L’avion vert n’est pas une option, mais une nécessité

Alternatives Economiques consacre son dossier de juin à la croissance vertigineuse du transport aérien et son impact environnemental, montrant la légitimité d’une taxation du transport aérien. Cette taxe, actuellement en débat, n’aurait cependant selon Alter Eco guère d’effet sur les émissions spécifiques des avions, puisque « les principales améliorations techniques sont derrière nous ». L’Energy Transition Commission (ETC) pointe pourtant de multiples progrès d’efficacité à venir. Reste que ceux-ci réduisent le coût du transport aérien, favorisant en retour l’augmentation du trafic – « l’effet rebond » des économistes de l’énergie – ce qui renforce l’intérêt d’une taxation.

Faut-il pour autant admettre avec Alter Eco que « l’avion vert est à ce jour une illusion » – et donc considérer que l’aviation pourra ralentir la croissance de ses émissions mais pas les réduire vraiment? Peut-être pas. Scientifiques et ingénieurs explorent de multiple pistes – passons les rapidement en revue.

L’électrification? A condition de disposer d’électricité sans émissions de carbone, elle serait efficace, mais ses possibilités semblent limitées. Le volume et le poids des batteries constituent un handicap majeur pour les longs trajets. On pourra sans doute électrifier certains petits avions comme ceux des écoles de pilotage, voire des court-courriers, utiles en France aux liaisons transversales difficiles à reporter sur le train.

L’hydrogène ? C’est le carburant le plus léger, mais sa faible densité pose problème. Il faut 7 litres d’hydrogène comprimé à 700 bars pour remplacer un litre de jet fuel. Liquéfié et maintenu à -253 degrés, il en faut encore 4 litres. Les avionneurs l’envisagent aujourd’hui principalement pour fournir aux avions leur énergie au sol, mais avec davantage de réticence pour la propulsion. Les esquisses apparues ici ou là sont pour l’instant restées dans les cartons.

L’ammoniac, alliage d’hydrogène et d’azote ? Liquide dès -33°C et plus dense que l’hydrogène liquide, il a fait voler le FX-15, l’avion le plus rapide, mais semble pourtant trop lourd et trop volumineux pour un usage commercial. Bon pour le service en mer, moins dans les airs : les avions, redessinés, seraient moins performants, plus lourds au décollage et moins aérodynamiques.

Bref, il faut à l’avion des carburants aussi denses que ceux d’aujourd’hui, donc des hydrocarbures – faits d’hydrogène et de carbone. Du carbone, mais pas du carbone fossile ! Des carburants faits d’hydrogène et de carbone prélevé dans l’atmosphère, immédiatement utilisables dans les avions d’aujourd’hui.

 Les bio jet-fuels, un peu rapidement évacués par Alter Eco, sont déjà une réalité. Quatre aéroports en distribuent régulièrement : Oslo, Bergen, Stockholm et Los Angeles. Mais leur contribution totale reste inférieure à 1%. Jusqu’où pourront-ils aller de manière « soutenable », sans conflit avec la production alimentaire, la préservation de la biodiversité, la ressource en eau et l’épuisement des sols ? Cela dépendra du succès des nouvelles générations de biocarburants, et de la compétition éventuelle d’autres usages, maritimes ou terrestres. L’Agence Internationale de l’Energie estime que les bio-jet fuels soutenables pourraient fournir jusqu’à 20% de la demande mondiale de carburant aviation en 2040.

Une nouvelle piste s’ouvre aujourd’hui, celle de la combinaison des biocarburants et de l’hydrogène. La biomasse est plus riche en carbone qu’en énergie. Lors de la production des biocarburants, entre la moitié et les trois quart du carbone de la biomasse retourne inemployé à l’atmosphère. L’adjonction d’hydrogène au processus permettrait de multiplier par deux, trois ou quatre la production de carburants renouvelables et « neutres en carbone ». Ce qui n’exclut pas d’utiliser aussi du carbone dont les émissions sont considérées comme « inévitables » – par exemple celles qui résultent de la calcination du calcaire dans la production de ciment. L’hydrogène pourrait provenir de l’électrolyse de l’eau alimentée par des énergies renouvelables, notamment dans les régions du monde disposant d’excellentes ressources éoliennes et ou solaires (ou hydrauliques) éloignées des centre de consommation, les carburants liquides étant plus faciles à transporter que l’électricité ou l’hydrogène pur[1]. Des obligations d’incorporation pourraient croître d’année en année à mesure que la production se met en place. De quoi aller finalement bien plus loin qu’une taxe, avec une politique qui, en Europe, requiert une majorité mais pas l’unanimité des Etats membres. Et dans laquelle le Parlement européen est également décisionnaire.

[1] Voir IEA (2019), The Future of Hydrogen, www.iea.org, 14 June.

