En dépit d'un trafic aérien en forte croissance, à partir de 2020, l'aviation civile devra compenser tout accroissement de ses émissions de carbone. L'accord signé par l'ICAO (International Civil Aviation Organisation) va pousser les compagnies aériennes, les constructeurs d'avions de lignes et surtout les motoristes à innover pour faire baisser de manière significative les émissions des avions de transport. Les progrès réalisés dans le rendement des réacteurs modernes ont été spectaculaires ces dernières années, mais pour réduire les émissions, les ingénieurs doivent désormais envisager des technologies de rupture, comme la propulsion hybride ou même 100% électrique.


On le sait peu, mais le premier avion électrique à avoir volé était français. Le BL1E Electra d'Electravia a pris l'air le 23 décembre 2007 dans les Hautes-Alpes, près de 2 ans avant le premier vol du prototype de l'avion solaire Solar Impulse de Bertrand Piccard. Autre fierté pour le petit constructeur français, les records de vitesse établis par le MC15E Cricri électrique d'Hugues Duval, le pilote amenant le minuscule avion électrique à 283 km/h lors du Salon aéronautique du Bourget de 2011. Le pilote a ensuite franchi la Manche sans une goute d'essence en juillet 2015. Depuis, Electravia s'est reconverti en constructeur d'hélices, preuve du désarroi qui a succédé à l'enthousiasme des débuts. « Nous fûmes des pionniers dans la propulsion électrique, mais nous avons conclu qu'il n'y a pas de marché pour l'avion électrique » explique Anne Lavran, fondatrice d'Electravia. « Nous avons réalisé 70 prototypes de moteurs électriques. C'était passionnant d'un point de vue technique, mais pas du point de vue rentabilité. Quand nous faisions de l'électrique, nous étions 4, aujourd'hui nous concevons des hélices et nous sommes 22. » Si Anne Lavran a su profiter de cette expérience de la propulsion électrique pour mettre au point des hélices plus performantes et se faire une place sur ce marché, le marché de l’avion électrique reste inexistant en France. « Plus encore que dans le secteur automobile, l’essor du marché de l'électrique reste conditionné aux performances des batteries » estime l’entrepreneure. « Quand nous avons commencé à travailler sur la question en 2007, les fabricants de batteries nous avaient promis monts et merveilles quant à l'accroissement des capacités. Ces promesses n'ont jamais été tenues" déplore-t-elle. Depuis, Electravia s'est rebaptisé Hélices e-Props et produit des hélices pour ULM et avions légers et se classe en tant que numéro 3 des héliciers dans le monde grâce à son savoir-faire.

Le BL1E Electra d'ELECTRAVIA

Electravia

L’enthousiasme des débuts a fait place au désarroi

Illustration de cette phase de désillusion du marché, Airbus a abandonné son projet d'avion biplace 100% électrique d'entrainement l'E-Fan 2.0, ainsi que sa déclinaison 4 places, l'E-Fan 4.0. Aucun grand nom de l’aviation ne s’est véritablement positionné sur ce marché et, hormis les ULM et planeurs, aucun avion électrique n’est fabriqué en série, à une exception notable, l’Alpha Electro du slovène Pipistrel. "Pour l'instant, l'autonomie des appareils purement électrique est limitée, c’est vrai » reconnait Christian Stuck, PDG de Finesse Max, revendeur d’avions qui commercialise l’Alpha Electro en France. « Cet avion n’est pas adapté pour les voyages, mais il est conçu pour des usages de type école/perfectionnement. L'avion électrique ne va pas remplacer l'avion de voyage et on ne traversera pas la France avec un avion électrique. Par contre, pour apprendre à piloter, avec des vols de 45 mn à 1 h, il est parfait. » La motorisation électrique s’avère bien adaptée à l'écolage, c'est-à-dire des vols courts où l'élève pilote doit multiplier les séquences décollage/posé.

