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Dans notre « Dépose-Minute » intitulé « On a souvent besoin… » (publié le 14 juin 2020), nous faisons un rapprochement entre la certification du premier avion électrique au monde, le Velis Electro de Pipistrel, et les programmes d’avion de transport du futur portés par l’industrie aéronautique. Un rapprochement qui a fait « bondir », Bruno Guimbal (Hélicoptères Guimbal). Dans un contexte d’une grande confusion sur la transition énergétique et l’environnement, notamment en aviation, Bruno Guimbal apporte, ici, son éclairage d’ingénieur et essaie de revenir aux fondamentaux.
La certification par l’EASA du premier aéronef électrique, arrivant par coïncidence au moment de la crise de l’aviation que l’on sait, avive beaucoup de fantasmes et apporte beaucoup de confusion sur l’aviation électrique et sur les enjeux environnementaux. Je ne veux surtout pas passer pour un spécialiste pointu de ces domaines, pas plus pour un spécialiste de l’aviation. Il y en a sur ce forum, comme Jean-Marie Klinka (avions) ou Gilles Rosenberger (batteries), et j’espère recevoir leurs arguments critiques.
Par contre, si j’ai attendu d’avoir 18 ans et de construire un avion pour faire mon baptême de l’air (et avoir ma première nausée), j’ai appris depuis tout petit les lois énergétiques qui nous gouvernent (mon père et mon grand-père étaient physiciens – ingénieurs). Et je les pratique encore tous les jours.
En gros, je vois quatre raisons différentes pour lesquelles tant de gens s’excitent, pour ou contre l’aviation électrique :
Je passe sur la raison N°1, de mode, au fond sans intérêt, sauf à dire que comme (presque) tout le monde, je crois que ma prochaine voiture sera électrique et que j’adorerai ça.
J’en vois une très importante : le silence. J’habite et je travaille sur un des aérodromes les plus menacés de France, et chaque réunion des associations, chaque réunion de la CCE (Commission Consultative de L’Environnement, organisée par la Préfecture) me démoralise. Oui, le bruit des avions et hélicoptères est rejeté par les autres !
Ceci dit, d’une part il reste à montrer que si nous diminuions notre bruit, même beaucoup, cela rende les riverains moins agressifs ; d’autres facteurs sont cachés : la peur irrationnelle et l’intérêt immobilier notamment.
En France, il a fallu 20 ans pour mettre des silencieux primitifs sur les DR 400. Ici à Aix, un seul Fouga Magister, en 8 jours par an, soulève autant de plaintes que 50 avions monomoteurs basés. Quitte à changer les avions, on pourrait faire beaucoup de progrès (sauf électrifier le Fouga ?). J’ai vu voler à Mojave un avion de la taille du Cirrus, développé par Burt Rutan pour Toyota, propulsé par le V8 de 300 ch dérivé de la Lexus : à 150 kt, on entendait au sol l’air passer sur les ailes… Et l’avion avait 6 ou 7 heures d’autonomie.
Attention ! sans sacrifice performances/masse concernant tout l’avion, l’hélice fait beaucoup de bruit, autant pour un moteur électrique que pour un moteur thermique, donc dans tous les cas il faut faire des sacrifices de masse supplémentaires, qui augmenteront avec la puissance : diamètre d’hélice, masse du réducteur, longueur du train d’atterrissage.
Une deuxième qualité revendiquée de l’électrique est le coût de maintenance, supposé nul puisque le moteur est supposé sans entretien, comme celui d’une machine à laver. Là, il faut être naïf pour le croire : d’abord le moteur d’un avion n’accapare que la moitié de son entretien, ensuite un moteur électrique performant, qui sera équilibré, lubrifié, alimenté par une électronique très complexe et puissante (l’ECU), le tout refroidi par liquide pressurisé (indispensable en altitude), le tout certifié comme fonction « critique », demandera un entretien programmé pointu, même si on ne change pas de pièce d’usure.
Par ailleurs, en absence d’expérience, comparer le coût de remplacement de la batterie limitée en cycles, avec celui du moteur à pistons limité en TBO, relève aujourd’hui de la spéculation.
Quand même, bravo Pipistrel ! J’admire ce qu’ils ont réussi et j’espère voler en Velis, mais il est bien possible que le Velis ait plus de succès grâce au silence intérieur et extérieur que par sa nature électrique ou son coût total sur une vie.
Je n’ai aucun poids pour participer au débat de fond. Personnellement, je crois aux analyses des scientifiques et ingénieurs comme la commission Meadows, initiée en 1972 et sans cesse recalée depuis, ou Jean-Marc Jancovici. Ils précisent bien leurs hypothèses et leurs sources. J’ai donc un vrai sentiment d’urgence, et mes enfants encore plus, mais je crois à l’avenir et à la science, et je ne veux pas me suicider. Voir la géniale chanson de Brassens « Mourir pour des idées ».
