).

La question de la maturité

Il y a un biais que je retrouve fréquemment dans les comparaisons entre aviation thermique et électrique, c’est l’absence de prise en considération de la différence de maturité des différentes technologies : notre industrie construit et améliore continument des systèmes de propulsion à base de moteurs à piston depuis plus de 120 ans, des systèmes de propulsion à base de turbines depuis environ 80 ans, et des systèmes électriques de propulsion depuis une vingtaine d’années.

La jeune technologie « propulsion électrique » saura emprunter des briques technologiques à d’autres domaines (je pense notamment à l’électronique de puissance, aux batteries, aux solutions de stockage d l’hydrogène, …), tout comme Lycoming et Continental ont su emprunter des technologies de fonderies et d’usinages ou GE, Pratt & Whitney, Rolls Royce ou Safran ont su aller chercher des connaissances pointues du côté de la métallurgie  ou du tissage da carbone 3D.

Et s’il peut être légitime d’allouer à la propulsion électrique l’objectif de remplacer les systèmes thermiques, il est inutile de la rejeter au motif qu’elle ne sait pas encore le faire.

Je place ainsi le développement de la propulsion électrique dans une dynamique qui conduit à envisager la neutralité carbone de l’aviation. Et une part significative de mon activité de dirigeant de Faraday Aerospace consiste à tenter de comprendre cette dynamique.

Nous partageons avec Bruno, la conscience de l’urgence climatique.
Je partage aussi son intérêt pour les travaux et les communications de Jean-Marc Jancovici et de son think tank.

Je connais bien le plan de route de notre industrie (CORAC), et son pendant international CORSIA, pour s’attaquer au réchauffement climatique : déjà avant la crise de la covid il présentait la très grande ambition de réduction des émissions de GES en 2050 à 50% du niveau de 2005. Mais cette grande ambition est aujourd’hui insuffisante face la trajectoire d’une neutralité carbone en 2050 : il ne s’agit plus de réduire ces émissions de 50% mais de les neutraliser.

Je reviendrai dans une prochaine rubrique sur ma vision des trajectoires possibles pour cette décarbonation du transport aérien.

Il m’apparait déjà évident qu’il n’y aura pas UNE solution technique mais une COMBINAISON de plusieurs solutions et que ces combinaisons pourront être différentes selon les segments de marché (régional, courts, moyens et longs courriers) et que l’on pourrait même voir des déclinaisons locales de ces combinaisons. Le one-size-fits-all n’est probablement plus adapté.

Parmi la combinaison de ces solutions figure la propulsion électrique et ses multiples déclinaisons et notamment :  full battery, hybrides, monomoteurs et propulsions distribuées.

Et je tente de prendre le problème dans un sens différent de celui exposé par Bruno : plutôt que d’expliquer que l’on n’y arrivera pas et pourquoi on n’y arrivera pas, j’essaye de reprendre les mêmes analyses pour comprendre ce qui nous reste à faire et comment le faire. Et je vais essayer de reprendre la chronologie de son papier …

Les fausses qualités supposées de lmer’avion (tout) électrique : son silence

Techniquement, le silence de l’avion tout-électrique n’est que relatif, le bruit de l’hélice reste présent mais en termes de bruit perçu, et probablement grâce à son image, l’avion tout-électrique reste à ce jour inégalé.

Bien sûr que la question du bruit n’est qu’une partie de la raison de l’opposition de certains riverains d’aérodromes.

Bien sûr que nous savons construire des avions silencieux.

Un moteur Rotax avec un pot d’échappement équilibré peut être réellement silencieux (et Elixir va prochainement le démontrer tous les jours dans de nombreux clubs) … Même si c’est un peu plus difficile avec les LyCosaures, notamment du point de vue réglementaire.

Cela ne m’empêche pas de penser que, dans le dialogue avec les riverains, l’avion « tout-électrique » est un vecteur de communication qui ne peut que contribuer à apaiser ou réduire les oppositions à nos terrains.

La vraie-fausse simplicité de sa maintenance

Bien sûr que l’affirmation selon laquelle l’entretien d’une motorisation électrique ne couterait rien est fortement exagérée. Mais quand même … nos projections sur des systèmes de faible puissances (moins de 100kW) montrent de nettes économies par rapport à ses équivalents thermiques.

Oui, la maintenance programmée d’un système électronique peut constituer quelque chose de pointu, mais il ne faut pas oublier tout l’apport des dispositifs de surveillance et de diagnostic.

Mon copain garagiste m’explique qu’il n’est pas devenu un expert électronicien pour les nouvelles voitures, mais un électricien qui sait bien utiliser les valises de diagnostic, la mise à jour des softs et les outils de trouble shouting (recherche de pannes). Nos futures motorisations comprendront les mêmes systèmes OBD (On Board Diagnostic) avec des données nativement électriques et donc bien plus faciles à exploiter que s’il fallait faire la même chose sur un moteur traditionnel …

Oui, le système de refroidissement de l’électronique (et du moteur) constitue un challenge mais la circulation d’un fluide sous pression ne constitue qu’un axe de travail. D’autres solutions sont déjà envisageables et envisagées …

Nous savons aussi que l’altitude ajoutera des difficultés à la maitrise de ces systèmes, mais dans le développement progressif (toujours la même idée de montée progressive en maturité) ne passe peut-être pas immédiatement par des avions conçus pour voler  » haut » (lire dépasser les niveaux 60 ou 80 ….). On y viendra mais progressivement et après avoir maitrisé d’autres problèmes.

Une première vérité sur l’économie de la propulsion électrique

A Faraday, nous avons écrit le plan de maintenance du système propulsif simple que nous développons (monomoteur et full-battery) : c’est une des données d’entrées de notre projet pour une application CS-23. Nous avons aussi écrit les gammes de la plupart des opérations de maintenance pour en faire des concepts opérationnels s’imposant au design.

Dans l’étude du cout total de possession du système propulsif électrique (pas de l’avion), la maintenance programmée (avec des visites périodiques espacées et des TBO entre 5.000 et 20.000 heures selon les composants) est de 70 à 80% moins cher que celle d’un moteur à piston (visites périodiques classiques et TBO de 2.000 heures). Les composants coutent moins cher, les opérations de maintenance et retrofit sont bien plus simples et leurs fréquence bien plus faibles.

Un coût à l’heure de vol déjà parmi les plus bas

Le cout de l’énergie (rapporté à l’heure de vol) est aujourd’hui du même ordre de grandeur pour un Rotax 912 ou une motorisation électrique de 80 kW que l’on recharge pour tous les vols et dont la batterie est changée tous les 1.000 vols (ou 1.000 heures). Ce constat vaut aujourd’hui en France mais l’équilibre est plus difficile pour un cout américain de carburant.