l'alPha electro

L’Alpha Electro conçu par Pipistrel

L'Alpha Electro offre une autonomie de 1 h 30 de vol pour 40 mn de recharge rapide ou une heure de vol pour 30 mn de recharge. « Outre les gains évidents pour les riverains des aérodromes en termes de nuisances sonores, pour les aéroclubs, l’avion électrique va permettre de réaliser d’importantes économies sur le poste carburant » argumente Christian Stuck. Alors qu’un avion d’aéroclub consomme de 20 à 25 litres d’essence aviation à 1,80€ le litre par heure de vol, la recharge d’un avion électrique coute moins de 5 euros. Avec son Alpha Electro, Pipistrel est sans doute le constructeur aujourd’hui le plus avancé en terme d’aviation électrique Finesse Max a mis cet appareil électrique à son catalogue, mais les aéroclubs, ses utilisateurs potentiels, n’ont pas le droit de le faire voler en Europe. « Nous sommes à une période charnière » confie Christian Stuck. « Le seul obstacle auquel nous devons faire face, c’est celui de la certification. Il n’existe pas de réglementation pour homologuer un appareil électrique en Europe si bien que Pipistrel se retrouve dans la situation paradoxale où ils ont touchés des aides de l’union européenne pour mettre au point leur appareil, ils l’exportent en Australie, aux Etats-Unis en Asie mais la réglementation européenne ne permet pas de le faire voler ! »


Une situation ubuesque que les autorités aériennes européennes semblent enfin avoir perçue. « J’ai constaté ces derniers mois une vraie volonté de faire bouger les choses, tant du côté de la DGAC en France, qu’au niveau de l’EASA sur le plan européen. Nous avons rencontré la DGAC [NDLR : Autorité française aéronautique] il y a quelques jours et on espère pouvoir bénéficier d’un régime dérogatoire afin de pouvoir livrer les premières machines en France dès cette année. »

L’avion électrique attend toujours son « Permit to Fly » en Europe

Illustration de cette ouverture prochaine des cieux français aux avions électriques, l’initiative lancée par la FFA (Fédération Française Aéronautique) de créer un FabLab dédié à l’avion électrique et son adoption par les aéro-clubs français. Lors de la dernière assemblée générale de la FFA, Jean-Luc Charron déclarait : « Plutôt que d’attendre que l’avion électrique se fasse sans nous, plutôt que d’attendre que la réglementation se fasse sans nous, nous avons décidé d’être à l’origine du processus. » La FAA a ainsi décidé de créer un FabLab sur l’aérodrome de Toussus-le-Noble consacré dans un premier temps à l’avion électrique et, plus largement, aux nouveaux usages de l’aviation. « Nous n’allons pas fabriquer d’avion électrique dans ce FabLab mais échanger sur la problématique de son exploitation. » Le président songe notamment à un concept AvionLib qui, s’il diffère quelque peu de l’auto-partage de type Autolib, permettra aux aéroclubs de mutualiser leurs avions électriques via une plateforme Internet.  « Nous avons présenté notre projet au directeur général de l’aviation civile qui a souhaité que ce projet ne soit pas limité aux seuls pilotes brevetés, mais aussi dans la formation ab initio. La DGAC veut aller beaucoup plus loin que nous et nous a dit que cela devait être fait en 2017 ! »

"L’innovation ce n’est pas un problème technique, mais un problème culturel, être capable d'accepter quelque chose que l’on ne connait pas"