Tous les modèles sont d’accord : il faut réduire les émissions de CO² de moitié d’ici 2030 à 2040, et c’est partout, y compris dans l’aviation. L’aviation ne consomme que 8% des hydrocarbures (source : Total) ? Oui, mais les transports maritimes 7%, terrestres 20 %, la nourriture 15 %, le chauffage 10 % etc. Et s’il faut choisir, on arrête quoi ? L’aviation française est négligeable ? Oui, mais elle a donné et donne l’exemple, et chacun sa part.
Le train émet autant que l’avion ? Tous les modes de calcul disent le contraire, cinq ou dix fois moins. Celui qui ne croit pas que l’aviation doit réduire ses émissions de CO², doit arrêter de lire ici.
Si on admet que l’aviation doit réduire ses émissions de CO², la première chose à dire, redire et ressasser ad nauseum, c’est que :
Les deux ne peuvent être produits que de trois façons :
Si on considère pour tous les moyens de transport, les contraintes physiques de coût énergétique de l’emport de son énergie (suivez bien et excusez-moi ?), il est clair qu’elles varient fortement :
Pour illustrer, j’ai bricolé un calcul, en partant de la consommation de kérosène de Roissy :
Combien faudrait-il construire de tranches nucléaires à Roissy ?
Moi, j’ai trouvé 8 tranches (j’attends les corrections ?). Et donc une poignée de plus pour Nice, Lyon, etc, rien qu’en France. 15 tranches, c’est ce que le gouvernement a promis de détruire d’ici 10 ans, promesse électorale pure qu’il ne pourra pas tenir… Ca se passe de commentaire !
Dans le même ordre d’idée, avec les mêmes hypothèses optimistes, si les mêmes avions électriques étaient rechargés par des panneaux solaires, il faudrait, pour alimenter CDG :
De fait, la consommation énergétique annuelle des vols décollant de CDG, de l’ordre de 50 milliards de kWh /an, c’est 6 fois la production solaire nationale, ou toute la production hydroélectrique nationale (source site EDF).
On peut faire le calcul en bois-énergie, autre énergie « décarbonée » (sans émission de CO² sur un cycle). On trouve un million de semi-remorques de bois qui défilent à Roissy chaque année. Un toutes les 20 secondes, à temps plein ! Il y a deux pipe-lines de kérosène aujourd’hui.
Alors, ça vous paraît toujours « négligeable » devant le reste ?
Bien sûr, il n’y a quasiment aucun rapport entre l’aviation de ligne et l’aviation légère, à part les pilotes et l’espace aérien. Sauf que la deuxième consomme 300 fois moins de carburant que la première (source : site Total), et concerne en gros 80.000 personnes (40.000 pilotes privés) contre 10 ou 20 millions. C’est du même ordre de grandeur.
Il y a 10 ou 20 ans que la grosse aviation certifie des batteries au Lithium. Il y a 50 ans qu’elle certifie des installations électriques de forte puissance à haute tension (en fait, entre 50 et 1500 V c’est de la « moyenne tension », mais dans un avion ça commence à faire…).
Boeing a commencé le Lithium vers 2000 et a obtenu la certification du 787 en 2011, suivie rapidement d’une interdiction de vol générale suite à un feu de batterie…
Comme beaucoup d’autres, et à tout petit niveau, je travaille sur la certification d’une batterie Lithium. J’ai aussi fait, comme beaucoup d’autres, un avant-projet d’hélicoptère électrique. Cela ne fait pas de moi un spécialiste, loin de là, mais ça m’évite de dire trop de bêtises.
Les normes de base pour l’électricité utilisées pour les véhicules dans le monde entier, et pas seulement pour l’aéronautique, sont les RTCA-DO américaines :
Il est aussi très important de comprendre que toutes ces normes ne donnent que des exigences, des contraintes, mais aucune solution ni recette.
Elles ont toutes de nombreux chapitres et de multiples niveaux d’exigence. Ce qui compte pour une norme, c’est le niveau d’exigence auquel on la satisfait, pas juste son nom. Il y a donc des milliers de niveaux de certification différents.