Par ailleurs toutes les prévisions de prix de cellules de batteries montrent des baisses durables et importantes tandis que le cout du pétrole est pour le moins erratique et que la menace d’une fiscalité punitive sur l’AvGas n’est pas vraiment absente. Le futur économique de la batterie me semble bien plus favorable que la 100LL voir à son successeur non-plombé (une menace de plus sur nos LyCosaures !).

Un lourd héritage

Du point de vue environnemental et social, les batteries au lithium portent encore un lourd passif. Même si les quantités unitaires de lithium et de cobalt (pour ne citer que ces exemples) se réduisent à chaque génération, la croissance du marché génère une pression grandissante sur les territoires et sur les hommes. L’ensemble de la chaîne logistique sait qu’elle doit améliorer la situation.

L’industrie mondiale qui extrait et raffine du pétrole a eu 120 ans pour s’améliorer et pourtant elle est aujourd’hui encore loin d’être exemplaire. Positionnons nos exigences au bon niveau pour l’industrie de la batterie mais laissons-lui le temps de murir.

Electricité, hydrogène, essence et kérosène ne sont des pas sources d’énergies, mais des vecteurs

Aucun n’existe à l’état naturel, ils sont tous issus de transformations de matières premières ou de flux naturels. Nous savons que la transformation des hydrocarbures fossiles et ou du charbon pour produire l’un de ces vecteurs est la négation même de la démarche de décarbonation.

Un hydrogène bas carbone

Je ne partage pas l’idée que puisque 96% de la production mondiale d’hydrogène est aujourd’hui carbonée, alors elle doit être rejetée pour ses émissions de CO2.
Ce rejet ignore la formidable dynamique mondiale autour de sa décarbonation :

  • De nombreuses voies ont déjà été validées par des démonstrateurs semi-industriels ou industriels pour produire un hydrogène bas carbone
  • Les objectifs de couts sont jugés réalistes dans une compétition avec un pétrole à 100 $ le baril
  • Tous les grands pays ont des programmes de développement fortement financés, l’Allemagne vient d’annoncer un plan à 9 milliards pour passer des flottes de voiture et de camions à l’hydrogène, mais aussi des trains.

Mais pourquoi un tel engouement ?

Parce que le dihydrogène (H2 de son vrai nom) est l’élément le plus abondant dans l’univers et le troisième à la surface de la terre. Il peut être utilisé soit en carburant dans un réacteur soit en alimentant une pile à combustible évitant alors toute émission locale de CO2. Et surtout que sa densité énergétique est plus de 3 fois celle des carburants fossiles : de l’ordre de 40 kWh/kg contre 12 kWh/kg.

La production annuelle d’énergie pour les transports routiers et aériens représentent 2.3 Gtep; elle correspond à 720 Mt d’hydrogène, soit 12 fois la production actuelle d’hydrogène (utilisée aujourd’hui à 92% par l’industrie chimique).

Ce coefficient 12 reste compatible d’une évolution possible de la production en 10 ou 20 ans.

Mais le développement de la propulsion à l’hydrogène rencontre encore de nombreux obstacles.

  • Sa faible densité volumique (0,09 kg/m3 contre 1.2 kg/m3 pour l’air) rend son stockage compliqué
  • La diffusion de son usage devra développer des réseaux couteux tant pour sa production que son transporte et sa distribution.

Trois modes de stockage de l’hydrogène sont possibles qui réduisent son volume

CompriméLiquéfié à basse températureAbsorbé par un corps « éponge »
700 bars-252 °C
Densité : 42 kg/m3Densité : 71 kg/m3Plusieurs centaines kg/m3
5 kg de H2 (équivalent de 14 litres de kérosène)

occupent 125 litres

5 kg de H2 (équivalent de 14 litres de kérosène)

occupent 75 litres

Hors scope

Compte tenu des contraintes techniques, le stockage de petites quantités (quelques dizaines de kg) utilise de l’hydrogène comprimé (ex: véhicules routiers), les grandes quantités (plusieurs tonnes) utilisent de l’hydrogène liquéfié (ex : propulsion spatiale).

D’autres contraintes constituent un frein à une intégration aéronautique : pour des raisons de contraintes mécaniques ou thermiques la forme optimale de ces réservoirs est cylindrique. Et l’intégration de sphères ou de cylindres dans une voilure ne constitue pas la meilleure optimisation du volume. En France, une entreprise comme Design Tech Center (Franck Doyen) travaille depuis plusieurs années sur ces questions d’intégration.

Le chemin vers une propulsion aéronautique à l’hydrogène est long et « mal pavé » mais ne mérite pas d’être rejeté aussi rapidement que le propose Bruno.

L’électricité comme vecteur primaire d’énergie

On parle ici d’avions tout-électriques …

Imaginer que des avions puissent utiliser l’électricité comme source unique et recharger leurs batteries avant d’entreprendre des vols de plusieurs heures est (aujourd’hui) parfaitement irréaliste et Bruno l’explique de façon limpide; son explication est encore plus claire si on se souvient qu’un avion se déplace (…) et qu’il faudrait autant de centrales nucléaires dans tous les aérodromes du monde …

Le stockage local de l’électricité (en clair : les batteries)

Il faut ici tenter de tordre le cou à un fantasme largement colporté par une presse à la culture technique et scientifique inexistante (non Gil, je ne parle pas d’Aerobuzz !) :

Il n’y a pas de projet sérieux qui envisage de faire voler des avions full-battery avec plusieurs dizaines de passagers, pour au moins les 10 prochaines années. Au-delà, c’est de la science-fiction !

Nous trouvons aujourd’hui, sur le marché, des cellules de qualité et produites industriellement capables d’offrir environ 250 Wh/kg. Il s’agit de la densité de cellules, tandis que celles des batteries est bien moindre. Le coefficient d’intégration (le rapport entre masse des cellules et masse de la batterie) est généralement proche de 0.6 avec des efforts pour tenter de se rapprocher de 0.8.

Cette notion de densité énergétique n’est qu’une des caractéristiques importantes de la batterie : elle doit être examinée avec les vitesses de charge/décharge, les durées de vie (souvent dépendant de la charge/décharge), la stabilité électro-chimique, la propension à l’emballement thermique, son prix, la stabilité de sa production, …

A Faraday nous avons déployé une veille technologique qui nous permet d’identifier un grand nombre de technologie en développement, d’en analyser le degré de maturité (pour les spécialistes, on parle de TRL) et de projeter une date réaliste de disponibilité pour leur marché (quand elles y arrivent). Ceci nous confère une vision sur les 10 prochaines années. Au-delà, notre boule de cristal devient trop opaque !