 

 

6 réflexions sur « L’avion vert n’est pas une option, mais une nécessité »

  1. Hoël

    Très intéressant comme résumé des options présentes. Est ce que les avions déjà en service (ou en production chez Boeing et Airbus) pourront ils être facilement modifier pour voler avec du biocarburant, ou même la combinaison biocarburant/hydrogène? Sinon, un renouvellement total des flottes aèriennes risque d’être très difficile!

    Ça me fait penser à GE, qui essaye de faire fonctionner ses turbines à gas avec de l’hydrogène:
    https://www.utilitydive.com/news/ge-hydrogen-trumps-ccs-in-preserving-gas-turbines-in-a-carbon-free-grid/556585/

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    1. Cédric Philibert Auteur de l’article

      Déjà en 2017 il y a eu plus de 100 000 vols commerciaux avec une part de biocarburants, et elle peut monter jusqu’à 50%. L’objectif est bien de faire des « drop-in » fuels qu’on peut mettre tels quels, à terme 100%, dans les avions d’aujourd’hui, sans aucun changement.

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  2. Paul Montariol

    Bonsoir Monsieur,
    En lisant votre article je me suis demandé si vous connaissiez la technologie HP2A.
    Le « ciment » réalisé à partir d’argile.
    Il rejette 5 fois moins de CO2!
    J’ai également vu que désormais ils ont déjà des concurrents avec une autre technologie.
    Deuxième point: La technologie « NANOFLOWCELL ».
    Elle stocke 600 W.H au litre.
    Ceci permet de réaliser des avoirs courts et moyen courriers propres pour un prix acceptable.
    Il suffit de lancer ces avions comme sur les porte avions et on gagne beaucoup en autonomie!
    Je suis certain que les avions propres c’est plus que possible.
    Je ne parle pas du stockage de l’électricité, car là nous ne sommes pas au bout de nos surprises!
    Good luck,
    Smiling Paul

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    1. Cédric Philibert Auteur de l’article

      Merci pour ces informations. En ce qui concerne l’aviation électrique, tout progrès de densité permettra d’accroître le rayon d’action. Mais avec 660 Wh au litre – si c’est démontré – on reste très en-dessous des performances du kérosène, à 9 kWh/l. La catapulte est une bonne idée, même si l’aviation commerciale ne pourra encaisser les 4 à 5 G des avions de combat. Mais on a plus de place à terre, donc on peut imaginer des catapultes plus longues, électriques, et elles auraient en effet beaucoup d’avantages. Airbus y songe!

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  3. sam

    Bonjour,

    « L’hydrogène ? C’est le carburant le plus léger, mais sa faible densité pose problème. Il faut 7 litres d’hydrogène comprimé à 700 bars pour remplacer un litre de jet fuel. Liquéfié et maintenu à -253 degrés, il en faut encore 4 litres. »

    D’après Wikipédia les densités volumiques sont :

    5.6 MJ/L pour l’hydrogène (700 bars) et 34 MJ/L pour les hydrocarbures

    Mais en poids les choses sont différentes.

    123 MJ par kg d’H2 contre 47 MJ par kg d’hydrocarbure. L’hydrogène a donc une densité volumique d’énergie plus faible mais une densité massique plus élevée.

    Rapport de 7 en faveur des hydrocarbures sur les densités volumiques mais rapport de 2.6 en faveur de l’hydrogène sur les densités massiques.

    En terme d’énergie « chimique » rien ne semble avoir une densité massique supérieure à l’hydrogène.
    Hors le poids n’est-il pas le problème n°1 en aéronautique ?

    Sam,

    source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Densit%C3%A9_d%27%C3%A9nergie

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    1. Cédric Philibert Auteur de l’article

      Il faut comparer les poids « tout compris », en tenant compte du poids des réservoirs qui doivent résister à une pression de 700 bars. En matériaux légers, aluminium plus fibres de carbone plus composites, 4 couches au total, ceux de la Mirai pèsent « une centaine de kilos » pour stocker 5 kg d’hydrogène. On a peu d’expérience de réservoirs plus grands faits « légers » pour le transport, mais le rapport doit sans doute s’améliorer. Pour le bateau Energy Observer, 62 kg d’hydrogène sont conservés dans deux réservoirs qui – avec la pile à combustible – pèsent en tout 1,7t. Même si la pile pèse la moitié du total, il faut encore multiplier le poids de l’hydrogène par plus de dix. Ce qui fait d’un rapport de 2.6 en faveur de l’hydrogène un rapport de… 4 en faveur des hydrocarbures. Ce calcul approximatif ne tient certes pas compte du poids des réservoirs eux-mêmes… malgré tout bien plus faible que celui des réservoirs d’hydrogène.
      Le volume est également un problème, susceptible d’augmenter la résistance à l’avancement et donc la consommation d’énergie de l’avion.

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