En janvier, le moteur électrique pour l’aviation de Safran, l’EngineUS 100, obtenait une certification de l’Agence européenne de la sécurité aérienne (Aesa), pour la catégorie spécifique CS-23, qui regroupe les petits avions de voltige ou de navette (jusqu’à 19 passagers). Un jalon majeur dans l’électrification de l’aviation alors que l’Organisation de l’aviation civile internationale des Nations unies a fixé comme objectif la neutralité carbone de l’aviation à l’horizon 2050.
La course au premier avion électrique certifié CS-23 bat son plein et de premiers modèles d’appareils équipés de moteurs EngineUS 100 et alimentés en électricité par des batteries devraient bientôt voir le jour. Aura Aero prépare ainsi la certification de son biplace Integral E. « Nous travaillons à rendre notre avion robuste, à engranger des heures de vol d’essai avant de livrer nos premiers clients entre fin 2026 et début 2027 », commente Jérémy Caussade, le cofondateur et ingénieur en chef de la start-up toulousaine créée en 2018. De son côté, l’autrichien Diamond Aircraft certifie son modèle eDA40. Il travaille aussi sur un avion biplace équipé d’un moteur EngineUS 100 et vise une commercialisation en 2026.
Quelle sera la prochaine étape ? L’électrification d’avions de plus grande taille, des navettes régionales jusqu’aux vols commerciaux moyen et long-courriers ? Malgré les espoirs de quelques pionniers, un constat s’impose : « Il n’y aura pas d’avion tout électrique de 4, 10 ou 19 places sans une évolution massive de la densité énergétique des batteries », assure Jérémy Caussade. Il apparaît en effet impossible aujourd’hui de réaliser un vol commercial sur batteries, tant leur densité énergétique est encore insuffisante.
« Il y a un écart énorme entre l’énergie massique du kérosène et celle des batteries actuelles », détaille Philippe Novelli, le directeur Propulsion aéronautique et environnement à l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (Onera). « Une batterie devrait atteindre une densité énergétique de 4 500 Wh/kg pour rivaliser avec le kérosène. Aujourd’hui, les meilleures batteries atteignent tout au plus 300 Wh/kg », déplore le chercheur. L’hybridation apparaît alors comme un impératif, du moins temporairement. En combinant énergie thermique et électrique, il est ainsi possible de réduire drastiquement la consommation en énergies fossiles d’un appareil.
Pour les vols moyen-courriers, le projet Imothep n’a pas pu identifier de configuration amenant à un avantage de l’hybridation par rapport à la propulsion thermique.
— Philippe Novelli, coordinateur du projet Imothep à l’Onera
À l’Onera, le projet Imothep, mené de 2020 à 2024, a permis d’étudier de manière holistique l’hybridation de vols commerciaux moyen-courriers (des missions entre 500 et 3 000 km). Les travaux ont notamment exploré les technologies disponibles, leur maturité, les architectures d’hybridation les plus efficaces pour réduire les émissions de CO2 du secteur. « Nous avons également regardé du côté des avions régionaux afin d’avoir une étape plus accessible technologiquement avant de pouvoir élargir à de plus gros avions, décrit Philippe Novelli, le coordinateur de ce projet. Nous avons élaboré le design des avions et le pré-design des systèmes électriques. Nos partenaires (dont Airbus, Leonardo et Safran) sont allés jusqu’à la conception préliminaire de moteurs et de systèmes électriques, que nous avons étudiés et assemblés pour évaluer leurs performances. » Les chercheurs d’Imothep, rassemblant 29 partenaires industriels et académiques européens, canadiens et britanniques, ont examiné un éventail de configurations d’hybridation.
L’hybridation pour l’avion régional
Parmi elles, la configuration hybride parallèle, qui associe deux types de propulsion : la principale est thermique, et l’autre, secondaire, est électrique, alimentée par des batteries. « Cela permet d’optimiser l’utilisation du moteur thermique, d’utiliser l’assistance électrique pour les phases de forte puissance et ainsi d’améliorer l’efficacité et le rendement de la machine, décrit Philippe Novelli. Nous avons trouvé des gains d’efficacité propulsive dans certaines configurations, mais ces gains n’étaient jamais suffisants pour compenser le surplus de masse lié notamment au poids des batteries. Concernant les moyen-courriers, nous n’avons pas pu identifier de configuration amenant à un avantage de l’hybridation par rapport à la propulsion thermique. »
« Nous avons cependant pu identifier un intérêt potentiel à l’hybridation pour l’avion régional, poursuit Philippe Novelli. Nous avons observé un gain significatif d’efficacité en se limitant à des rayons d’action relativement réduits, de l’ordre de 350 km, correspondant à la fourchette d’utilisation de ces avions. » En faisant l’hypothèse de batteries à haute densité d’énergie (490 Wh/kg) capables de fournir 2 MW de puissance, les chercheurs estiment qu’une réduction de 12,7 % de kérosène utilisé est possible pour un avion régional à hybridation parallèle, par rapport à un modèle non hybride à missions similaires. Ce gain modéré repose sur des batteries qu’il reste encore à inventer.