Et sur 10 ans, il semble raisonnable d’envisager :

  • le doublement de la densité des cellules (avec l’arrivée de nouvelles technologies de type solid-state) : +100 %
  • une augmentation sensible des taux d’intégration : +10-20%
  • des progrès significatifs sur la stabilité chimique, la durée de vie, la contribution à la sureté de fonctionnement : +30%
  • et une réduction significative des prix des cellules -50%
  • une amélioration d’usage avec l’arrivées de pack batteries « composites » intégrant cellules et supercondensateurs.

Pour être complet, il faut mentionner la calamiteuse performance énergétiques des moteurs thermiques (30-35%) face à celle de la chaine électrique (85-90%). Cela réduit l’écart du devis de masse mais dès lors qu’il s’agit de dépasser des autonomies modestes (quelques dizaines de minutes) cet écart reste, de façon rédhibitoire, défavorable au tout-électrique.

Donc pas de « batterie magique » à l’horizon !

Les débats sur les capacités à produire et transporter cette énergie électrique sont totalement inutiles.

Pour autant, le vol full-battery conserve un intérêt réel sur au moins 3 segments qui peuvent envisager utiliser l’électricité comme vecteur primaire : l’avion léger de formation et de loisir, les petits commuters utilisés sur des vols très courts et les taxi volants. Tous tirent profit du faible poids des moteurs électriques (5 à 8 kW /kg versus 1 à 3 kW/kg pour les moteurs à piston et les petites turbines) qui permet de compenser la masse des « premiers kWh » des batteries.

Dans le cadre d’une électricité décarbonée (distribué par le réseau ou produite localement), le vol full-battery offre zéro émission de CO2 et souvent émission limitée de bruit .

L’avion léger de formation et de loisir : l’avion tout-électrique a déjà sa place dans la phase de début de formation : l’Alpha Electro (avant-garde de ce type d’avions) sait déjà enchainer jusqu’à 7 tours de piste avec 1 seule charge de batterie. De plus, l’on considère que  :

  • 60% des vols d’avions monomoteurs sont réalisés avec au plus 2 personnes à bord et durent moins d’un heure (stats FFA et FAA),
  • un vol d’une heure avec 2 personnes fait déjà partie des capacités du Velis (l’avion électrique que Pipistrel vient de certifier) et
  • qu’il est raisonnable d’espérer un doublement des capacités des batteries en 10 ans (je reviendrai sur ce point),

alors le remplacement progressif d’une partie de la flotte des avions monomoteurs est quelque-chose d’envisageable pour en réduire l’empreinte CO2, sonore et le cout d’exploitation.

Une demande semble émerger de compagnies de transport aérien local proposant des segments de vol d’une dizaine de minutes. Il est raisonnable de penser qu’à horizon 10 ans, les batteries seront capables de propulser des petits commuters électriques sur ces courtes distance. La question de la rentabilité de tels vols reste à examiner dans le cadre d’une règlementation zero-carbone.

Les taxi volants restent un scénario qui doit encore franchir de nombreux obstacles; mais l’arrivée d’investissements massifs (plusieurs centaines de millions de dollar par projet, pour les mieux dotés) est une condition nécessaire (je n’ai pas écrit suffisante …) pour lever ces verrous. Mais on est ici typiquement sur des segments de vols urbains courts (10 à 15 minutes) qui constituent une exploitation raisonnable de ce type de propulsion.

L’aviation électrique c’est aussi la motorisation hybride distribuée

Mais comme je l’expliquais dans un propos liminaire, l’aviation électrique c’est aussi l’aviation hybride. Ici le vecteur d’énergie primaire n’est pas la recharge électrique mais le plein de kérosène bas carbone (oui ça existe !) ou d’hydrogène.

Mais quel peut être l’intérêt d’utiliser ces carburants qui savent très bien alimenter turbines et turboréacteurs pour ajouter la complexité d’une propulsion hybride ?

La réponse tient en deux mots : propulsion distribuée.

Les moteurs électriques ont une caractéristiques fondamentale, c’est la proportionnalité entre la puissance et la masse (rien de tel sur les moteurs thermiques). Ce qui permet -par exemple- de substituer 20 moteurs de 25kW à un moteur de 500 kW, sans pénalité de masse significative. On ouvre ainsi la possibilité de nombreuses ruptures sur l’aérodynamique des appareils et autant d’avancées vers un vol plus frugal tel qu’appelé par les vœux de Bruno Guimbal :

  • le soufflage de la voilure : en répartissant intelligemment ces moteurs sur toute l’envergure, on améliore la portance à vitesse donnée et donc l’efficacité énergétique de l’ensemble
  • la présence de moteurs au niveau des saumons peut réduire de façon significative la trainée induite.
  • l’aspiration de la couche limite permet de réduire la trainée
  • la contribution de la dissymétrie de la propulsion (et de la portance) à la mise en virage
  • … autant d’améliorations aérodynamiques connues de longue date mais inexploitables avec les motorisations thermiques. Sans oublier

L’hybridation a aussi d’autres intérêts potentiel tels que l’intégration d’un boost électrique pour certaines phases de vol, et par exemple :

  • Lors du décollage et de la montée initiale d’un avion : pour un moteur thermique optimisé pour une croisière à 75%, le booster électrique (sur batteries rechargées au sol et en vol) pourrait apporter les 25 % complémentaires pour le décollage (je sais… c’est un peu plus compliqué que ce peut le laisser croire cette courte explication …)
  • Un court sursaut de puissance électrique en cas de panne moteur thermique sur un hélicoptère pour éviter ou limiter l’autorotation (là, je suis loin de mon domaine de compétence et je prends le risque de me faire reprendre par Bruno …)

De la difficulté à développer et certifier une propulsion électrique (et hybride)

Pour finir, je souscris totalement à l’affirmation de Bruno sur la complexité de la certification et au-delà de la catégorie (LSA, CS-23, CS-27, …) ; c’est le détail du niveau d’exigence de la sureté de fonctionnement (en franglais : safety) qui positionne la difficulté. Entre le niveau exigé pour le tout premier avion (LSA) certifié et un avion de ligne ou un hélicoptère certifié, il y a un coefficient de 1.000 ! (je parle bien sur ici de l’occurrence de l’événement catastrophique).

Et comme, il faut bien commencer par un bout, Pipistrel vient de franchir une toute première étape en certifiant le tout premier avion électrique en catégorie LSA : le Velis.

A ce sujet, je souscris tout aussi pleinement au discours de Bruno Guimbal : entre le grand respect vis-à-vis des ingénieurs de Pipistrel et l’affirmation que le chemin pour certifier un système répondant aux exigences du transport public IFR, est encore très long. Mais bravo à ceux qui ouvrent la voie !