En 1999, mon ordinateur portable avait un accu au Lithium, c’était tout nouveau. Il était composé de 8 éléments 18.650 (18 mm de diamètre x 65 mm de long). 20 ans après, les 18.650 sont encore le format le plus produit au monde : ils sont fabriqués par milliards en Chine, Corée, etc. La Gigafactory Tesla/Panasonic, au Nevada, en produit 6 milliards par an ! (le Model S en a 11.000) pour 0,8$ pièce (source Wikipedia). Les mêmes accus équipent mes outils sans fil et mon vélo électrique (72 éléments, soit 500 Wh). En petite quantité industrielle, un 18.650 made in China vaut 2 ou 3$, et pour ma tronçonneuse, le pack de douze 18.650 Panasonic-China vaut 200 € – évidemment, avec le boîtier plastique, c’est beaucoup plus cher…
Le rapport énergie/masse de l’accu complet dépend fortement de nombreux points :
Alors on arrive à quoi en pratique ?
Alors elle est où la fameuse « loi de Moore des batteries » ? C’est une loi à exposant négatif ?
Pour mémoire, la loi de Moore, invention purement médiatique, aucunement scientifique, constate et ne prédit pas, que la capacité des ordinateurs double tous les deux ans – c’est donc bien une exponentielle de période 2 ans. C’était 16 mois en 1960, 24 mois en 1980, et c’est en fort ralentissement en 2020, donc la loi n’est pas si exponentielle que ça ?, merci Euler.
Bien sûr, les batteries ont beaucoup progressé et progresseront encore avec les efforts de recherche immenses, mais on voit bien que les exigences de sécurité aussi progressent, que cela n’est pas près de s’arrêter, et que le résultat net interdit de rêver.
Je recommande la lecture de ce rapport très technique :
Lessons learned from the 787 lithium battery, dont une conclusion est : « The added weight of the enclosure surrounding the battery pack negates the energy density benefits that motivated the use of lithium-ion batteries in the first place. To prevent over-engineering and to realize the full potential of lithium-ion batteries in future applications, all failure mechanisms must be identified and understood, and BMSs must be designed to account for these vulnerabilities. »Le poids supplémentaire de l’enceinte entourant le bloc de batteries annule les avantages de la densité énergétique qui ont motivé l’utilisation des batteries lithium-ion en premier lieu. Afin d’éviter une ingénierie excessive et de réaliser le plein potentiel des batteries au lithium-ion dans les applications futures, tous les mécanismes de défaillance doivent être identifiés et compris, et les systèmes de gestion des bâtiments doivent être conçus pour tenir compte de ces vulnérabilités.
Aparté : C’est extrêmement difficile aujourd’hui de tenir un propos réaliste au sens de la science et de l’industrie, sans être jeté dans le sac des polémistes ou des dinosaures aigris, de ceux qui ont prédit que le chemin de fer ou le téléphone ne perceraient jamais, etc. Même dans les forums comme Aerobuzz. Et pourtant, il y a une voie entre Trump et les écologistes radicaux. C’est pas la voie facile !
Je l’ai dit, je trouve remarquable ce qu’a fait Pipistrel, d’autant que je pratique sans arrêt les ingénieurs de l’EASA.Ils ont réussi à trouver un compromis de technologies existantes, et de niveau d’exigence pour atteindre la certification EASA. Et l’EASA a réussi à faire un compromis réglementaire, et ce sont deux mots qui vont très mal ensemble.
La batterie du Velis, qui est de technologie Lithium « état de l’art industriel », ne peut pas satisfaire aux exigences de sécurité imposées aux gros avions, vu qu’elle pèserait 400 kg (voir ci-dessus). Je n’en sais pas plus. Un facteur 2, c’est pas un détail.
Pipistrel n’a pas pu faire évoluer les normes de sécurité DO-160 et DO-311 ; il a trouvé avec l’EASA une interprétation acceptable pour la petite aviation.
C’est pour dire que cela n’apportera strictement rien à Airbus, à part peut-être… des crédits de recherche politiques, en faisant écrire « Avion électrique » dans tous les journaux de France, juste la bonne semaine en plus.
Pipistrel aura certainement pour mérite d’avoir commencé à habituer les pilotes privés à voler en électrique, mais n’aura jamais aucun effet sur le niveau d’exigence du grand public en termes de sécurité. Sans parler des performances évidemment.
Enfin : pour les acharnés qui sont arrivés jusqu’ici, je veux dire un mot de l’hybride, qui est extrêmement à la mode – avec ce que cela comporte d’intéressant et aussi d’irrationnel.
Le concept hybride est arrivé par l’automobile – précisément par Toyota.
Une voiture européenne moyenne typique, de Peugeot, Renault, Volkswagen etc. a un moteur diesel turbo common rail, d’environ 2 litres de cylindrée (le même raisonnement s’applique avec la nouvelle génération à essence), capable de développer entre 130 et 180 ch. Le seuil de performance d’économie, pour ces moteurs, qui se compte de nos jours en grammes de CO², est de 100 g/km en mode mixte (soit environ 5 litres/100 km). Pour ces moteurs, 100g de CO² par km correspond à une puissance moyenne continue de 17 ch précisément (source confidentielle, mais fiable). Donc l’usage moyen d’une voiture de puissance raisonnable est de 10% de sa puissance. Or, le rendement de ces moteurs est remarquable à pleine puissance, mais se dégrade beaucoup, de presque moitié à ce régime de 10 %.