Cela n’empêche pas de nombreuses start-up de développer des avions régionaux hybrides. L’aéronef à décollage vertical Atea du toulousain Ascendance Flight est propulsé à 75 % par de l’énergie électrique. Il pourra transporter jusqu’à 4 personnes. « Nous avons développé un système d’exploitation hybride, qui correspond à toute la couche d’intelligence logicielle de gestion de l’hybridation en vol », avance Jean-Christophe Lambert, le directeur général de l’entreprise, qui indique que de premiers vols sont prévus cette année, avant une mise sur le marché en 2029. En parallèle de l’Integral E, Aura Aero travaille depuis 2021 sur ERA, son projet d’avion régional hybride de 19 places, dont les premières livraisons devraient avoir lieu en 2029. De son côté, le charentais VoltAero promet d’ici à 2026 trois versions de son avion Cassio, avec des capacités de 5 à 12 places.
Pour décarboner plus intensément les avions régionaux et s’attaquer aux moyen-courriers, une voie semble possible aujourd’hui : l’hydrogène, utilisé comme combustible ou pour produire de l’électricité en vol avec une pile à combustible. En mars, la start-up toulousaine Beyond Aero a annoncé que son futur jet, le BYA-1, prévu pour 2030, ne sera finalement équipé que de piles à combustible, alors qu’il devait initialement y associer des batteries. Pour autant, la complexité de la combustion de l’hydrogène [lire le cahier technique page 43] ou de son stockage cryogénique à bord n’en fait guère un choix de facilité. Sans compter la question de sa disponibilité dans les aéroports, qui a fait reculer Airbus.
En mars, l’avionneur a reporté son projet ZEROe de moyen-courrier de 100 places. L’entrée en service de l’appareil, prévue en 2035, est envisagée plutôt à la fin des années 2030. Autre illustration de l’incertitude quant à la disponibilité d’hydrogène vert, Beyond Aero compte utiliser de l’hydrogène gris, produit à partir d’énergies fossiles et hautement émetteur de CO2, pour alimenter son jet.
Ascendance Ascendance Flight a conçu Atea, un aéronef à décollage vertical propulsé à 75 % par de l’énergie électrique. Ici, lors d’essais en soufflerie à l’Onera (crédit photo : Ascendance).
Airbus et le Cern collaborent pour intégrer la supraconductivité à l’aviation de demain
Explorer l’utilisation de technologies de supraconductivité pour les systèmes de distribution électrique des éventuels futurs avions à hydrogène d’Airbus. Voilà le but du partenariat, lancé en décembre 2022, entre l’avionneur et le Conseil européen pour la recherche nucléaire (Cern). Cette collaboration avec l’opérateur européen d’accélérateurs de particules s’est traduite par un premier projet de recherche. Deux autres sont déjà prévus. « Utiliser de l’hydrogène comme combustible dans un avion signifie son stockage sous forme liquide, à une température de l’ordre de 20 K (- 253,15 °C) », avance Amalia Ballarino, la responsable du partenariat côté Cern. À l’état gazeux, à température ambiante, l’hydrogène est en effet très inflammable et trop peu dense pour l’aviation.
Mais cette contrainte d’un stockage cryogénique représente une chance : celle d’utiliser cette basse température pour refroidir des matériaux et les rendre supraconducteurs, afin de pouvoir se servir de l’une de leurs propriétés uniques. « La supraconductivité transporte le courant électrique sans quasiment aucune résistance », résume la chercheuse. L’absence de résistance offre une baisse significative de l’épaisseur des câbles de transmission. Le poids du système entier pourrait être réduit d’un facteur compris entre 10 et 20, d’après la chercheuse. « Le projet Scale (Superconductors for aviation with low emissions) visait à démontrer la possibilité d’utiliser la transmission électrique avec des matériaux supraconducteurs dans l’aviation », détaille Amalia Ballarino.
Durant toute l’année 2023, un démonstrateur, sous forme d’une ligne de transmission d’électricité d’un avion, a été développé et testé. Composé d’un câble de 7 mètres d’oxydes mixtes de barium, de cuivre et de terres rares (Rebco) – un matériau supraconducteur à (relativement) haute température –, le démonstrateur refroidi à 63 K (- 210,15 °C) a conduit un courant d’une intensité de 2 000 A (photo), d’après une publication en 2024. Un deuxième projet prévoit d’étudier le démonstrateur Scale dans des conditions de vibrations similaires à celles d’un avion en vol. Enfin, un troisième projet développera un système complet de distribution électrique par supraconducteurs intégrables à un avion. (crédit photo : Cern)