Gilles Rosenberger

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A propos de Gilles Rosenberger

chez Aerobuzz.fr
Gilles Rosenberger se définit comme ingénieur (Socata, Aircelle, Safran, GECI-Skylander, Thales, Airbus-Voltair), pilote (aile delta, planeur et avion monomoteur) et entrepreneur. Il a découvert la propulsion électrique avec son implication dans le projet eFAN d'Airbus. En 2018, avec 5 autres spécialistes issus de Safran, Boeing, Valeo ou, comme lui, d'Airbus, il fonde Faraday Aerospace, une start up dédiée à la propulsion électrique et hybride pour aéronefs certifiés.

31 commentaires

  • Luc Gramsch

    Remarque à propos de la décarbonation du vol.
    Le postulat de départ est que le CO2 est nocif pour la planète…
    J’espère, et de ce fait je vais à contre-courant de l’opinion formatée actuelle, qu’on ne s’apercevra pas qu’on aura fait fausse route en dépensant des milliards à « décarbonner ».
    Nos problèmes de climat ne viennent pas du CO2, mais des cycles multiples du Soleil.
    Un peu iconoclaste, mais tout cela permettra et permet déjà à certains de se remplir les poches au détriments des peuples.

    • Gilles ROSENBERGER
      Gilles ROSENBERGER

      @ Luc Gramsch : le CO2 est-il nocif pour la planète ?
      La réponse à cette question a été apportée depuis pas mal de temps, y compris par les milliers de scientifiques du GIEC.
      Aux cotés des climatosceptiques et autres platistes (ceux qui « savent » que la terre est plate), on voit apparaître des climatoréalistes qui ne nient pas le constat du réchauffement climatique mais qui affirment (et pensent démontrer) que la cause en est principalement naturelle.
      Ces derniers mettent aussi en cause le poids de l’administration scientifique dans le GIEC, les manquements de rigueur scientifique, les copinages croisés, et les risques d’un certains un « Lancetgate » à la puissance 10 !
      Je n’ai pas le niveau d’expertise scientifique pour prendre parti dans cette controverse.
      C’est une sorte de pari qu’il faut faire en comparant les risques que nous prenons dans chacune des options : responsabilité humaine (et donc obligation à réagir) ou cause naturelle (et laisser-faire).
      Reprenant une affirmation de JM JANCOVICI (encore lui !) : il est à craindre que l’absence d’action de réduction de nos émissions de GES « nous laisse une addition considérablement plus lourde » que celle des dépenses que vous estimez se faire au dépens des peuples.

      • Arminius

        Le CO2, bon, mauvais ou indifférent ? une chose est certaine aujourd’hui, le carbone que nous envoyons dans l’atmosphère a été stocké lors de l’ère secondaire, ce qui veut dire qu’il était présent à la fin de l’ère primaire dans l’atmosphère. C’est cette période a vu la disparition de la quasi totalité des espèces vivantes en quelques milliers d’années (certains scientifiques parlent de 40 000 ans). Nous ne faisons que recréer la composition de l’atmosphère qui existait durant cette extinction massive, avec à priori les mêmes effets. Bien sûr, il est très facile de maltraiter les mouches sur un tel postulat, mais il mérite réflexion.
        Pour revenir à l’article de Gilles, il écrit une chose primordiale : » Il m’apparait déjà évident qu’il n’y aura pas UNE solution technique mais une COMBINAISON de plusieurs solutions et que ces combinaisons pourront être différentes selon les segments de marché… » . Ça veut simplement dire qu’il n’y a pas une solution unique et centralisée au problème de l’énergie, mais autant de technologies qu’il y a de sources et de vecteurs d’énergies qu’il faudra utiliser de manière optimale. Bruno a fort bien expliqué pourquoi l’électricité pose des problèmes comme vecteur unique, la conclusion est que tout miser sur UN vecteur est voué à l’échec. Il faut sortir de la conception jacobine propre à la France qui veut que seules les solutions uniques s’appliquant à tout et maitrisées par le gouvernement soient mises en œuvre, pour aller vers une adéquation maximale des énergies avec leur utilisation. C’est ce que font les allemands avec l’hydrogène, utilisé pour les trains et les flottes captives. Un autre exemple pourrait être l’utilisation de l’air comprimé dans les transports urbains, déjà fait avec succès au début du 20° siècle. Chaque « parcelle » d’énergie utilisée au mieux libèrera les autres sources/vecteurs pour d’autre utilisations.

  • Arminius

    J’ai l’impression (et j’espère que je ne suis pas seul) que tout le monde considère que l’énergie de substitution au pétrole prendra simplement le relais et que l’aviation commerciale continuera de plus belle… Alors que son développement actuel est principalement du à la possibilité de disposer d’une source d’énergie bon marché partout dans le monde. L’expansion du transport a permis des économies d’échelle, aidée par la paix relative nécessaire à la mondialisation de l’économie. Ces conditions sont moribondes, et il est à craindre un fort repli du transport aérien et là finies les économies d’échelles, ce qui sera une cause supplémentaire de repli de l’activité. La mise en place de ces merveilleuses technologies restera donc à financer entièrement, de la mise au point à la construction d’une logistique adaptée en passant par la création de chaines de constructions adaptées pour tout ça, le tout à un moment ou l’activité et la circulation mondiale se contracte, pas seulement pour cause de virus baladeur, celui-ci n’étant que le révélateur d’une crise bien plus profonde (les velléités de relocalisation en sont un des symptômes). Tout ça pour dire qu’il est toujours possible de rêver, concevoir, espérer, le marché à venir est tout sauf évident, au moins pour de longues années. Par contre, le marché des petits avions pourra être porteur, à condition de respecter les règles de base de l’économie en la matière : source d’énergie d’une technologie accessible aux moins développés, technique permettant la réparation ailleurs que dans un atelier super équipé, des sortes de « lycosaures » de l’avenir bien loin de l’ultra technologie présente dans nos bagnoles et qui agace tant les garageux. Il faut peut-être y penser maintenant avant de déclarer tel ou tel vecteur d’énergie d’avenir …ou non. Avant de faire le tri de ce qui sera possible de construire, il serait bon de poser des pré-requis pour la commercialisation future (ça s’appelle un cahier des charges) prenant en compter les caractéristiques du marché. L’exemple du DC3 est à analyser finement, celui de l’A380 aussi.

  • Jean-Philippe Hell

    Merci pour cet opinion volontaire et le partage d’informations intéressantes.
    Multiplier la densité énergétique des batteries par 2 en 10 ans n’est peut-être pas suffisant pour l’aviation commerciale actuelle, mais à le potentiel de changer la donne dans beaucoup de domaines.

