Concept d’artiste du démonstrateur ZEROe
Airbus, en partenariat avec CFM International (une société commune de GE et Safran Aircraft Engines), met au point un banc d’essai volant pour l’A380, baptisé ZEROe Demonstrator, afin d’examiner comment la combustion de l’hydrogène peut être utilisée pour alimenter les turboréacteurs.
D’un point de vue environnemental, l’hydrogène est une alternative intéressante au carburant conventionnel des réacteurs d’avion pour un secteur aérospatial qui s’est engagé à se libérer du carbone d’ici 2050. Sous sa forme gazeuse, il est presque aussi facile à manipuler que le gaz naturel, il brûle facilement et relativement proprement, et ne laisse derrière lui que de l’eau et 90 % d’émissions d’oxydes d’azote en moins que le kérosène.
À première vue, il semble être un substitut idéal, mais si l’on y regarde de plus près, on constate qu’il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant de voir des avions de ligne fonctionnant à l’hydrogène rouler jusqu’à la porte d’embarquement. Par exemple, il serait facile de dire que l’hydrogène permet de se passer des méchants combustibles fossiles, mais la majeure partie de l’hydrogène produit à l’échelle industrielle provient du pétrole par le biais du processus vapeur-méthane.
L’utilisation de l’hydrogène en tant que carburant vert impliquerait donc une réorientation considérable de la production vers des alternatives telles que la biomasse ou l’électrolyse de l’eau à partir de sources d’énergie non fossiles, avec tous les problèmes d’infrastructure que cela implique.
Le moteur à réaction à hydrogène sera monté à l’arrière du fuselage
Comme si cela ne suffisait pas, l’hydrogène présente d’autres problèmes. Bien qu’il ait une énergie spécifique 2,5 fois supérieure à celle du kérosène, sa densité énergétique est beaucoup plus faible et il occupe un volume quatre fois plus important. En d’autres termes, si l’on remplaçait les carburants classiques par de l’hydrogène, un avion ne pourrait voler qu’un quart de sa distance.
Pour compenser ce phénomène, l’hydrogène devrait être transformé en un état cryogénique, c’est-à-dire en un liquide à – 250 °C, ce qui nécessiterait de le transporter dans des réservoirs spécialement isolés, quatre fois plus grands que les réservoirs actuels. Cela nécessiterait des avions à l’aspect bulbeux ou conçus avec une carrosserie mixte où l’aile et le fuselage se confondent.
Cela pose ses propres problèmes, car ces avions à hydrogène auraient un rapport surface/volume plus important, ce qui signifie une plus grande traînée aérodynamique et un rendement énergétique réduit. Toutefois, l’hydrogène serait plus léger que le carburant conventionnel, ce qui introduit un compromis.
L’alternative pourrait être de s’accommoder d’un rayon d’action plus court, mais cela pose un problème car la production et la manipulation d’hydrogène cryogénique sont extrêmement dangereuses et coûteuses. Il serait donc préférable d’avoir le moins de points de ravitaillement possible sur un itinéraire donné.
Infographie ZEROe
D’un autre côté, il serait possible de concevoir un avion à hydrogène qui conserve la plupart des systèmes de contrôle classiques et les configurations de base des moteurs à réaction, de sorte que la certification ne poserait pas le problème majeur qu’impliquerait une classe d’avion entièrement nouvelle.
En outre, l’utilisation de l’hydrogène dans les moteurs à réaction n’est pas une idée nouvelle. Le premier moteur à réaction allemand fabriqué en 1937 a utilisé de l’hydrogène pour des essais au sol, et un bombardier Martin B-57B Canberra a volé pendant 20 minutes avec de l’hydrogène en 1957. Depuis lors, un certain nombre d’études ont été menées sur l’utilisation de l’hydrogène comme carburant de remplacement pour les avions à réaction. Un certain nombre de constructeurs automobiles explorent également le potentiel des moteurs à combustion à hydrogène pour propulser des véhicules plus proches du sol.
Aujourd’hui, Airbus et CFM International travaillent sur un démonstrateur de moteur à réaction à hydrogène qui devrait voler dans les prochaines années et pourrait conduire à l’introduction d’un avion à zéro émission d’ici 2035.
Dans le cadre de ce nouvel accord, Airbus fournira un A380 qui sera transformé en banc d’essai volant pour le démonstrateur ZEROe, avec des réservoirs d’hydrogène caudaux installés dans le fuselage, et déterminera les exigences du système pour le moteur d’essai, qui sera un turbofan GE Passport avec une chambre de combustion modifiée par CFM pour brûler de l’hydrogène.
Ce nouveau moteur n’équipera pas l’A380, qui utilisera des moteurs classiques. Au lieu de cela, le moteur à hydrogène sera monté sur le fuselage, vers la poupe. Cela permettra aux ingénieurs de contrôler les émissions du moteur à hydrogène en mode de croisière, sans interférence avec les moteurs montés sous les ailes.
« Il s’agit de l’étape la plus importante entreprise chez Airbus pour inaugurer une nouvelle ère de vol à l’hydrogène depuis le dévoilement de nos concepts ZEROe en septembre 2020 », a déclaré Sabine Klauke, Chief Technical Officer d’Airbus. « En tirant parti de l’expertise des motoristes américains et européens pour faire progresser la technologie de combustion de l’hydrogène, ce partenariat international envoie un message clair : notre industrie s’engage à faire du vol à émission zéro une réalité. »
