L’hydrogène : Quel est l’avenir de l’aviation ?

L’aviation est confrontée à un défi de taille : la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’hydrogène, grâce à ses propriétés uniques et son potentiel énergétique, émerge comme une solution prometteuse.

Selon les chiffres de l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI), les émissions de CO2 du transport aérien en 2022 s’élevaient à 910 millions de tonnes. À l’échelle européenne, l’aviation se classe au deuxième rang des émissions de CO2, juste après le transport routier.

En France, l’Ademe indiquait récemment dans les colonnes de Ouest-France, à l’occasion du Salon International de l’Aéronautique et de l’Espace du Bourget que les 21 millions de tonnes de gaz à effet de serre émises par le secteur représentent 5,3 % du total national. Parmi celles-ci, près de 25 % sont liées au trafic intérieur, le reste provenant du trafic international.

Un cadre réglementaire favorable à l’hydrogène

La loi Climat et Résilience du 22 août 2021, oblige les compagnies aériennes à :

• compenser 70% de leurs émissions de carbone engendrées par leurs vols intérieurs en 2023
• compenser la totalité de leurs émissions de carbone engendrées par leurs vols intérieurs dès 2024.

Ces mesures visent à créer les conditions de la neutralité carbone des vols intérieurs. En parallèle, des efforts réglementaires accélèrent la réduction des émissions de gaz à effet de serre, incitant le secteur à explorer des alternatives, notamment l’hydrogène.

Les promesses de l’avion à hydrogène

L’hydrogène pourrait-il révolutionner le secteur aérien ?

L’adoption de l’hydrogène comme carburant pour l’aviation représente une opportunité majeure pour réduire considérablement l’empreinte carbone du secteur aérien. En remplaçant le kérosène, un combustible fossile hautement polluant, par de l’hydrogène vert produit à partir d’énergies renouvelables, il serait possible d’éviter la combustion quotidienne de milliers de tonnes de kérosène. Cette transition permettrait de :

• Réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre.
• Préserver la qualité de l’air.
• Lutter activement contre le réchauffement climatique.

Malgré les défis, cette décarbonation assurerait la pérennité économique du transport aérien, un secteur essentiel à l’économie mondiale et en constant développement !

Avion du futur : faire émerger des carburants aéronautiques durables…

Dans son Rapport Environnement 2022, la Direction Générale de l’Aviation Civile rappelle ainsi que le taux d’incorporation de carburants aéronautiques durables augmentera progressivement :

• 2 % en 2025. 
• 6 % en 2030.
• 70 % en 2050 (au lieu de 50 %), dont 35 % d’e-fuel. 

« Les carburants de synthèse bas carbone produits à partir d’hydrogène provenant de l’énergie nucléaire pourront être pris en compte pour atteindre ces objectifs d’incorporation conformément au souhait de la France », précisent les auteurs du rapport.

Plus personne ne doute de la nécessité d’agir, surtout pas les acteurs du secteur. Rupture technologique, nouveaux carburants, quel que soit le scénario qui sera privilégié, l’industrie va devoir évoluer et Dassault Systèmes compte bien être au cœur de cette transformation. Dans ce contexte, l’hydrogène apparaît comme une alternative à développer activement car il dispose de nombreux atouts pour le transport aérien.

Les atouts de l’hydrogène pour les moteurs d’avion du futur

Comme toute activité humaine, l’aviation est responsable d’une part non négligeable des émissions de dioxyde de carbone (CO2) dans le monde. Avec la pression croissante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre afin de lutter contre le changement climatique, l’industrie aéronautique cherche des alternatives aux carburants fossiles.

Une vrai défi technologique !

L’hydrogène se démarque comme une option séduisante d’abord pour son absence d’émission de CO2. En effet, l’hydrogène brûle proprement, ne produisant que de l’eau en tant que sous-produit, ce qui en fait une source d’énergie respectueuse de l’environnement.

Si l’hydrogène a une densité énergétique élevée, celle-ci est bien moindre que celle du kérosène. L’un des axes d’innovation prioritaires pour favoriser le développement de l’hydrogène dans le secteur aérien, consiste à donc à maîtriser la taille des réservoirs. Parce que les moteurs à hydrogène sont plus silencieux que leurs homologues à combustion interne, la réduction des émissions sonores est un autre atout qui répond par ailleurs à des revendications légitimes des populations résidants à proximité des infrastructures aéroportuaires. Sur le plan géopolitique, la perspective de réduire la dépendance aux importations de pétrole est une réponse à un enjeu économique qui pèse lourdement dans l’équation.

Assurer la transition vers l’hydrogène dans le secteur aéronautique

Pour exploiter pleinement les avantages de l’hydrogène, l’aviation doit effectuer une transition significative. La première étape consiste, bien évidemment, à développer des avions spécialement conçus pour fonctionner à l’hydrogène. Les avionneurs travaillent déjà sur de tels prototypes. Ces avions devront être équipés de réservoirs cryogéniques d’hydrogène sécurisés et de moteurs adaptés. Les solutions de Dassault Systèmes, qui s’adossent tout à la fois sur la dimension collaborative de l’innovation, sur la simulation numérique et les jumeaux virtuels, contribuent massivement à accélérer la transformation du secteur, en relevant défi technologique après défi technologique. Parmi les cas concrets, on retiendra par exemple le DragonFly, développé par l’avionneur européen Blue Spirit Aero. Prévu pour entrer en service en 2027, le Dragonfly est un avion léger, destiné aux écoles de pilotage. Il est propulsé par une pile à combustible à hydrogène, il n’émet que de l’eau.

