L’électricité va s’inviter dans les avions et contribuer à réduire leurs émissions de CO2... mais de manière très progressive, en raison des défis techniques qu'il reste à relever. C’est ce qui ressort de l’expérimentation inédite menée par trois acteurs majeurs de la filière aéronautique française, Airbus, Daher et Safran, avec le démonstrateur d’avion hybride électrique EcoPulse. Les résultats de ce projet ont été dévoilés mardi 10 décembre, sur le site de Tarbes (Hautes-Pyrénées) de Daher. «Pour la prochaine génération de court moyen-courrier, qui entrera en service dans les années 2030, l’énergie électrique pourrait au mieux réduire de 5% les émissions de CO2», relève ce jour-là Jean-Baptiste Manchette, responsable des systèmes propulsifs du futur chez Airbus.
Lancé en 2019 au salon aéronautique du Bourget, EcoPulse vise à évaluer le rôle que pourrait jouer l’énergie électrique dans la décarbonation des avions. Il a mobilisé cinq années durant des centaines d’experts autour d'un TBM 900 de Daher, un monomoteur de six places mué pour l’occasion en véritable laboratoire volant... doté d'une architecture électrique unique. L’appareil a accumulé plus de 100 heures de vol via huit mois de campagnes d’essais, menées entre novembre 2023 et juillet 2024. Cette initiative collaborative inédite, sous l’égide du Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile (Corac), a demandé quelque 6 millions d’euros d'investissement, répartis à 50/50 entre fonds privés et publics.
L'usage délicat de la haute tension
Pour les industriels, l'enjeu consiste à fournir une puissance électrique assez forte pour contribuer à la propulsion, sans lester excessivement l'appareil avec de trop lourds équipements. Au cœur du dispositif propulsif de l’EcoPulse : une batterie de 800 volts, fournie par Airbus. «C’est la première fois que nous avons développé et construit une batterie avec un tel niveau de tension, relève William Llobregat, le chef du projet EcoPulse pour Airbus. Dans l’aviation commerciale, les tensions des batteries destinées aux besoins non propulsifs s’élèvent à 115 volts, pour l’éclairage et les galleys notamment.»
La branche Defence & Space de l’avionneur européen a donc musclé un équipement qu’il prototype d’habitude pour ses propres besoins, surtout dans le militaire et le spatial. Cette batterie lithium-ion de plus de 350 kilos, pour une densité énergétique d’environ 300 Wh/kg, a été placée au niveau du ventre de l’avion.
EcoPulse EcoPulse a été testé pendant huit mois, cumulant plus d'une centaine d'heures de vol. © EcoPulse
«Cette tension nous a permis de réduire par huit la masse des harnais électriques distribuant le courant», détaille Vincent Chaperon, chef de projet distribution propulsive et moteurs chez Safran. Le motoriste et équipementier a en effet développé le système de câblages et fourni une turbogénératrice de 100 kW – constituant la seconde source d’énergie électrique – ainsi que six moteurs électriques ENGINeUS de 50 kW.
Safran a déjà livré ses moteurs à hélices pour Aura Aero, VoltAero et Diamond Aircraft. Une version de 100 kW de ce moteur devrait être certifiée début 2025, ce qui marquera un jalon significatif pour le secteur. Mais pour l’industriel, la fourniture de l’ensemble de cette chaîne propulsive électrique d’une puissance de 350 kW a constitué, là aussi, une première.
Des limites physiques
Daher s’est enfin chargé de l’intégration globale de tous ces équipements. «Soit au total 850 kilos de matériel, pour un avion de 3 tonnes», chiffre Didier Siméon, chef de projet EcoPulse chez Daher. Pas de recherche de performances ici : durant les essais, l’autonomie électrique ne durait pas plus d’une quinzaine de minutes en moyenne, tandis que le moteur thermique d’origine tournait au ralenti. Mais l’ambition de comprendre comment gérer au mieux l’énergie électrique à bord. Avec les contraintes d’efficacité d’une part, exigeant de hautes tensions, ainsi que de masse et de sécurité d’autre part. Or, à écouter ce panel d’experts réunis le même jour, l’utilisation de l’hybridation électrique telle qu’elle se démocratise dans l’automobile semble bien loin de pouvoir être transposée tel quel dans le transport aérien.
Les experts d’Airbus, de Safran et de Daher ont en effet cherché à éviter trois types de menaces : des décharges partielles de courant, des arcs électriques et des lignes de fuite d’électrons capables de perturber l’avionique. «Il faut pour cela développer des capteurs ad hoc pour les repérer mais aussi des systèmes de protection pour les éviter, résume Didier Siméon. Pendant la campagne d’essais, nous n’avons pas eu de cas avérés de ce type de phénomènes.»
A ces limites physiques, les industriels se heurtent aussi aux performances des batteries, moins bonnes qu’attendu. D’aucuns estiment que les promesses de fabricants et de chercheurs en la matière ne sont pas vraiment au rendez-vous, réduisant de facto leurs capacités à réduire les besoins en carburant dans le transport aérien. Ce qui ne serait pas étranger à la mauvaise passe que traverse certains projets d'aéronefs électriques.
De quoi contribuer aux feuilles de routes d'électrification
Malgré tout, EcoPulse a fait faire au trio d’industriels impliqués des pas de géants dans leurs feuilles de routes d’électrification respectives. Les comportements de l’appareil ont d’ailleurs été fidèles aux modélisations qui avaient été mises au point. «Safran présente désormais les retours d’expériences de ce démonstrateur aux autres porteurs de projets d’aéronefs hybrides électriques», assure Vincent Chaperon. Le motoriste cherche non seulement à démocratiser ses moteurs EGINeUS mais aussi, désormais, à proposer son intégration ainsi que l’ajout de systèmes de protection. Au-delà des aspects énergétiques, un système de synchro phasage des moteurs jouant entre eux sur la répartition de puissance a été testé, confirmant la possibilité de réduire les nuisances sonores des moteurs à hélices.
Jean-Marie Urlacher Avec EcoPulse, Airbus, Safran et Daher ont augmenté leurs compétences en matière d'électrification © Jean-Marie Urlacher
Côté Airbus, on se félicite justement d’avoir assuré l’intégration aérodynamique des ENGINeUS sur la voilure et le développement d’un calculateur pour les piloter : pour le successeur de l’A320neo comme le futur avion à hydrogène, l’avionneur pourrait utiliser des moteurs à hélices. «L’intégration sera clé pour leurs performances et la limitation du bruit qu’ils génèrent, prédit Jean-Baptiste Manchette. Tout l’enjeu à l’avenir sera de doser au mieux l’usage de l’énergie électrique sur tout le cycle d’utilisation d’un avion, qu’il s’agisse ou non des besoins propulsifs.» Et l’expert de glisser que l’avionneur compte s’orienter à l’avenir vers l’utilisation de batteries dite solides, présentent de meilleures performances.
Daher a déjà rempilé pour un nouveau projet avec Safran, toujours dans le cadre du Corac, dénommé Tagine. Cette fois-ci, l’expérimentation s’effectuera avec un Kodiak, pour approfondir encore les enjeux de l’hybridation électrique. Surtout, EcoPulse a servi de terrain de jeu pour Daher en vue de la mise au point d’un appareil plus électrique, pour une commercialisation vers la fin 2027, sur la base d’un TBM 900. Reste encore pour l’industriel à définir où la place de l’énergie électrique sera la plus pertinente. Outre le coup de pouce à la propulsion, d’autres options sont possibles, telles que le roulage, l’alimentation d’équipements, voire la climatisation.
A Tarbes (Hautes-Pyrénées), Olivier James
