Après la voiture électrique: l’avion électrique

avion électriqueLa découverte et surtout l’utilisation de l’électricité comme source de propulsion remonte à plus d’un siècle. La première voiture électrique à franchir les 100kms/h remonte à 1899. Elle était française et s’appelait la Jamais Contente.

Au début de l’ère aéronautique des essais ont été effectués pour équiper des avions à l’aide de moteurs électriques. Tout cela fonctionnait parfaitement, à UN détail prés : l’autonomie.

 

La problématique particulière de la mobilité électrique aéronautique

Contrairement à la voiture électrique ou au bateau à moteur électrique, l’avion se doit d’être le plus léger possible. La portance, qui lui permet de tenir en l’air est un savant calcul entre son poids, sa surface alaire, sa poussée (ou sa puissance motrice si l’on préfère), plus quelques autres paramètres. Or l’avion électrique est encore trop lourd pour avoir une charge utile autre que symbolique.

Comme pour l’hélicoptère et plus que lui le dilemme est : soit une capacité d’emport correcte sur quelques kilomètres, soit uniquement un pilote (et pas trop lourd) sur quelques centaines voir quelques milliers de kilomètres. Le problème vient de la production ou du stockage de l’électricité. La capacité des batteries (essentiellement des batteries lithium-ion polymères) est très largement insuffisante. Même en optimisant tous les autres paramètres, le problème reste insoluble.

 

L’avion électrique aujourd’hui et demain

Actuellement tous les projets en cours sont basés sur un ou des moteurs électriques à hélices alimentés soit par des panneaux solaires (avec des batteries lithium-ion polymères en tampon) soit par des piles à combustion à hydrogène. Le premier type correspond au projet largement médiatisé, Solar Impulse des suisses Bertrand Piccard et André Borschberg. C’est un projet qui permet le développement de nouveaux matériaux mais qui n’a aucune chance de déboucher sur un avion électrique commercial. Toujours dans cette catégorie le projet E-Fan de la DGAC, du FEDER et quelques autres partenaires, envisagent de développer un petit avion électrique bimoteur pour les écoles de pilotage, avec un cout horaire de vol de 100 à 150 €.

La catégorie avion électrique à pile à hydrogène est peut être plus prometteuse. Basé sur le principe d’inversion de l’électrolyse de l’hydrogène, c’est l’électricité propre par excellence. Elle ne génère que de l’électricité, de la chaleur, de l’eau et du dioxygène. D’autre part c’est une énergie renouvelable inépuisable. Pour rappel l’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers, c’est aussi l’élément le plus léger. L’eau présente sur terre est constituée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène. On ne risque donc pas d’en manquer. Le problème essentiel de la pile à combustion à hydrogène vient des membranes échangeuses d’ions qui sont en platine et coutent excessivement cher. En 2012 une société israélienne à déposée dix brevets sur une technologie d’électrolyte polymère solide sans platine.

Quelque soit les options misent en œuvre, les technologies actuelles ne permettent pas de dépasser le dilemme poids-autonomie.

 

La mobilité électrique et la «Frontier physics»

l'avion électriqueIl existe un domaine de la physique que les américains appellent, en référence à leur histoire : Frontier physics ou Advanced Physics Studies en souvenir de l’Institute for Advanced Study de Princeton. De quoi s’agit ‘il ?
Tout simplement d’une physique exotique qui s’affranchit des lois et des dogmes de la physique universitaire classique. Compte tenu que ces types de recherches avancées sont menés dans des laboratoires militaires ou touchant à la défense nationale, il est naturellement très difficile de connaitre les axes de recherche et leurs états d’avancement. Pourtant en lisant les publications scientifiques, en examinant les brevets déposés et en analysant les annonces officielles qui peuvent être faites, il est possible d’avoir une idée de certains projets en cours. Voyons ensemble quelques pistes.

• La Z machine et sa miniaturisation. Sans entrer dans des détails techniques, la Z machine un générateur de rayon X des laboratoires nationaux de Sandia à Albuquerque au Nouveau-Mexique, USA. Il à été utilisé pour produire des températures ioniques de 2 à 3 milliard de degrés C. Cela laisse supposer qu’une réaction de fusion ait été réalisée sans aucun dégagement de radioactivité ni déchets radioactifs. Des travaux seraient en cours pour une miniaturisation d’une Z machine qui, s’ils aboutissent, régleraient définitivement le problème de la production et du stockage de l’électricité sur un avion électrique.

• La MHD et ses dérivés. Un avion avec un moteur électrique ne peut propulser un avion électrique que par l’intermédiaire d’une hélice propulsive ou tractrice. C’est un système au rendement très faible. La magnétohydrodynamique (MHD) et ses dérivés offre, elle, de très hauts rendements avec un certains nombres d’avantages supplémentaires. Schématiquement la MHD consiste à installer sur le bord d’attaque et de fuite des électrodes, de manière à ioniser l’air atmosphérique pour le transformer en plasma. Les forces de Lorentz mettent en mouvement ce plasma, qui agit comme un roulement à billes en déplaçant le support (l’avion électrique). Les avantages sont innombrables : pas de pièces en mouvement, très grande vitesse, pas d’échauffement passé Mach 3,5 (mur de la chaleur), vrai invisibilité radar…Il est déjà probablement utilisé sur les B2, des Drones, l’Aurora et des navettes militaires extra-atmosphériques. C’est probablement le système de propulsion du futur, le vrai avion avec un moteur électrique. A la condition qu’il sorte du secteur militaro-industriel.

En définitive l’application de la mobilité électrique à l’aéronautique de transport est avant tout un problème économique. Tant que les secteurs pétroliers, motoristes et leurs sous traitants, ainsi que les pays producteurs de pétrole engrangent des bénéfices considérables, l’avion électrique commercial restera dans les ordinateurs.
D’autre part, il faut bien avoir conscience que l’introduction massive et brutale de l’électricité propre en tant qu’énergie renouvelable, générerait un véritable chaos économique et social. Trop de paramètres économiques sont tributaires du pétrole, qui ne peuvent être modifiés rapidement. La problématique est d’ailleurs identique et amplifié pour une reconversion de l’industrie nucléaire.

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