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Toujours pas d’avion électrique

Pourquoi avons-nous des voitures et des trains électriques, mais peu d’avions électriques? La raison principale en est qu’il est beaucoup plus simple de modifier radicalement une voiture ou un train, même s’ils ressemblent beaucoup aux véhicules traditionnels alimentés aux combustibles fossiles.

Les véhicules terrestres peuvent facilement supporter la masse supplémentaire provenant du stockage d’électricité ou des systèmes de propulsion électriques, mais les avions sont beaucoup plus sensibles.

Par exemple, augmenter la masse d’une voiture de 35% entraîne une augmentation de la consommation d’énergie de 13 à 20%. Mais pour un avion, la consommation d’énergie est directement proportionnelle à la masse: si sa masse augmente de 35%, il lui faut 35% d’énergie en plus (toutes choses étant égales par ailleurs).

Mais ce n’est qu’une partie de l’histoire. Les avions voyagent également beaucoup plus loin que les véhicules au sol, ce qui signifie qu’un vol nécessite beaucoup plus d’énergie qu’un trajet normal. L’avion doit stocker à bord toute l’énergie nécessaire pour déplacer sa masse à chaque vol (contrairement à un train relié à un grille électrique). Utiliser une source d’énergie lourde signifie donc qu’il faut plus d’énergie pour un vol, ce qui entraîne une masse supplémentaire, et ainsi de suite.

Pour un avion, la masse est cruciale, ce qui explique pourquoi les compagnies aériennes pèsent minutieusement leurs bagages. Les avions électriques ont besoin de batteries avec suffisamment d’énergie par kilogramme de batterie, faute de quoi ils ne peuvent tout simplement pas parcourir de longues distances.

Malgré cela, des avions électriques sont à l’horizon – mais vous ne verrez pas de 747 électriques de si tôt.

Les meilleurs packs de batteries au lithium-ion disponibles à ce jour fournissent environ 200 wattheures (Wh) par kilogramme, soit environ 60 fois moins que le carburant d’avion actuel. Ce type de batterie peut alimenter de petits taxis aériens électriques pouvant accueillir jusqu’à quatre passagers sur une distance d’environ 100 km. Pour des voyages plus longs, des cellules plus denses en énergie sont nécessaires.

Un taxi volant expérimental, avec un décollage et un atterrissage verticaux, a été dévoilé en 2019 à Las Vegas. Il est alimenté par un système hybride électrique. Images de cloche / couverture
Les avions de banlieue électriques à courte portée pouvant transporter jusqu’à 30 personnes sur moins de 800 km, par exemple, nécessitent entre 750 et 2 000 Wh / kg, A la chasse Bordel soit environ 6-17% du contenu énergétique du carburéacteur. Même les plus gros avions nécessitent des batteries de plus en plus légères. Par exemple, un avion transportant 140 passagers sur 1 500 km consomme environ 30 kg de kérosène par passager. Avec la technologie actuelle des batteries, près de 1 000 kg de batteries sont nécessaires par passager.

Pour rendre les avions de banlieue régionaux entièrement électriques, il faut réduire de quatre à dix fois le poids de la batterie. Le taux d’amélioration historique à long terme de l’énergie des batteries a été d’environ 3 à 4% par an, soit le double environ toutes les deux décennies. Sur la base de la poursuite de cette tendance historique, les quatre améliorations nécessaires pour un avion de banlieue entièrement électrique pourraient potentiellement être atteintes vers le milieu du siècle.

Bien que cela puisse sembler une attente incroyablement longue, cela est cohérent avec l’échelle de temps du changement dans le secteur de l’aviation pour les cycles de vie des infrastructures et des avions. La conception d’un nouvel avion prend environ 5 à 10 ans, puis restera en service pendant deux à trois décennies. Certains avions volent encore 50 ans après leur premier vol.

Cela signifie-t-il que les vols longue distance seront toujours tributaires des combustibles fossiles? Pas nécessairement.

Bien que les gros aéronefs entièrement électriques nécessitent un changement majeur du stockage de l’énergie, qui n’a pas encore été inventé, il existe d’autres moyens de réduire l’impact environnemental des vols.

Les avions hybrides électriques combinent des carburants et une propulsion électrique. Cette classe d’aéronefs comprend la conception sans batteries, où le système de propulsion électrique sert à améliorer l’efficacité de la poussée, en réduisant la quantité de carburant nécessaire.

Des avions hybrides électriques avec batteries sont également en développement, où Les piles peuvent fournir une puissance supplémentaire dans certaines circonstances. Les batteries peuvent alors, par exemple, permettre un décollage et un atterrissage propres pour réduire les émissions à proximité des aéroports.

Les avions électriques ne sont également pas le seul moyen de réduire l’empreinte carbone directe des vols. Des carburants de substitution, tels que les biocarburants et l’hydrogène, sont également à l’étude.

Les biocarburants, qui proviennent de plantes ou d’algues, ont été utilisés pour la première fois sur un vol commercial en 2008 et plusieurs compagnies aériennes en ont fait l’essai. Bien qu’elles n’aient pas été largement adoptées, d’importantes recherches portent actuellement sur les biocarburants durables n’ayant pas d’impact sur les sources d’eau douce ou la production alimentaire.

Bien que les biocarburants produisent toujours du CO₂, ils ne nécessitent pas de modifications importantes des infrastructures existantes des aéronefs ou des aéroports. L’hydrogène, en revanche, nécessite une refonte complète de l’infrastructure de ravitaillement de l’aéroport et a également un impact significatif sur la conception de l’avion. lui-même.

Alors que l’hydrogène est très léger – l’hydrogène contient trois fois plus d’énergie par kilogramme que le kérosène – sa densité est très faible, même lorsqu’il est stocké sous forme liquide à -250. Cela signifie que le carburant ne peut plus être stocké dans l’aile mais doit être déplacé vers des réservoirs relativement lourds et volumineux à l’intérieur du fuselage. Malgré ces inconvénients, les vols longue distance à l’hydrogène peuvent consommer jusqu’à 12% moins d’énergie que le kérosène.

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