Premier moteur à turbine au monde fonctionnant à l'hydrogène liquide
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L’industrie aéronautique est depuis longtemps en quête incessante de progrès technologiques, d’efficacité et de durabilité dans le domaine de la propulsion. Dans le cadre d’une récente collaboration, Turbotech, Safran et Air Liquide se sont associés pour valider la faisabilité de l’utilisation d’hydrogène liquide pour alimenter un moteur à turbine.
Il y a presque un an, le 11 janvier 2024, Safran et Turbotech effectuaient avec succès un essai au sol d’un petit turbopropulseur TP-R90 , conçu pour des avions de deux à sept places, utilisant de l’hydrogène gazeux. Ce test s’inscrivait dans le cadre du projet BeautHyFuel, une collaboration entre des entreprises principalement du secteur de l’aviation visant à explorer le potentiel de l’hydrogène pour l’aviation légère.
Le 13 janvier 2025, avec le soutien de la Direction Générale de l’Aviation Civile, Turbotech, Safran et Air Liquide (société spécialisée dans le stockage cryogénique avancé de l’hydrogène ) ont testé avec succès au sol un moteur à turbine alimenté à l’hydrogène liquide. C’est la première fois que ce type de carburant est utilisé dans un moteur à turbine destiné au marché de l’aviation légère.
Cette collaboration s'appuie sur les domaines d'expertise spécifiques de chaque entreprise. Turbotech est spécialisée dans les technologies de turbines légères ultra-efficaces ; Safran possède une vaste expérience dans la conception de systèmes de propulsion et de systèmes de carburant ; et Air Liquide se concentre sur le stockage et la gestion de l'hydrogène.
« Il s'agit d'une avancée majeure dans la transition vers une propulsion d'avions entièrement décarbonée, qui seront prêts à voler dès que le monde produira en masse de l'hydrogène vert », a déclaré Damien Fauvet, PDG de Turbotech.
L'hydrogène est souvent présenté comme une alternative propre aux combustibles fossiles. Lorsqu'il est brûlé à basse température, sa seule émission quantifiable est de l'eau. Cependant, lorsqu'il est brûlé à des températures élevées supérieures à 1 093 ºC, l'azote de l'air réagit avec l'oxygène pour créer des oxydes d'azote (NOx) – vous savez, cette substance qui se mélange à l'humidité de l'air pour créer de l'acide nitrique, également connu sous le nom de « pluie acide ».
L'hydrogène a par nature une température de flamme extrêmement élevée, pouvant atteindre 3 038 °C, propice à la création de NOx. Il est possible de réduire la quantité de NOx créée dans les moteurs à combustion en utilisant des méthodes de refroidissement comme l'injection d'eau, la combustion étagée, un fonctionnement plus pauvre (moins de carburant, plus d'air) ou simplement en utilisant du carburant refroidi.
Même si la combustion d'hydrogène n'est peut-être pas (encore ?) la solution « pure et parfaite », même dans ses formes les plus polluantes, elle est bien plus propre que la combustion de kérosène ou d'essence, car l'hydrogène ne crée pas de CO2, de suie ou d'autres hydrocarbures non brûlés. Il a également plus d'énergie que le kérosène (en termes de poids). Le kérosène consomme environ 12,0 kWh/kg, tandis que l'hydrogène en consomme presque le triple, soit plus de 33,3 kWh/kg.
« Nous sommes fiers de participer à ce projet en tant qu’expert reconnu des technologies de l’hydrogène », a déclaré Xavier Traversac, Vice-Président d’Air Liquide Advanced Technologies. « L’hydrogène est l’un des éléments clés de la transition énergétique – et ce succès est une nouvelle étape vers un transport aérien à faible émission de carbone. »
À long terme, l’hydrogène est la solution la plus propre et la plus durable, en particulier à mesure que la technologie et les infrastructures s’améliorent. À l’heure actuelle, l’hydrogène est cher et difficile à manipuler. Sa fabrication, son stockage et son utilisation nécessitent des équipements et des moteurs spécialisés. L’hydrogène liquide nécessite un équipement encore plus spécialisé, car il doit être maintenu à une température inférieure ou égale à -253 °C pour rester liquide.
L’avantage de l’hydrogène liquide par rapport à sa forme gazeuse réside dans son stockage. Même stocké à haute pression (10 150 psi/700 bars), l’hydrogène gazeux reste nettement moins dense (et, pourrait-on dire, plus dangereux) que l’hydrogène liquide, qui est généralement stocké entre 15 et 145 psi (1 à 10 bars), ce qui permet d’avoir plus de carburant dans le même volume. Et plus de carburant signifie plus d’autonomie.
« En couplant notre technologie au système de stockage cryogénique d'Air Liquide, qui fournit la densité énergétique nécessaire aux applications aéronautiques, nous avons démontré qu'une solution complète de propulsion de haute technologie avec zéro émission de carbone en vol était possible et qu'elle pouvait être directement intégrée dans les avions légers », a ajouté Pierre-Alain Lambert, Directeur des Programmes Hydrogène de Safran.