Depuis, le président de la FFA s’est rendu en Slovénie pour rencontrer les dirigeants de Pipistrel afin d’élaborer ce que les autorités européennes ont baptisé un « Permit to Fly », un régime dérogatoire qui permettra enfin à l’avion électrique slovène de voler en France. Pour Jean-Luc Charron, « ce « Permit to Fly » et notre FabLab constitueront un sas d’évaluation entre les constructeurs et les aéroclubs qui ne peuvent mener seuls l’évaluation et participer à l’écriture commune de la réglementation.  Ce n’est plus qu’une question de signature de papier puisque l’avion existe déjà, il vole et a déjà volé en France. Ne reste plus qu’un coup de tampon à donner, mais c’est parfois compliqué de donner un coup de tampon c’est long. L’innovation ce n’est pas un problème technique, mais un problème culturel, être capable d'accepter quelque chose que l’on ne connait pas. » Ces « Permit to Fly » pourraient être accordés très prochainement par la DGAC afin de permettre aux aéroclubs français de faire voler le Pipistrel Alpha Electro, en attendant que l’AESA (autorité européenne aéronautique) ne définisse les règles de certification des avions électriques.

Airbus et Siemens ont créé une unité de recherche commune

Moteur électrique Siemens

Moteur électrique Siemens

En attendant que cette situation de blocage des autorités de régulation européenne n’évolue, les industriels fourbissent leurs armes. En avril 2016, Airbus et Siemens ont annoncé avoir signé un accord de coopération pour avancer dans le domaine de la propulsion électrique. 200 ingénieurs travaillent de concert sur cette problématique afin de livrer des systèmes de propulsion électrique et hybrides à l’horizon 2020. Siemens communique beaucoup sur la question et a affiché ses ambitions. Le 23 mars derniers, un Extra 330LE, petit monoplace de voltige a été équipé d’un moteur électrique Siemens de 50 kg seulement mais capable de délivrer une puissance de 260 KW. Ce rapport poids/puissance lui a permis de battre plusieurs records de vitesse. A l’occasion de ce record, Frank Anton, le responsable du projet eAircraft chez Siemens révélait les objectifs du partenariat Siemens Airbus : « En 2030, nous espérons voir le premier avion de transport régional électrique capable de transporter plus de 100 passagers avec une autonomie de l’ordre de 1000 km. »

Le Prototype 57 MAXWELL

Moteur électrique Siemens

NASA

Faire voler un petit avion de voltige pendant une heure est une chose, faire voler un avion de ligne, même de petite taille en est une autre. L’objectif fixé par Frank Anton est beaucoup plus ambitieux qu’il n’y paraît si on considère les projets actuellement à l’étude dans les meilleurs centres de recherche. La NASA s’apprête à faire voler son X-57B « Maxwell », un petit bimoteur Tecnam P2006T de 4 places dont les deux moteurs à piston ont été remplacés par 14 petits moteurs électriques alimentés par près de 360 Kg de batteries Lithium-Ion. De lourdes batteries qui ne parviendront à faire tenir l’air l’avion qu’une heure environ contre 4 heures pour la version essence originale. Outre le gain de poids réalisés sur les moteurs eux-mêmes, les chercheurs estiment pouvoir gagner en efficacité énergétique grâce à ces petites hélices placées sur l’aile, une piste appelée propulsion distribuée qui est aussi suivie par les ingénieurs du centre de recherche aéronautique français Onera avec leur projet Ampere, acronyme de Avion à Motorisation réPartie Electrique de Recherche Expérimentale. L’appareil est doté de 32 moteurs électriques afin de propulser un appareil de 4 à 6 places maximum. La maquette de l’avion est en cours de tests en soufflerie. L’appareil, s’il est construit un jour, sera doté de batteries Lithium-Ion pour les besoins en puissance instantanée, mais aussi de piles à combustible. L’hydrogène stocké dans des réservoirs à très haute pression constituera alors la source de puissance électrique principale pour l’appareil. Un dispositif qu’il sera bien difficile de faire certifier selon Anne Lavran : « L’hydrogène, c’est la molécule la plus fine qui existe et pour le stocker, il faut des réservoirs spéciaux extrêmement étanches. En outre, faire certifier de tels systèmes par l’aviation civile va être très compliqué. L’hydrogène ramène encore à la catastrophe de l’Hindenburg et pour de multiples aspects, je n’y crois pas. »

L’avion de ligne du futur, 100% électrique ou hybride ?