Pour une voiture, ça a fait ses preuves apparemment, surtout quand le spectre d’utilisation est très varié : 5 % de puissance nécessaire en moyenne en ville, 2% dans les bouchons (chauffage ou clim). Forcément moins sur l’autoroute où le spectre de puissance est très plat (genre 30 % de puissance 80 % du temps).
Pour un petit avion, l’hybridation a un sens : un moteur plus petit assure à pleine puissance une croisière modérée avec un très bon rendement, et pour le décollage court, un moteur électrique, qui peut développer de fortes puissances pendant une courte durée pour peu de masse, sert de « catapulte », qui est rechargée en vol. Au sens énergétique, cela n’a presque rien d’électrique : toute l’énergie est thermique, sauf l’appoint du premier décollage.
Pour un avion de ligne, c’est très différent, car la croisière fait la grande majorité de la durée du vol, et elle est à haute altitude, où du fait de la densité de l’air trois fois moindre, l’avion va deux fois plus vite qu’à basse altitude.
Je n’ai pas la prétention d’expliquer leur métier aux ingénieurs de Rolls Royce, qui obtiendront peut-être des progrès (ceci dit, il semble qu’ils aient mis ces travaux en sommeil) mais juste celle d’arrêter les fantasmes basés sur l’automobile.
Et pour conclure là où je suis à peu près compétent, l’hybridation est une hérésie complète pour un hélicoptère monomoteur : il décolle plein pot, près du rendement maxi de son moteur, et vole à 85 % de puissance, juste au rendement maxi.
La preuve : nous volons en ce moment en Cabri et VSR 700 avec le même moteur diesel HDI (c’est-à-dire turbo common rail) de 2 litres, d’origine automobile, 170 ch de puissance maxi, et la puissance moyenne sur la mission hélicoptère est de… 140 ch, contre, je le rappelle, 17 ch dans l’auto.
Ce qui en fait quand même l’hélicoptère le moins gourmand du monde, et qui émet de loin le moins de CO² au kilo transporté du monde.
Pour remercier ceux qui ont tout lu, s’il y en a, je répondrai à leurs questions et objections, ou je les renverrai à Jean-Marc Jancovici.
Bruno Guimbal
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Un projet de industrie des vehicules aéronautiques
Je souhaite établir un projet industriel pour des véhicules d'aviation avancés je veux fabriquer le dernier projet de véhicule d'aviation
https://mail.google.com/mail/u/0?ui=2&ik=ce512cb552&attid=0.1&permmsgid=msg-f:1690716640343774199&th=1776a1d39b885
Mais encore ?
Bonjour, tous vos débats centrés sur le coté technologie oublient qu'il existe des solutions simples (voire simplistes) pour régler le problème de la consommation d'énergie fossile et la pollution au CO². Le problème c'est le nombre, trop nombreux les gens polluent consomment au delà du raisonnable s'installent près des aéroports pour se plaindre ensuite du bruit. La solution est donc de réduire la population mondiale, de moitié ou des 2/3 pour avoir de la marge. Pousser Trump a déclarer la guerre a la chine réglerait le problème de la surpopulation pour des centaines d'années ... au moins pour les survivants ! Elle n'est pas belle mon idée ? Simple et rapide !
Il existe pourtant une autre solution : la pile à éthanol avec du bioéthanol de 3ème génération. Le haut rendement énergétique de la pile associé au coût comparable du bioéthanol aux carburants fossiles actuelles promet une solution atteignable.
En préambule : Merci Mr Guimbal pour votre exposé qui devrait remettre les pendules à l'heure..... Si il était lu avec attention . Il semble que non !
Bonjour Dupré
Je suis toujours surpris de la mentalité "Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué" , la logique Shadok frappe en permanence les esprits .
Pourquoi faire de l'éthanol (ou de l'hydrogène) avec un rendement de production bas pour en retirer son énergie dans une pile à combustible onéreuse , ayant un mauvais rendement globale et une durée de vie courte de l'ordre de 1500 heures .....
Ne parlons pas de son MTBF bas car ce sont des produits industriels qui ne sont pas au niveau de fiabilité (très relatif) des piles à combustible grade spatial . Non?
Un "vulgaire" moteur à piston tournant à l'éthanol fait très bien le job avec un rendement global égal ou meilleur !!