    En ce qui concerne précisément le sujet des moteurs au niveau des saumons et leurs supposé gain sur la traînée induite, se référer à la vidéo « Doug McLean | Common Misconceptions in Aerodynamics » accessible en ligne. Le sujet est traité à la 37ème minute.
    Le principe de réduire la trainée induite en s’attaquant au tourbillons marginaux semble avoir du sens que si l’on prends en compte la distribution de portance sur l’ensemble de l’aile ainsi que l’écoulement à l’échelle globale

    • Jean-Mi

      Ca me rappelle les essais (réussis !) qu’avait fait Henri Choroz il y a 15 à 20 ans avec ses tubes remplaçant les saumons d’ailes.
      Un simple tube ! Placé au bon endroit avec les bonnes dimensions, le gain en consommation de son avion de construction amateur était de 30%. J’ai bien dit 30%!!!
      En modèle réduit, travaillant en relation avec Mr Choroz, nous étions arrivé à 40% de gain en consommation mesuré, sur des ailes à faible allongement et profil porteurs.
      Mais les winglets ont pris le dessus… ils sont plus jolis…

      • Jean-Philippe Hell

        Effectivement le planeur Upsilon présenté en plan dans le Looping n°69 de juin-juillet 2001 utilise ces fameux saumons tubulaires Henri Choroz.
        Ils ont étés présentés dans la revue Fly n°69 (que je ne possède pas).
        Si vous avez plus d’informations et résultats d’essais cela m’intéresse.
        Cela peut m’intéresser de reproduire des essais instrumentés sur un modèle réduit.
        Étonnant qu’on ne les retrouve pas d’avantage dans les constructions récentes

      • Jean-Mi

        Pas assez cher mon fils ! Pas assez classe…
        J’ai fait, avec mon vieux Jacques (disparu depuis) qui était en contact avec Henri Chorosz, de nombreux essais instrumentés et comparatifs sur de nombreux modèles réduits, avec des « saumons » parfois en tube de « papier cul » ou de « sopalin » qui marchaient extrêmement bien, mais c’était pas classe quand au même moment des aérodynamicien patentés squattaient les super calculateurs pour concevoir des winglets les plus optimisés. Et crac, on gagnait 40% de consommation électrique avec un simple tube en carton ? Pas possible ! on va pas reconnaitre ça…
        De mémoire, on arrivait à gagner 40% d’autonomie sur nos meilleurs saumons. Cette technologie s’avère optimale pour les ailes à faible allongement et profil très porteur. On gagne énormément en portance sans ajouter de trainé par régulation et redressement des flux d’air sur la partie externe d’aile. Le décrochage devient très doux et tardif, facile à rattraper. L’avion est plus stable, comme équipé d’un gyroscope, très sain au décrochage. Les ailerons sont également plus efficaces (et plus tard au décrochage), bénéficiant d’un air moins perturbé vers les saumons. La sensation est vraiment une diminution de la charge alaire (par augmentation de la portance). L’autonomie constatée augmente de 40% sur nos meilleures ailes. Les tests ont été effectués sur avions électriques instrumentés.
        Physiquement, les « tubes » les meilleurs faisaient en diamètre 3 fois l’épaisseur de l’aile au saumon, leur longueur étant celle de la corde d’aile au saumon, mais décalé vers l’arrière de 20%. C’est ainsi que nous avons eu les meilleurs résultat. L’allongement de l’aile optimal est de 5 (meilleurs gains obtenus), et l’effet est d’autant meilleur que le profil est porteur et l’allongement faible, signe que ces « saumons » Chorosz régulent très efficacement le vortex de bout d’aile.
        Nous avions fait des essais avec un unique fuselage équipé de plusieurs ailes pour essais systématiquement identiques : ailes rectangulaires d’allongements variés (meilleurs résultats pour 5 d’allongement) et aussi à géométrie identique mais à profil d’ailes différents (meilleurs résultats sur profils type Eppler 205 ou Clark Y plats/porteurs, résultats décevant pour profils symétriques amenant peu de gains). Nous avions bien sur testé différents diamètres de tubes, différentes positions…
        L’avion devient très stable, très sain. Le décrochage plus doux, plus tardif, mais toujours aussi sain voire meilleur par l’effet « tenue sur un rail » des saumons. Cela n’empêche pas la voltige et s’avère robuste aux éléments (un winglet est fragile)
        Ce type de saumon sont très intéressant pour des avions légers à profils porteurs et de faible allongement. Typiquement en construction amateur, ULM. L’intérêt est de rendre la chose intégrable facilement à des avions de construction simple et de taille compacte. Pour les grands allongements, le gain n’est pas flagrant (le winglet prend le dessus).
        Henri Chorosz avait traversé l’atlantique nord en 1995 sur son avion de construction amateur équipé de ses saumons tubulaires, un Glasair. La distance parcourue était supérieure de 30% à l’autonomie connue de son avion sans les saumons tubulaires… (testé avant bien sur…).
        Nos tests en modèles réduits datent de 1998. Voir cet article (http://acversailles.free.fr/documentation/08~Documentation_Generale_M_Suire/Aerodynamique/Dispositifs_aerodynamiques/Vortex%20Generators/Le_Wake-Vortex-Eliminator_d-Henri_Chorosz.pdf) ou l’on voit d’ailleurs le modèle réduit dont je parle et qui est toujours en ma possession et en état de vol avec ses tubes ! (celui de gauche, le rouge…)

  • popoaviateur
    Popoaviateur

    Je suis parfaitement sûr l’approche réaliste et raisonnable de Bruno Guimbal. Rien à ajouter.

  • Alain

    Prenons du recule, les énergies fossiles ne sont-elles pas vouées à s’amenuiser jusqu’à disparaitre d’ici 50 ans? (ou à devenir trop couteuses/polluantes). N’est-ce par pour cela que les grands groupes mondiaux de l’énergie travaillent sur des projets de substitution? Il me semblent que la plupart de ces solutions passent par l’électricité. En tête des espoirs – long termes – la fusion nucléaire, à court terme le solaire, l’éolien, les centrales hydrauliques maritimes etc…

    Donc si je suis un bureau R&D travaillant dans l’aéronautique, je vais probablement aller dans cette direction car c’est en cohérence avec les grandes tendances. Et si on connaissait le résultat d’avance cela ne s’appellerait pas de la R&D.

