Avion à hydrogène
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| Type |
Classe de puissance d'avion (d) |
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Un avion à hydrogène est un avion alimenté au dihydrogène. Le dihydrogène peut alimenter soit des piles à combustible qui génèrent de l'électricité pour alimenter des moteurs électriques, soit directement des réacteurs. Il peut être stocké à bord soit sous forme de gaz comprimé à haute pression, soit sous forme liquide à −253 °C.
Modèle à pile à combustible
Dans un modèle à pile à combustible, l'avion dispose de réservoirs d'hydrogène sous pression qui permettent d'alimenter la pile, laquelle produit à son tour de l'électricité par recombinaison du dihydrogène avec l'oxygène ; cette électricité alimente enfin les moteurs électriques de l'avion. C'est donc un type d'avion électrique. Le seul rejet en vol est de la vapeur d'eau.
Modèle à turboréacteurs
Dans le cas d'un avion à hydrogène utilisant des turboréacteurs, il s'agit de remplacer le carburant aviation (généralement du kérosène) par de l'hydrogène.
Prototypes
Le premier prototype d'avion à hydrogène est le Tupolev Tu-155, appareil soviétique, dont le premier vol a eu lieu en 1988. Il est capable de brûler dans ses turboréacteurs soit de l'hydrogène liquide soit du méthane liquide. Cependant, un seul de ses trois moteurs utilise le nouveau carburant, les autres utilisant toujours le kérosène classique. Ce projet ne survit pas à la dislocation de l'URSS et à la crise économique qu'elle engendre[1],[2].
Le premier prototype d'avion à pile à hydrogène est conçu par Boeing et vole pour la première fois en 2008. L'aéronef fait 16,3 mètres d'envergure, 6,5 mètres de long et un poids de 800 kg, le réservoir d'hydrogène a une contenance de 34 litres[3]. Le premier vol a lieu en Espagne, ne dure qu'une vingtaine de minutes, à environ 100 km/h et atteint une altitude de 1 000 mètres[4]. En plus de sa pile à combustible, l'avion emporte une batterie lithium-ion qui apporte l'énergie nécessaire au décollage. L'engin a été construit par la société autrichienne Diamond Aircraft puis a été modifié par Boeing Research & Technology Europe[5],[6].
Un concept d'avion biplace expérimental nommé DLR Smartfish est construit par Konrad Schafroth et vole pour la première fois en .
Le , le prototype HY4 de l'entreprise H2FLY relie les aéroports de Stuttgart et de Friedrichshafen en parcourant 124 km. Le lendemain, il atteint l'altitude record de 2,2 km[7].
Développement commercial
Projet ZEROe d'Airbus
En 2020, Airbus annonce qu'il souhaite lancer un programme de développement en 2028 et construire un avion à hydrogène d'ici 2035 afin de décarboner le secteur aérien qui dépend aujourd'hui à 100 % des énergies fossiles. Ce projet est reporté sine die en [8].
ZeroAvia
Le constructeur ZeroAvia annonce fin 2021 la mise en place de ses premiers vols commerciaux à hydrogène pour 2024. La première ligne aérienne devrait relier le Royaume-Uni et les Pays-Bas[9]. En , ZeroAvia effectue le premier vol d'essai d'un Dornier 228 dont l'un des deux moteurs thermiques a été remplacé par un moteur électrique alimenté par une pile à hydrogène. La demande de certification de l'ensemble propulsif, associant deux moteurs électriques de 600 kW chacun à deux piles à combustible et leurs réservoirs d'hydrogène gazeux, pour un avion pouvant transporter 19 passagers sur une distance de 500 km, sera déposée fin 2023. Les premiers vols commerciaux sont attendus en 2025. ZeroAvia annonce avoir engrangé plus de 1 500 précommandes pour des rétrofits d'avions déjà en service[10].
Amelia
En 2022, la compagnie régionale française Amelia annonce vouloir convertir ses ATR 72 à la propulsion à hydrogène[11].
Blue Spirit Aero Dragonfly
Le Blue Spirit Aero Dragonfly est un projet d'avion à hydrogène conçu par la start-up française Blue Spirit Aero. Il utilise une pile à combustible qui actionne 12 petits moteurs électriques, disposant chacun de son hélice tractive, fixés symétriquement sous les ailes. Un prototype du Dragonfly est présenté au public pour la première fois au 54e salon aéronautique du Bourget, en [12].
Travaux préparatoires
Airbus, Air liquide et le groupe ADP signent en un accord afin d'anticiper l'arrivée des futurs avions à hydrogène dans les aéroports, vers 2035. Ils comptent étudier d'ici à l'automne 2021 la situation d'une trentaine d'aéroports, en particulier de Roissy-CDG et d'Orly en Île-de-France, jusqu'à la fin de l'année. Ces études permettront notamment d'évaluer les quantités d'hydrogène à produire, à quelle date, par quel procédé et sur quel site[13].
Airbus annonce en la création de deux « centres de développement zéro-émission », désignés en interne sous le sigle ZEDC, situés l'un à Nantes et l'autre à Brême, qui auront notamment en charge la fabrication de l'élément le plus critique du futur avion à hydrogène : les réservoirs cryogéniques, à partir de 2023. Les essais en vol utiliseront un A380[14].
En , la jeune pousse californienne Universal Hydrogen, créée par d'anciens dirigeants d'Airbus et spécialisée dans la conversion des avions à l'hydrogène, ouvre un bureau d'études à Toulouse, à proximité d'Airbus et d'ATR. Elle développe, pour les avions régionaux à hélices de 40 à 70 places, comme les ATR et les Dash 8, des kits de conversion associant des moteurs électriques et une pile à hydrogène, elle-même alimentée par des capsules d'hydrogène livrables et prêtes à l'emploi. Son objectif est de proposer deux solutions prêtes à l'emploi pour des premiers vols commerciaux en 2025, l'une à hydrogène gazeux et l'autre à hydrogène liquide, cette dernière étant probablement la solution pour les avions moyen-courriers[15]. La société fait faillite en après l'échec de sa dernière levée de fonds[16].
Le , Airbus signe avec CFM International, coentreprise entre Safran et General Electric, un partenariat pour tester un système de propulsion à l'hydrogène liquide, susceptible d'équiper les premiers avions « zéro émissions », attendus pour 2035. Un démonstrateur technologique volant complet sera développé, associant des réservoirs et un circuit de distribution cryogénique, capable de conserver l'hydrogène à l'état liquide, à un moteur GE Passport modifié pour pouvoir brûler de l'hydrogène au lieu du kérosène, qui devrait voler dès 2026 sur un A380[17].
Le , Pratt & Whitney est sélectionné par le ministère américain de l'énergie pour développer un nouveau concept de moteur à turbine capable de fonctionner avec de l'hydrogène liquide à la place du kérosène, le projet « HySIITE », qui permettrait à la fois d'éliminer 100 % des émissions de dioxyde de carbone (CO2) et 80 % des émissions d'oxyde d'azote (NOx) en vol et de réduire fortement les traînées de condensation des avions, qui participent aussi à l'effet de serre[18].