Au Brésil ils le font pour leurs avions d'épandage agricoles !
Je vous le concède un moteur à piston ce n'est pas "moderne" ni aussi sexy qu'une pile à combustible accouplée avec un moteur électrique , coqueluche du moment .
Et les Low Tech vous y pensez ?
Obtenir la même fonction avec le minimum de moyens mis en œuvre , donc économe , dans un monde fini qui consommes ses dernières ressources devrait être le Graal de tous les techniciens d'aviation ou autres ......
Dans le domaine particulier de l'aviation de loisir vous remarquerez qu'il a été pensé des appareils bien plus légers et peu couteux , économes en matières et en carburant , avec des performances égales ou supérieures aux avions d'aéroclub : Les ULM tubes et toile .
Mais le "toujours plus" des hommes à dévoyé cette bonne idée de départ pour créer des ULM "Haute technologie" qui n'en sont plus , avec une masse à vide trop importante qu'il faut bien "payer" à un moment ou a un autre . La bonne idée de base a été pervertie .
Pour votre info regardez la puissances installée dans les "drones taxis" pour transporter deux passagers , comme un ULM . Démentiel !!
Pas grave ! Le mur des ressources est à l'horizon .....
Salutations
Comme beaucoup d'intervenants je vous trouve trop négatif sur l'hydrogène, je vous recommande le lien suivant:http://www.afhypac.org/documents/tout-savoir/fiche_5.1.2_turbines_a_ronautiques_h2_avril_2013.pdf. Visiblement des avions à hydrogène ont déjà volé sur le principe de la combustion et non de la pile à combustible, des projets d'avions de transport civil ont été étudiés en intégrant des données complexes comme l'augmentation de la masse et de la taille des réservoirs nécessaires, l'augmentation de la trainée, la position des moteurs, les problèmes de sécurité. Un point intéressant étant le rapport lockheed de 1980 qui dit que les risques de propagation d'un incendie en cas de crash sont plus faibles avec de l'hydrogène qu'avec du kérosène compte tenu de l'architecture des réservoirs. D'autre part votre objection sur la nécessité d'une grande quantité de cellules photo voltaïques pour générer l'hydrogène de façon propre ne tient pas. Si je considère que chaque citoyen possède 10 m2 de toiture au dessus de sa tête qui pourrait être équipée de cellules photo voltaïques j'obtiens les 600 km2 nécessaires à faire fonctionner CDG sans utiliser une seule surface destinée à l'agriculture. Le problème c'est le coût carbone et la pollution associée à la fabrication des cellules. Mais dans ce domaine des progrès gigantesques sont en gestation. Autre question que règle l'hydrogène même utilisée directement en tant que carburant c'est les "contrails" , les traînées de condensation qui sont des gouttelettes de vapeurs d'eau accrochées aux particules fines émises par les moteurs à kérosène. Ces traînées seraient responsables de la moitié de l'effet de serre lié au transport aéronautique. Enfin toutes les discussions sur le stockage de l'hydrogène doivent prendre en compte que le stockage peut s'adapter aux conditions d'utilisation. Pour un véhicule terrestre sans cryogénisation, on envisage une pression de 700 bars afin de limiter l'encombrement et le poids. Pour des installation fixes des pressions beaucoup plus faibles. Rappelons que pour un réservoir GPL on est à 70 bars et que vous en croisez tous les jours sur la route. Donc la production d'hydrogène à partir du solaire pourrait être LA solution au dérèglement climatique à conditions d'améliorer grandement les coûts de production des cellules et de trouver des matériaux non polluants. L'application au transport aéronautique suivra dans la foulée il fonctionne déjà, si en plus il est basé sur des piles à combustible avec un rendement augmenté de 15 ou 20%, on ira plus loin avec des avions de même taille.
bonsoir,
merci pour votre article!
pour moi, la raison d'etre de l'aviation electrique c'est qu'il faut preparer l'apres petrole (l'apres kerosene).
dans la perspective de production d'hydrogene, vous semblez ne pas considerer la solution nucleaire ("ennemi public no1"). or, si l'on parle a long terme, il semble plausible de considerer la solution nucleaire basee sur la fusion, et non pas la fission. si la fission ne peut pas etre une solution perenne (decommisionnement, source minerais, etc...), la fusion offre une autre perspective. bien sur, il faut la mettre au point, et a court/moyen terme, cela ne semble pas envisageable, mais cette technologie finira par etre maitrisee a long terme.
Au prix de ce que coûteront les centrales nucléaires fonctionnant par fusion de l'hydrogène on va pouvoir exploiter les sources de pétrole actuellement pas rentables pendant longtemps.