    J’ajouterais que la R&D est un des domaines où les européens doivent mettre le paquet s’ils veulent rester dans la course mondiale. Arrêtons la R&D et nous deviendrons un pays pauvre et soumis, sans espoir et sans fierté…

    Retroussons-nous les manches et « prenons des risques « 

  • Bruno Guimbal

    Bonjour,
    Je suis allé visiter le site de Cleansky https://www.cleansky.eu/
    C’est passionnant, allez-y !
    On y voit que c’est 1,6 milliards d’euros qui ont été investis par l’Europe jusque maintenant, par tickets de 100 ou 200 millions. Cleansky 2 prend la suite avec 4 milliards (chiffres avant Covid).
    J’étais loin du compte quant à l’hydrogène.
    Les technologies explorées sont passionnantes, mais rien ne renvoie à tous les sites d’automobile, de bateaux, d’urbanisme, etc. qui font exactement la même chose, sur le même budget d’énergie. Encore une fois, il va falloir choisir des priorités.
    Et comme je crois les scientifiques, je sais qu’il va falloir se restreindre, de gré ou de force.
    De gré c’est mieux mais c’est plus dur.

  • Bruno Guimbal

    Dormez en paix, braves gens, l’hydrogène pourvoira à tous vos besoins !
    Merci, Gilles et Jean-Pierre, de m’avoir fait passer ce précieux document sur l’avenir de l’hydrogène liquide. J’ai tout lu avec avidité, et un peu de recul quand même. Je sais maintenant où vont passer les 2 milliards de dette française annoncés récemment en faveur de l’avion du futur, et les 8 milliards de ressources allemandes annoncés récemment pour l’hydrogène.
    Je vois que ce rapport a été rassemblé par Mc Kinsey, cabinet de conseil relié à aucune activité industrielle ni de développement, payé par le budget CleanSky, une distribution massive de subventions européennes qui a financé…. la majorité des sociétés qui ont fourni la matière de ce rapport. C’est ce qu’on appelle le contrôle objectif et indépendant…
    Qu’on me donne une seule raison pour qu’une société dise, après avoir touché 20 M€ par-ci, 50 M€ par-là, que la voie explorée est une voie sans issue, alors que le deuxième round de subventions est en préparation.

    Mais je voudrais surtout juger le fond technique :
    D’abord cette étude met en œuvre une technique vieille comme le monde pour maquiller un résultat (je l’ai assez utilisée pour savoir…) : elle détaille l’analyse jusqu’au rivet, au diamètre des tuyaux, jusqu’au camion et au coût en centimes par siège-passager, pour cacher l’essentiel. C’est inattaquable localement…

    Je n’ai absolument pas la prétention de contredire un seul des éléments apportés à ce dossier par les ingénieurs de ces sociétés, des plus compétentes au monde. Juste de mettre en avant cinq points que personne ne contredit, ou même rappelle souvent dans ces 96 pages – je les ai toutes lues :

    1. L’hydrogène n’est pas une source d’énergie alternative aux carburants fossile. Il n’est un moyen de « décarboner » que si, et seulement si, on le produit par une source d’énergie renouvelable, donc par électrolyse de l’eau,
    2. L’aviation est en concurrence pour son énergie – hydrogène, biocarburant ou autre – avec tous les besoins primaires humains : nourriture, santé, production, transports terrestres, chauffage, communication, Data, Netflix, etc.
    3. Un avion est ce qui sera le plus pénalisé par ces technologies nouvelles. C’est très bien expliqué, et on s’en doutait, vu comment un avion se compare à un bateau, une auto, un camion,
    4. Les quantités sont immenses et disproportionnées avec les perspectives de développement des énergies renouvelables. Page 43, il est détaillé que chaque aéroport demanderait pour produire son hydrogène, 4 champs d’éoliennes offshore comme le plus grand construit. Et il me semble que l’auteur a « oublié » un facteur 2 ou 3 pour le taux d’activité. Moi j’avais calculé 8 tranches de nucléaire – mais finalement, je préfère les 10 champs d’éoliennes géantes, et les pipe-lines d’hydrogène liquide
    5. Les technologies sont extrêmement pointues, pas au point, coûteuses. On a quand même 40 ans d’expérience en moteurs cryogéniques spatiaux pour le savoir. C’est pas le pire, puisque on a aussi les sociétés expertes pour les développer – et remarquablement, en France, et les budgets.

    Le dossier, essentiellement renseigné par des sociétés aéronautiques prises une à une, démontre donc, pour ce que j’en comprends, que si l’humanité voulait maintenir son aviation, et que cette dernière ne produise plus de CO², elle pourrait probablement y arriver avant 2050. Aviation qui émet 3% du CO² humain (je ne suis pas sûr du chiffre). Aucune mention des 97 % restants n’est faite.

    Statistiquement, j’ai de bonnes chances de vivre jusqu’en 2050, mes enfants beaucoup plus encore, mais ni eux ni moi ne voulons attendre pour voir si ça marche de voyager en avion, sans manger (encore que sur Ryanair, on voyage bien sans manger), sans communiquer et sans Internet. Pour Netflix, moi ça ira.

    Après ça, mes différents avec Gilles sur les chances d’évolution de la capacité des batteries, doublée ou diminuée en 20 ans, sachant qu’on est d’accord sur le fait que, pour dépasser le stade de l’aéroclub, il faudrait qu’elle soit multipliée par 10, c’est du détail technique. D’autant qu’on n’y peut rien, ni lui, ni moi.

    • Jean-Pierre CHAMBELIN

      Bruno, je comprends parfaitement les réserves qu’inspire l’hydrogène. La plaisanterie classique des « antis » étant : « L’hydrogène est le vecteur énergétique de l’avenir et le restera encore très longtemps ».
      Mais alors, le sort des batteries étant réglé, que faut-il faire ? Si on regarde le rapport du Shift Project, think tank de M. Jancovici souvent cité dans ces discussions, on trouve des mesurettes connues et non-appliquées depuis des lustres ( diminuer le cost index, ne pas transporter de carburant pour l’étape suivante pour cause de prix, etc…) mais surtout : organiser la décroissance du transport aérien : interdiction de prendre l’avion si solution ferroviaire pour 04h30, suppression pure et simple de l’aviation d’affaires… Oui vous avez bien lu…
      https://theshiftproject.org/article/climat-preparer-avenir-aviation-propositions-shift-contreparties/
      Est-ce que nous voulons cela , ou voulons-nous continuer à voler avec des avions propres ?

      • RR

        Bonsoir.
        M. JANCOVICI et ses acolytes souhaitent tous nous faire délaisser nos voitures et nos avions, et nous embarquer dans leurs bus et trains si « écologiques ».

        Quelqu’un sait-il me dire quelle est la consommation l/km/passager moyenne en France de nos bus de ville ou périurbain ?
        Consommation totale de carburant divisée par la quantité (passagers x km).

        N’ayant pas d’autre solution que de rouler en voiture, je me pose cette question à chaque fois que je suis coincé derrière un de ces bus qui s’arrête tous les 200 mètres et passe son temps à accélérer/décélérer.

