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Avion à hydrogène : l'étroit chemin entre défis technologiques et incertitudes économiques et climatiques

Aline Nippert

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Avion à hydrogène : l'étroit chemin entre défis technologiques et incertitudes économiques et climatiques

L’hydrogène doit être stocké sous forme liquide à - 235°C dans des réservoirs cryogéniques. Les lanceurs spatiaux en utilisent déjà, comme ici celui de la future Ariane 6. Airbus compte s’appuyer sur ce savoir-faire pour son avion « zéro émission ».

© ArianeGroup Holding / Master Image Programmes / Thomas Leaud

L’avionneur européen a l’ambition de produire un moyen-courrier propulsé à l’hydrogène liquide en moins de quinze ans. Un délai très serré pour un projet dont la viabilité économique et le bénéfice climatique restent incertains.

Encombrant, cryogénique, explosif… L’hydrogène est loin d’être un substitut idéal au kérosène pour l’aviation. « Si nous avions proposé un concept d’avion à hydrogène il y a trois ou quatre ans, nous aurions été pris de haut », avance Philippe Beaumier, le directeur de l’aéronautique civile à l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (Onera). Pour autant, la petite molécule a été présentée comme une solution miracle – avec les carburants alternatifs – pour réaliser le rêve de voler sans émettre de CO2. Le plan de soutien à l’aéronautique française, durement frappée par la crise du Covid-19, a fait de la décarbonation du secteur une priorité : un dixième des 15 milliards d’euros d’aides est consacré au développement d’un « avion vert ». La réponse du champion européen Airbus ? L’hydrogène.

Premier défi, stocker l'hydrogène

En septembre 2020, l’avionneur s’est engagé à mettre en service un court et un moyen-courrier à hydrogène d’ici à 2035. Cela lui laisse moins de quinze ans pour étudier des concepts, développer, certifier et commencer à produire un avion en rupture totale avec les aéronefs civils historiques. Alors qu’en moyenne la certification et le démarrage de la production requièrent à eux seuls une décennie. « Nous avons lancé la phase exploratoire en 2020 et débuterons le programme vers 2028, détaille Matthieu Thomas, ingénieur en chef des phases amont du programme zéro émission (ZEROe). Nous ne partons pas de rien. Nous explorons des pistes pour se passer du kérosène depuis des années. L’hydrogène est l’option la plus prometteuse. »

L’hydrogène peut bénéficier, en théorie, d’un cycle entièrement décarboné et concentre un pouvoir calorifique massique trois fois supérieur à celui du kérosène (120 MJ/kg, contre 43 MJ/kg). Cependant, même liquéfié à - 253°C, le dihydrogène affiche une masse volumique de seulement 71 kg/m3, contre 800 kg/m3 pour le kérosène (à 15 °C). Dit autrement, « propulser un A 320 d’une capacité de 23 tonnes de kérosène requiert seulement 9 tonnes d’hydrogène… mais cet hydrogène, sous forme liquide, occupe 150 m3 de réservoir, soit un volume quatre fois plus important que le kérosène », avance Cédric Philibert, spécialiste de l’énergie à l’Institut français des relations internationales (Ifri).

Le volume de l’hydrogène est la première difficulté à laquelle sont confrontés les ingénieurs d’Airbus. Impossible en effet de stocker ce carburant dans les ailes, trop minces, comme c’est actuellement le cas pour le kérosène. Quatre nouvelles architectures sont ainsi explorées par l’avionneur, dont une « aile volante » qui disposerait d’un fuselage très large pour stocker l’hydrogène liquide. Les autres sont plus allongées que les configurations classiques, permettant de loger le carburant dans le fuselage à l’arrière de la cabine. « Nous arrêterons notre choix sur une architecture entre 2024 et 2025 », prévoit l’ingénieur en chef d’Airbus.

Réduire la masse des réservoirs

Intégrer l’hydrogène dans l’aéronef est une chose, encore faut-il faire décoller l’appareil. Un gros effort est attendu sur la masse des réservoirs, qui doit être réduite de 50 % par rapport aux prototypes actuels, d’après l’état des lieux dressé par McKinsey (mai 2020). « Le challenge est de parvenir à faire voler un congélateur de 6 xx 5 m environ, à - 250°C », résume Thierry Poinsot, du Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs). Le tout en assurant la stabilité du carburant. Car l’hydrogène liquide entre en ébullition dès que la température dépasse - 253°C, et les[…]

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