Que certains "faits" indiscutables entraînent un changement profond dans notre comportement à l'ouest pour consommer, c'est une chose mais il ne faudrait pas que cela ne concerne en priorité que la France parce que la COP s'est tenue à Paris.
Il y en a marre des gens qui se croient autorisés à fixer des dates butoirs pour ces changements. Qui sont -ils ? la Plupart ne savent même pas ce que cela signifie travailler à produire de la richesse.
Je me suis amusé à développer une formule permettant d’exprimer la distance franchissable d’un avion électrique. Le calcul est simplifié par le fait que la masse de l’avion reste inchangée pendant tout le vol, ce qui n’est pas le cas des avions classiques.
Df = 0,367 × f × ηh × ηm × Em × Mb/M
Df distance franchissable en Km
f finesse de l’avion
ηh rendement hélice
ηm rendement moteur
Em énergie massique des batteries en Wh par Kg
Mb masse des batteries de l’avion
M masse totale de l’avion
Cette formule permet de se rendre compte que cette distance ne pourra jamais dépasser les 1000 km avec une énergie massique des batteries de 200 Wh/Kg.
Même si l'on prend un rapport Mb/M de 0.9 (ce qui pourrait faire par exemple 18 tonnes de batteries pour un avion de 20 tonnes), une finesse de 20, un rendement hélice 0.8 et moteur 0.8, une énergie massique de 200 Wh/Kg, l'on obtient 840 Km.
En conclusion la seule solution pour un avion électrique de transport public passe par une augmentation significative de l'énergie massique des batteries.
@jlrommel (ce qui pourrait faire par exemple 18 tonnes de batteries pour un avion de 20 tonnes).
Ce ratio pourrait correspondre a un engin a poudre pour qu il decolle...par exemple une fusee.
Bonjour,
Puisque M. Zapata a démontré expérimentalement qu'il est possible de voler sans aile et sans hélice, il y a donc des domaines que les ingénieurs aéronautiques académiques n'ont toujours pas exploré.
Dans votre formule, pour Zapata, pas de f pas de rendement hélice.
Df= ηm × Em × Mb/M
ηm = 1.2 pour un moteur sur unitaire utilisant l 'énergie du vide .
cf. Effet Dumas que je valide scientifiquement.
https://www.effet-dumas.org/fr/
Em = 2000 Wh/kg pour futures batteries Li/ion et nanotechnologies
On voit que Df augmente si Em et Mb/M augmentent.
Autrement dit, il faut plus d'énergie et moins de masse M.
Concrètement, il faut améliorer la technique de stockage électrique et diminuer le poids.
A.N.
Mb/M = 0.1
Em=8.8 kWh/kg
Df= 1056 km
Je propose l'utilisation de S.M.E.S quantiques et l'utilisation d'alliages spéciaux comme l 'orthosilicate de magnésium avec microsphères de 16 microns de diamètre.
Zapata, Dumas et le CNRS devraient se réunir pour relever le défi.
Une de mes contributions :
cf: https://www.edilivre.com/la-theorie-des-5-elements-jacques-puyuelo.html/
p. 84
C.Q.F.D.
Mes publications :
https://orcid.org/0000-0001-8629-0798
Les supraconducteurs, oui pourquoi pas quand ils seront utilisables à température ambiante. En attendant,rien ne vaut la bonne vieille techno.
C'est toujours un plaisir de lire un article du "très pragmatique" Bruno Guimbal.
Rêvons un peu avec l'hélium 3 lunaire qui pourrait fournir de l'énergie à notre planète pour 10.000 ans!
Revenons sur terre avec un probable coût d'exploitation de 1.5 milliard de $ par tonne pour l'hélium 3.
Si dans un avenir proche Lycoming & Continental pouvaient produire des moteurs modernes avec une réduction de la consommation, ce serait une véritable révolution!
Christophe
Comme Alain Ratinaud, je pense que la fusion nucléaire est LA solution que nous
attendons tous....reste à savoir de quoi nous parlons en réalité !
La fusion thermonucléaire comprend en réalité une multitude de filières de recherche sur différents carburants nucléaires et sur différentes méthodes pour y parvenir.
Le carburant le plus connu est le mélange Deutérium+Tritium car il a permis aux hommes d'obtenir la première bombe à fusion (1952).
Problème: Les réactions obtenues émettent des neutrons qui sont susceptibles
de détériorer le réacteur qui utilise cette réaction et d'augmenter ainsi les coûts d'exploitation (si certaines pièces du réacteur doivent être changées trop fréquemment, celui-ci risque de ne plus être compétitif).
On s'oriente donc vers une fusion "aneutronique" qui ne soit pas trop difficile à réaliser : La réaction Deutérium+ Hélium 3 est théoriquement la plus "facile".