        Merci.

      • Jujupilote

        Mon père a vu un jour sur l’écran d’un bus RATP dans les bouchons parisiens une consommation moyenne de 40L/100km. A ce rythme, il faudrait leur interdire de rouler avec moins de 5 passagers.

        Ce M Jancovici semble être notre nouveau gourou. Personnellement, son rapport sur l’aviation me fait froid dans le dos. Interdire l’aviation d’affaire alors qu’elle représente 0,2% des émissions de l’aviation mondiale… et je ne parle pas du reste.
        Je rappelle que la plupart des idéologies veulent/ont voulu sauver le monde (sous des formes différentes), en général contre l’avis des intéressés. Toute ressemblance avec des courants de pensée actuels serait totalement fortuite.

      • Gilles ROSENBERGER
        Gilles ROSENBERGER

        @ jujupilote
        @ RR
        l’ADEME fournit des statistiques sur le remplissage moyen des véhicules du transport public routier : entre 10 et 12 personnes en moyenne (selon les segments urbains et peri-urbains).
        Le même doc (que je ne retrouve pas …) confirme les 40 litres /100 km pour ceux qui circulent en milieu urbain (et qui donc s’arrêtent fréquemment)
        Une valeur moyenne de 4 litres/passager/100 km me semble trop élevée alors que l’on sait construire des petites voitures urbaines hybrides qui consomment 2 l/100 … mais en comparaison avec le parc routier actuel ….

    • Jean-Paul REICH

      Concernant l’hydrogène, certes pour le moment ce n’est pas encore une énergie mais un vecteur énergétique comme l’est l’électricité et comme l’a été le gaz pendant 150 ans entre 1800 et 1950, avant de devenir une énergie primaire à part entière avec la découverte et la mise en exploitation des gisements de gaz naturel. Il faut se souvenir que le « gaz de ville », vecteur énergétique, c’est développé pour des raisons logistiques et environnementales. Il a permis de repousser le charbon en périphérie des villes où il était « gazéifié » dans des usines à gaz. Il faut également se souvenir que le « gaz de ville » contenait entre 50 et 66% d’hydrogène, 10% de monoxyde de carbone (les gens se suicidaient au gaz) et un mélange de méthane, éthane, éthylène, butane, propane, etc.
      L’hydrogène va-t-il suivre le même chemin ?
      On parle de plus en plus d’hydrogène naturel ou natif.
      La Terre produit un flux continu et très important d’hydrogène mais les pièges géologiques (appelés gisements pour le pétrole et le gaz naturel) sont rares et mal connus, certainement rares parce que mal connus. Le gaz naturel et le pétrole sont des énergies de stock alors que l’hydrogène est une énergie de flux dont l’exploitation imposera des innovations.
      https://www.transitionsenergies.com/promesses-hydrogene-naturel-sous-sol/
      https://www.industrie-techno.com/article/l-hydrogene-naturel-future-source-d-energie.42054
      Plus technique : https://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/hydro2019_presentation_moretti.pdf

  • Michael

    On peut lire dans l’article une comparaison en faveur de la propulsion electrique qui revendique a juste titre un rendement de plus de 85% contre moins de la moitie pour un moteur thermique, jusque la tout va bien. La ou ca se gate, c’est que le KWh « embarque » dans une batterie abouti a la prise de recharge avec un rendement ideal de 50% s’il est issu d’une centrale thermique (nucleaire ou a carburant fossile). Les lois de la thermodynamique sont implacables.
    Avec un peu de bonne foi, il faut accepter que pour prometteuse qu’elle soit, la propulsion electrique deplace la source de pollution mais ne la resoud pas. Par contre si un jour, la fusion nucleaire arrive a sortir de son coquon, le bilan carbone des nouveaux modes de propulsion auront beaucoup plus d’interet.

    • bdd13
      bdd13

      L’échelle de temps imposée par le climat est… immédiate, et on parle déjà de solutions à trouver à 10 ou 20 ans.
      L’échelle de temps pour la fusion dépasse largement le cadre du changement climatique (on est à 50 ans aujourd’hui). C’est pour cela qu’elle n’est jamais évoquée (ni par les techniciens, ni en matière d’écologie).
      Les investissements pour cette technique nouvelle ne doivent pas faiblir, mais on ne peut raisonnablement les augmenter par vases communicants au détriment de l’urgence. C’est une technique qui ne vise pas moins que la sauvegarde de l’humanité à l’horizon du siècle prochain (si on y arrive).

    • Gilles ROSENBERGER
      Gilles ROSENBERGER

      @ Michael
      Je tente de répondre à votre appel à « la bonne foi ».
      Vous avez raison de préciser que la batterie embarquée se situe dans une chaîne d’alimentation électrique qui n’est vertueuse que si elle est décarbonée (ou non carbonée). C’est ce que j’exprimais en écrivant : « Dans le cadre d’une électricité décarbonée (distribué par le réseau ou produite localement), le vol full-battery offre zéro émission de CO2 « .
      En 2018, l’électricité mondiale est carbonée à 65% (source Agence Internationale de l’Energie), l’électricité Française n’est carbonée qu’à 5.2 % (source EDF) et chez moi (désolé de ce détail) : mon abonnement m’offre une électricité avec zéro source hydrocarbure fossile (ils ont la précaution de ne pas préciser zéro-carbone …)
      J’ai tenté de préciser que l’aviation « full battery » serait pendant plusieurs années limitée aux vols courts. Ce qui au global représente une part marginale de l’énergie consommée par l’aviation et qui est probablement accessible à une alimentation électrique volontariste et décarbonée.
      Cette affirmation ne vaut que si on a examiné tous les autres « consommateurs » d’électricité non-carbonée … ce que je n’ai pas fait.
      Mais je ne partage pas l’idée que l’on doive écarter une solution émergente au motif qu’elle n’a pas déjà résolu TOUS les problèmes.
      Aucune solution alternative ne franchirait cet examen de conscience !
      Le développement d’une aviation « full-battery » devrait être limité et ne se faire que dans un contexte de décarbonation global de l’électricité.