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Si l’adoption de l’hydrogène apparaît comme une voie indispensable à explorer pour décarboner le secteur aérien, il reste bien des embûches à éviter. En effet, la production d’hydrogène est particulièrement énergivore et sans recours à des énergies renouvelables, les bénéfices environnementaux de l’hydrogène seront limités. C’est pourquoi il apparaît indispensable de faire émerger une filière d’approvisionnement en hydrogène, de la production à la distribution, articulée autour d’énergies renouvelables. Cette production doit être éco-responsable pour assurer la durabilité environnementale de l’hydrogène.

Repenser la conception des aéronefs, faire émerger une filière de production, de stockage et d’approvisionnement d’hydrogène « vert », le troisième grand enjeu, c’est enfin l’adaptation des infrastructures aéroportuaires à cette transformation majeure. En effet, les aéroports devront être équipés de stations de ravitaillement en hydrogène pour permettre le remplissage rapide des réservoirs d’hydrogène des avions. Cette infrastructure devra être mise en place progressivement. Si les défis techniques et organisationnels sont bien réels, l’hydrogène ouvre une perspective durable et responsable pour l’avenir de l’aviation sous réserve d’édifier une filière de production, d’acheminement et de stockage de l’hydrogène décarbonée !

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FAQ – Information sur les avions du futur

Comment fonctionne un avion à hydrogène ?

Les avions à hydrogène utilisent l’hydrogène en tant que source d’énergie. Ce carburant peut être utilisé de deux manières principales : soit en alimentant directement des réacteurs modifiés, soit en étant converti en électricité via des piles à combustible. 

Dans le premier cas, l’hydrogène est brûlé dans des turbines à gaz spécialement conçues, générant la poussée nécessaire pour le vol. Pour le second, l’hydrogène est stocké dans des réservoirs cryogéniques, où il alimente des piles à combustible qui produisent de l’électricité. Cette électricité alimente ensuite des moteurs électriques, permettant à l’avion de voler.

Ce processus est non seulement innovant mais aussi respectueux de l’environnement, car il ne produit que de la vapeur d’eau comme sous-produit. Les défis techniques incluent notamment la gestion du stockage de l’hydrogène liquide, qui nécessite des réservoirs robustes et sécurisés.

Quels sont les défis de l’hydrogène ?

Malgré son intérêt, le moteur à hydrogène appliqué au transport aérien, fait face à différents défis techniques. Le stockage de l’hydrogène, qui occupe un volume important même liquéfié, nécessite des réservoirs volumineux et lourds, impactant la capacité d’emport et l’autonomie de l’avion. Les réservoirs cryogéniques, essentiels pour stocker l’hydrogène liquide à très basse température, soulèvent des difficultés liées à leur isolation thermique complexe, leur poids conséquent, leur coût élevé et les risques de fuites ou d’évaporation de l’hydrogène.

La production d’hydrogène vert, sans émission de carbone, reste coûteuse et énergivore, nécessitant des infrastructures de production et de distribution adaptées. Enfin, la sécurité liée à l’utilisation de l’hydrogène,  inflammable, impose des contraintes de conception et de manipulation strictes. Surmonter ces obstacles demandera des avancées technologiques significatives et des investissements conséquents, mais ouvrira la voie à une aviation plus durable.

Quel est le problème de l’hydrogène ?

Le principal problème soulevé par l’hydrogène appliqué au transport aérien est sa faible densité énergétique volumique. Même sous forme liquide, l’hydrogène occupe un volume beaucoup plus important que le kérosène pour une même quantité d’énergie. Cela nécessite des réservoirs de stockage volumineux et lourds, ce qui impacte significativement la capacité d’emport de passagers et de fret, ainsi que l’autonomie des avions. Cette contrainte technique majeure rend difficile l’adaptation de l’hydrogène aux avions de ligne actuels et nécessite des avancées technologiques importantes pour concevoir des aéronefs spécifiquement adaptés à ce carburant.

Comment les avionneurs européens comme Airbus, travaillent-ils sur les moteurs se préparent à l’hydrogène ?

Les avionneurs européens, avec Airbus en figure de proue, prennent des mesures concrètes pour préparer l’avenir de l’aviation à l’hydrogène. Ils investissent massivement dans la recherche et le développement de technologies clés, telles que la conception de nouveaux avions: Airbus travaille sur plusieurs concepts d’avions à hydrogène, dont le ZEROe, prévu pour entrer en service vers 2035. Ces avions intègreront des systèmes de propulsion à hydrogène, des réservoirs de stockage cryogéniques et des architectures optimisées pour l’utilisation de ce carburant.

Des partenariats sont établis avec des motoristes pour développer des moteurs à combustion d’hydrogène et des piles à combustible, offrant des solutions de propulsion propres et efficaces pour les futurs avions. Enfin, Airbus collabore avec des aéroports et des fournisseurs d’énergie pour développer les infrastructures nécessaires à la production, au stockage et à la distribution d’hydrogène vert dans le secteur aérien. 

Pour découvrir comment Airbus innove dans le secteur aéronautique, consultez notre page dédiée.

À quoi ressemblera l’aviation en 2050 si l’hydrogène devient la norme ?

En 2050, l’aviation sera totalement réinventée :

Zéro émission : Les avions à hydrogène ne rejetteront que de la vapeur d’eau.

Design futuriste : De nouveaux modèles d’avions intégrant des réservoirs d’hydrogène.

Silence garanti : Des vols plus silencieux pour réduire les nuisances sonores.

Aéroports transformés : Des infrastructures adaptées au ravitaillement en hydrogène.

Indépendance énergétique : Moins de dépendance aux énergies fossiles.

Voyages durables : Une aviation verte, compétitive et respectueuse de l’environnement.