Problème: Il n'y a pas d'hélium 3 sur Terre ou très peu (production mondiale de 8 Kgs par an !!!).
On peut éventuellement songer à aller le chercher dans le régolithe lunaire mais
il faut toute une logistique et du temps pour la mettre en place.
Or,....on est pressé et il existe d'autres réactions de fusion nucléaire "aneutroniques" potentiellement plus intéressantes que la réaction D+3He.
La réaction 11B + H produit 3 noyaux d'helium 4 à condition d'obtenir une température de 2 milliards de K (!)
L'hydrogène est abondant dans les océans et les réserves de Bore sont
actuellement de 1 milliard de Tonne sur Terre (75% en Turquie, ce qui fait virtuellement d'Erdogan le futur émir du nucléaire !).
Mieux que ça : Le Bore est largement présent dans les océans et on estime
les réserves de Bore à 6.000 milliards de Tonnes !
Ça coûte plus cher à exploiter que sur Terre mais...on n'aura pas à dire merci à Erdogan !
La maîtrise de cette réaction permettrait de produire la consommation d'énergie primaire annuelle de l'humanité (environ 1 Q = 10^21 J ) pendant 500 millions d'années ! Plus besoin d' Hélium 3 si ce n'est éventuellement pour assurer certaines applications pointues en cryogénie.
La bonne nouvelle ? Un physicien Germano-Australien, Heinrich Hora, prétend
obtenir cette réaction sans nécessairement atteindre cette température infernale grâce à un laser picoseconde de 30 Pétawatts permettant de transformer un mélange de Bore-Hydrogène en Hélium 4 + 1 GigaJoule d'énergie éventuellement directement transformable en électricité !
Depuis 2005, certaines expériences menées en Russie (2005),en France (Christine Labaume, laboratoire Polytechnique 2013) et surtout
au PALS (république Tchèque, exp. de 2014-2015-2019), tendent à accréditer la thèse développée par ce physicien depuis les années 1960'-70'.
La production d'Hélium a été multipliée par 10^8 en seulement 14 ans !
C'est mieux que la loi de Moore et les derniers résultats de 2019 ont été salués
par l'équipe de "Tokamak Energy". Tout un symbole...
Le mérite de cette solution est d'être en réalité "extrêmement simple"(sur le principe) et élégante. De plus, elle est technologiquement accessible (Le projet Nexawatt est réalisable à l'horizon de 5 ans) et contourne les difficultés des filières conventionnelles (instabilité des plasmas ou uniformité de la sphère de compression pour la filière inertielle du laser Mégajoule / NIF)
Elle permettrait aussi de résoudre la plupart de nos problèmes environnementaux en produisant des centrales nucléaires par milliers qui permettrait d'alimenter, par exemple, 40.000 centrales absorbeuses de CO2
ramenant la concentration de CO2 de 415 ppm à 285ppm en 25 ans seulement !
Elle permettrait accessoirement de clouer le bec des imposteurs de l'écologie
qui provoqueront presque certainement la catastrophe qu'ils annoncent avec les "solutions" qu'ils proposent...
Ou bien Red Aviation
Je laisserai de coté les problèmes de l'aviation commerciale, qui lui sont comme il est dit bien spécifiques et qui ne sont pas seulement d'ordre "énergétiques", mais aussi commerciaux dans une mondialisation qui commence à boiter pour de bon. De ces brillants et captivants exposés, il est possible de tirer plusieurs conclusions. La première est que pour être rentable, un avion électrique doit fabriquer l'électricité durant le vol et non la stocker, elle ou les ingrédients de sa fabrication. Elle est un vecteur, et pour aller un peu plus loin devrait permettre d'optimiser les moyens de propulsion en les disposants là ou c'est le plus judicieux aérodynamiquement parlant en conservant un rendement supérieur à celui des transmissions mécaniques. Il serait possible d'utiliser des moteurs thermiques dans leur plage de régime la plus rentable en se passant de réducteurs mécaniques lourds et bruyants. L'objectif de réduction du bruit et d'utilisation de carburant "verts" pourrait alors être atteint.