Avion a propulsion electrique de Wright electric

Wright Electric

Wright Electric

Panneau solaires sur les ailes, batteries innovantes, piles à combustibles, les chercheurs devront encore faire sauter de multiples verrous technologiques avant qu’un avion de ligne électrique ne puisse rivaliser en performances avec un avion de transport… des années 30 ! Faisant fi des contraintes technologiques, Airbus et Boeing imaginent l’avion du futur et pour ces géants de l’aéronautique, l’avion de ligne du futur sera hybride. En 2012, Boeing et la Nasa ont dévoilé les premières images du Sugar Volt (pour Subsonic Ultra Green Aircraft Research), un concept d’avion hybride électrique. Au même moment, Airbus présentait avec Rolls-Royce son concept E-Thrust, un avion de ligne équipé d’une turbine à gaz classique complétée de 6 moteurs électriques.


Outre ces grands industriels, plusieurs start-up se sont mises sur les rangs afin de concevoir le premier avion de ligne électrique. Parmi elles, Wright Electric et Zunum Aero, des nouveaux entrants qui planchent sur des avions de transports court et moyen courriers qui pourraient remplacer les avions régionaux. Le britannique Wright Electric a suscité l’intérêt d’easyJet et d’Airbus avec un projet d’appareil régional de 10 à 50 places seulement propulsé par deux soufflantes électriques comparables à celles de l’E-Fan d’Airbus. Créé par un ancien de Microsoft et Google, Zunum Aero est plus ambitieuse encore avec un projet de moyen-courrier de 150 places. La start-up a signé des partenariats avec Boeing et la compagnie JetBlue Airways qui s’est dite intéressée par le concept.


La faisabilité de ces projets encore totalement virtuels reste très largement conditionnée par les progrès qui seront réalisés en termes de batteries. Une meilleure densité du stockage de l’électricité est attendue avec l’arrivée de batteries au graphène, mais les progrès devront être très significatifs pour qu’un avion 100% électrique puisse un jour rivaliser avec un Airbus A320 ou un Boeing 737 propulsé au kérosène.

Le jody 52

Jody 52

Un engin volant destiné à un usage urbain pour transporter 1 à 4 personnes sur de courtes distances élude en partie le problème de l’autonomie de la propulsion électrique, raison pour laquelle de nombreux entrepreneurs se sont lancés ce marché qui n’existe pas encore. Outre le « Vahana », projet d’avion/drone à décollage vertical imaginé par A³, la cellule d’innovation créée par Airbus dans la Silicon Valley, c’est le constructeur de drones EHang qui semble en lice d’être le premier à faire entrer en service un drone de transport de passager. Son drone monoplace EHang 184 devrait entrer en service dès l’été prochain à Dubaï. Une expérimentation qui sera suivie de près par Uber qui projette d’étendre son offre de mobilité avec des drones volants dès que ceux-ci seront disponibles.

LE DRONE EHANG 184 A DUBAI

eHANG184

Une réussite de EHang à Dubaï pourrait bien donner une nouvelle légitimité à de nombreux projets qui n’ont pas encore dépassé le stade des simulations informatiques ou des prototypes à échelle réduite comme Lilium Aviation, Joby Aviation ou encore Zee.Aero et Kitty Hack, les deux start-up créées par Larry Page dans le but de révolutionner la locomotion aérienne. La présence de Google n’a rien de surprenant car ces drones auront besoin de batteries et moteurs électriques performances mais aussi et surtout d’énormément de logiciels pour voler. Ce type de service n’a de sens que parce que ce sont des logiciels qui vont piloter et assurer la gestion du trafic aérien des milliers d’objets aérien qui sillonneront le ciel des villes du futur. Mais en dépit de l’enthousiasme des pionniers de l’aviation électrique, il faudra encore sans doute de nombreuses années d’expérimentations et d’essais avant que le régulateur ne donne son feu vert à ce nouveau moyen de transport.

Rédigé par Alain Clapaud
Journaliste