  • Jean-Pierre CHAMBELIN

    Bravo à Gilles Rosenberger pour cet article parfaitement documenté, on ne peut que souscrire à tout ce qui y est dit.
    Je signale aussi la sortie d’une remarquable étude, commandée par la Commission Européenne auprès de 24 grandes sociétés aéronautiques (dont Airbus, Ariane, Safran, Air liquide, Linde, Boeing, les grands fabricants de piles à combustible, etc…) sur l’aviation à hydrogène.
    https://www.fch.europa.eu/publications/hydrogen-powered-aviation

    Etude provenant de grands industriels, pourtant étonnamment objective comme pourront le constater ceux qui auront le courage d’éplucher ces 96 pages.
    Il en ressort que pour : les commuters, l’avion régional, le court courrier, et jusqu’au moyen-courrier l’hydrogène (cryogénique) est la solution pour décarboner l’aviation. (Les commuters sur très courtes distances pouvant être à batteries ou à hydrogène à 700 bars). Dès que l’on aborde le moyen-courrier l’hydrogène reste privilégié mais avec des turbines et non des piles à combustible.
    Le rapport estime que pour les long-courriers il faudra, soit faire escale en route (… !?) soit voler aux carburants synthétiques.
    Cette étude, de portée très générale, me semble cadrer avec l’article de Gilles et en tous cas avec mon analyse. Il semble aussi que notre ministre de l’économie avait ce rapport en tête lorsqu’il annonçait l’avion « entièrement décarboné » pour 2035.
    JP.C

  • woodplane

    En tout cas, l’avion électrique permet de fournir quantité d’articles aux médias et d’électriser les contributeurs sans pour autant, nous rassurer ou nous convaincre (à ce jour) du futur fantasmé de cette aviation sous tension!

    • Jean-Mi

      Tout ce qui est « vert » fait fantasmer en ce moment… En particulier l’électrique au sens général… Mais même électrique, faut pas se laisser enfumer ! Donc ne pas regarder à vue trop courte les problèmes à résoudre…

  • stanloc

    Vous avez écrit :
    « Il y a un biais que je retrouve fréquemment dans les comparaisons entre aviation thermique et électrique, c’est l’absence de prise en considération de la différence de maturité des différentes technologies : notre industrie construit et améliore continûment des systèmes de propulsion à base de moteurs à piston depuis plus de 120 ans, des systèmes de propulsion à base de turbines depuis environ 80 ans, et des systèmes électriques de propulsion depuis une vingtaine d’années. »
    Je trouve l’argument un peu « tiré par les cheveux » pour aller dans le sens qui vous va bien.
    En effet si la propulsion à base de moteurs électriques dans les avions a 20 ans, vous n’êtes pas partis de zéro car les moteurs électriques d’aujourd’hui fonctionnent toujours selon la règle « du bonhomme Ampère » et la propulsion électrique est au moins aussi vieille que la propulsion à moteur thermique et l’emploi de batteries pour cela est très ancienne aussi voir « La jamais contente »

    • Jean-Mi

      Y compris en aviation, et même « avant » on utilisait la motorisation électrique.
      Voir le dirigeable « La France » qui en 1884 fait son premier circuit fermé de 8km à Meudon, propulsé par un moteur électrique et une batterie de 435kg (!)
      Ce moteur et la nacelle de « La France » sont toujours visible dans la grande galerie du musée de l’air, au Bourget.
      C’était même avant la « jamais contente »…

    • Gilles ROSENBERGER
      Gilles ROSENBERGER

      @ Stanloc et Jean-Mi
      Vous avez raison : en toute rigueur, la motorisation électrique (véhicules terrestres et aériens) sont apparus très tôt, à la fin du 19eme siècle.
      Oui André-Marie Ampère, Georg Ohm et Michael Faraday (je pourrai en citer bien d’autres) ont posé les grandes règles de l’électricité dès la moitié du 19eme siècle. Pour autant peut-on considérer que la maturité des 3 grandes familles de systèmes est-elle du même niveau ?
      Je propose un indicateur : la marge de progrès : sur les moteurs à piston, les gains espérés d’une génération à l’autre, se mesurent en quelques %; sur un turbo réacteur, Safran et GE revendiquent 15% pour le passage du CFM au Leap. On attend un coefficient 3 pour l’augmentation de densité de puissance des prochains moteurs électriques.

      • Jean-Mi

        Les progrès techniques sont principalement liés aux matériaux, aux maitrises des techniques et technologies. Ce qui laisse pas mal de marge de manœuvre sur les moteurs thermiques à cause de leurs rendements assez moyen (30-40%) et permet, en optimisant bien un peu tout, de gagner en effet 15% de consommation de kéro sur un moteur Leap par rapport à un moteur CFM-56 de la génération d’avant. Mais on est déjà sur une asymptote !
        Du coté des moteurs électriques, on est déjà sur des rendements de 90% voire mieux. Il va être difficile par définition de faire vraiment mieux. Je ne comprends pas vraiment votre paramètre « densité de puissance » à multiplier par 3.
        Sur un moteur thermique au rendement de 30%, si on amène le rendement à 90%, on a multiplié la densité de puissance par 3 (1 litre d’essence permet d’obtenir 3x plus de puissance en sortie).
        Mais sur un moteur électrique qui est déjà à 90% de rendement ?

      • Jean-Paul REICH

        Oui, la motorisation électrique a succédé à la vapeur (sur les véhicules légers) et a été supplanté la motorisation thermique à combustion interne malgré des performances exceptionnelles en termes de puissance pure. Déjà à cette époque la motorisation électrique a été plombée par la médiocrité des batteries : pas assez de kWh au kg (densité massique d’énergie) et pas assez de kWh au litre (densité volumique). A cela s’ajoutaient des durées de vie insuffisantes et des temps de recharge trop long.
        Un siècle plus tard, d’immenses progrès ont été faits mais les batteries sont toujours trop lourdes et prennent toujours trop de place. Leur temps de recharge est également toujours trop long, notamment pour les applications commerciales intensives.
        L’histoire de l’hydrogène a débuté avec celle de l’électricité. Il est découvert en 1766, nommé en 1783 et produit la première fois par électrolyse en 1800. Il est utilisé une première fois en 1807 pour mouvoir un véhicule terrestre (dans une chaudière pour produire de la vapeur). Il sera utilisé une première fois en 1863 dans un moteur thermique. La pile à combustible est inventée en 1839 mais ne connaitra un véritable essor qu’avec la NASA vers 1960. Le premier véhicule terrestre utilisant une PAC H2 apparait en 1966. En l’absence de contraintes environnementales et de risques sur les approvisionnements, l’hydrogène n’a pas réussi à s’imposer contre les carburants liquides. Meilleures que celles des batteries, ses densités massique (réservoir inclus) et volumique d’énergie restent très inférieures à celles des carburants liquides. Par ailleurs, la manipulation d’hydrogène liquide (LH2) à 20K est et restera plus difficile que la manipulation d’essence ou de kérosène. L’hydrogène est clairement un combustible « hight tech ».
        La pression environnementale et les risques géostratégiques attachés au pétrole et au gaz naturel, les développements des EnR (à faible cout marginal de production), les progrès des PAC et des électrolyseurs, vont redistribuer les cartes pour longtemps.

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