Ce que les avions peuvent apprendre des fusées en matière d'hydrogène

En plein territoire normand, à la lisière de la forêt, se niche un banc d’essais un peu particulier. Il s’agit du PF50, l’une des installations les plus critiques du site d’ArianeGroup à Vernon (Eure) qui teste les moteurs de fusée. À l’intérieur de la pièce centrale du bâtiment, une poignée de techniciens s’affairent autour d’un moteur Vulcain 2 destiné à propulser l’étage principal d’Ariane 6. La tuyère, les turbopompes à oxygène et hydrogène liquide, l’enchevêtrement complexe de tuyaux sont bardés de capteurs en vue d’un prochain test...

À l’extérieur de l’installation, un réservoir à hydrogène liquide de près de 10 mètres de hauteur et d’une capacité d’environ 200 m3 alimente les essais. «Pour répondre aux besoins de nos moteurs, ce site de Vernon est le plus grand consommateur d’hydrogène liquide en France», explique Jean-François Delange, le directeur de cet établissement.

L’installation n’est que la partie émergée de l’iceberg. À une centaine de mètres, dans un bunker qui les protège en cas d’accident lors de la mise à feu, les équipes récupéreront toutes les données du test afin de vérifier le bon fonctionnement du moteur.

L’hydrogène liquide, c’est un peu… l’oxygène du site de Vernon : il lui est nécessaire pour réaliser l’ensemble de ses activités liées au moteur de fusées. Classé Seveso seuil haut, doté d’une caserne de pompiers, le lieu est taillé pour ça. En pleine verdure, éloignée de toutes habitations, la zone d’essais s’étend sur plus de 115 hectares pour réaliser les tests en toute sécurité.

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L’industriel revendique une expertise historique unique en Europe de plus de cinquante ans dans le domaine de l’hydrogène liquide. Aussi bien sur les moteurs eux-mêmes qui nécessitent un hydrogène liquéfié à – 252 °C que sur les infrastructures au sol associées. Le premier moteur à hydrogène pour l’Europe spatiale remonte aux années 1970 avec la version d’origine d’Ariane.

Un savoir-faire précieux

ArianeGroup emploie environ 1 500 personnes en France et en Allemagne qui travaillent quotidiennement sur ces technologies. Les compétences couvrent tout le cycle de vie du produit : le ravitaillement, le stockage, les circuits de distribution, les équipements, la combustion... Et aussi, de manière complémentaire : la caractérisation des matériaux, la sécurité, les essais... Vernon est tout simplement considéré comme le vaisseau amiral de l’expertise hydrogène. Aujourd’hui, le site veut la valoriser au-delà du seul secteur spatial. «Nous ciblons les acteurs de la mobilité lourde qui sont engagés dans la transition énergétique comme le secteur maritime, les poids lourds et évidemment l’aéronautique. Nous répondons à leurs interrogations et nous les accompagnons. Nous avons même des projets avec certains d’entre eux», explique Nadège Vissière, la responsable des programmes hydrogènes. Elle est à la tête d’une équipe d’une cinquantaine d’experts pour remplir cette mission.

Avec Airbus et Safran comme actionnaire, le défi aéronautique est le plus pressant pour ArianeGroup. Mais comment passer d’un moteur de fusée à hydrogène à un moteur d’avion ? Le défi reste entier. La poussée requise, l’encombrement des installations, les usages... sont très différents. Pour une même masse, un moteur d’avion produit environ dix fois moins de poussée que celui d’une fusée. La durée de vie d’un moteur spatial se mesure en minutes contre des milliers d’heures pour celui d’un avion… «Cela veut dire qu’il faudra développer d’autres technologies pour que la propulsion hydrogène soit compatible avec les besoins de l’aéronautique», prévient Jean-François Delange. Et les installations vernonnaises peuvent jouer un rôle clé. Les équipes de Nadège Vissière ont déjà commencé à travailler avec les ingénieurs de Safran et d’Airbus. Plutôt que d’adapter des bancs d’essai de moteurs aéronautiques existants à l’hydrogène, il paraît bien plus simple d’adapter des bancs d’essai d’hydrogène aux moteurs d’avion. Les équipes normandes ont ainsi déjà identifié une modélisation adaptée pour tester un futur moteur d’avion à hydrogène.

Ainsi les installations du petit moteur de fusée HM-7 de l’étage supérieur d’Ariane 5 conviendraient pour des tests aéronautiques. «Il faudra l’adapter pour prendre en compte les dispositifs supplémentaires demandés par le motoriste, comme un mât pour les essais moteur au sol à l’air libre. La configuration et le dimensionnement du banc sont encore à l’étude», indique-t-on du côté d’ArianeGroup. Le site a réalisé aussi des investissements et déployé un banc spécifique pour tester les sous-équipements aéronautiques. Contrairement aux moteurs de fusée, ceux pour les avions n’ont pas besoin d’être alimentés en oxygène puisqu’ils le puisent directement dans l’air...

Recevant son précieux hydrogène liquide par camions-citernes, le site de Vernon a également développé un savoir-faire précieux dans le domaine du stockage. En novembre 2022, après une mise en concurrence, les équipes d’ArianeGroup ont d’ailleurs été sélectionnées pour fournir la station d’avitaillement en hydrogène liquide pour le programme de démonstration d’avion zéro-émission d’Airbus. Située à Toulouse-Blagnac, cette implantation doit être opérationnelle dès 2025. Si la filière spatiale se déploie dans les airs, ses installations sur terre s’avèrent une ressource tout aussi précieuse aujourd’hui. 

Vous lisez un article de L'Usine Nouvelle 3719 - Juin 2023

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