Une autre solutions pourrait être d'utiliser la "vapeur" comme moyen de récupération et de transmission de l'énergie.Les chaudières à vaporisation instantanée font appel à une combustion continue bien plus facile à optimiser que celle d'un moteur classique et il est possible d'utiliser toutes sortes de comburants vu que la température de combustion peut être extrêmement élevée. W. DOBLE avait exposé dans une conférence restée célèbre l'intérêt qu'il y a à produire et à utiliser des pressions faibles, de l'ordre de 15 bars pour en récupérer la quasi totalité de l'énergie, se passant ainsi de condenseurs lourds et encombrants et de réserves d'eau importantes. Ce type de moteurs donnant son couple max dès zéro tours, la quête du silence serait aussi bien plus facile. J'ai eu l'occasion de faire un parcours dans une voiture à vapeur Stanley des années 30, le pied à conduire et une consommation équivalente aux bagnoles de l'époque. Y-a-t'il là ne autre voie pour les petits avions ? Le problème est que pour arriver à se passer de pétrole, il faut faire appel à de multiples sources d'énergies qui peuvent être très différentes et dont l'utilisation doit être optimale (c'est le propre des énergies renouvelables). le moteur du futur doit être polycarburant et pouvoir être avitaillé partout dans le monde, que ce soit avec de l'huile, de l'alcool, ou tout autre chose pouvant produire de l'énergie d'une manière simple. Ceci aurait pour avantage de pouvoir continuer à utiliser les installations prévues pour un carburant liquide, dans le monde contraint que devient le notre, le cout des infrastructures est aussi important que le rendement. Même si en France nous avons un jour les moyens de produire de l'hydrogène en quantité, que feront les autre pays et les avions franco français pourront-ils trouver leur carburant ailleurs ? Posez la question aux maliens, ou aux tibétains. Le challenge est de trouver un moyen de propulsion qui soit silencieux, économiquement facile à entretenir, utilisant les infrastructures existantes et pouvant avaler n'importe quoi.
Dans l'état actuel des choses, il n'y a pas beaucoup de solutions, en tout cas pas le tout électrique et encore moins l'hydrogène.
Demandez aux maliens et aux tibétains d'où viennent leurs carburants aviations (et terrestre d’ailleurs) aujourd'hui, c'est exactement pareil, cela ne change rien.
Quand vous y êtes, demandez leurs aussi de produire de l'huile ou de l'alcool sur place grâce a leur agriculture, pour les avions alors qu'ils n'en ont pas assez pour subvenir aux besoins élémentaires de leurs populations respectives...
De plus un moteur multi carburant est une bonne idée pour du transport terrestre (ce qui existe déjà depuis les année 40 même peut être avant) mais pour un avion étant donné que chaque carburant a un rendement énergétique différent car des densités énérgetique différentes, cela rend l'optimisation du moteur impossible et des problèmes majeurs en terme d'exploitation (comment calculer l'autonomie réelle quand le réservoir contient un mix de 2 ou de 3 carburants différents ayant des rendements différents et se comportant différemment dans le réservoir et à l'injection ?)
my 0.02€
Approvisionner en carburant liquide ces escales est quand même un peu plus facile que d'y construire une centrale atomique, par ce que si en plus il faut y trimballer de l'hydrogène, bonjour les dégâts.... Dans un moteur à combustion continue si les liquides sont miscibles, il suffit de normaliser une densité énergétique minimum pour chaque carburant et de réguler la richesse, ce qui aujourd'hui est beaucoup moins compliqué qu'il y a 80 ans. Il n'y a pas d'injection comme dans une automobile, mais plutôt un brûleur comme dans une chaudière. Comment calculer l'autonomie réelle ? On prend le minimum garanti énergétique, comme ça on est sûr de ne pas se tromper, il faudra bien arriver à optimiser l'utilisation de carburants provenant de sources différentes limitées en quantité et il n'y a pas beaucoup de technologies qui permette d'offrir réellement cette possibilité, voir la grimace de nos moteurs quand ils doivent avaler certains carburants de supermarchés. Et puis, la difficulté à normaliser d'une manière parfaitement rigide est elle une cause de rejet d'une technologie ? Ou cette technologie doit-elle permettre de s’affranchir des limites d'une trop grande rigidité ? Mais ce que je veux dire, c'est que si les politiques nous ont embringués dans l'électrique, il existe d'autres solutions qui pourraient tout aussi bien faire le job, voir beaucoup mieux.
Merci
Vous avez raison de pointer que des progrès sont possibles en maintenant l'énergie thermique, mais je dirais même qu'ils sont a chercher sur nos choix de pilotes bien plus que sur la technologie. Combien de quadriplaces Lycosaurus volent avec une ou deux personnes à bord, là où un biplace léger de 80cb (pour ne pas dire ULM, pour certains celà résonne comme un juron), ferait le meme travail avec moitié moins de carburant !
Bien sûr, tout parallèle avec l'intolérable mode des SUV en automobile est exclu. Quel dommage d'investir autant pour réduire les émissions des moteurs, tout en faisant des voitures plus lourdes et moins aérodynamiques !
Concernant l'hydrogène, bien que fort intéressant du point de vue chaîne de valeur et masse spécifique, n'oublions pas que le volume spécifique, même a très haute pression, représente un obstacle.