A320 Neo : l’Airbus du futur utilisera la pile à combustible

Comme les constructeurs automobilesautomobiles qui cherchent des alternatives à l'essence et au gazole pour alimenter les moteurs des voitures, les avionneurs doivent également penser à l'après-pétrole et donc à l'après-kérosène. Voilà pour le moyen et long terme. Plus prosaïquement, ils sont aujourd'hui surtout à la recherche de méthodes pour économiser du carburant. Une des voies étudiées est l'allègement des carlingues et des sièges mais aussi l'optimisation de la consommation de leurs appareils et la diminution des gaz à effet de serregaz à effet de serre rejetés. Airbus propose ainsi avec son A320 Neo une version de l'A320 qui consomme 15 % de moins de kérosène. Mais il semble également possible de gagner 15 % supplémentaires grâce à une technologie jusque-là plus habituée au domaine automobile : la pile à combustible.

C'est ce à quoi ont pensé Airbus et le Centre allemand de recherche aérospatiale (DLR), qui se sont associés à l'Américain Parker Aerospace pour concevoir le premier A320 d'un genre nouveau, équipé de moteurs classiques mais aussi d'une pile à combustible. Le but n'est pas pour le moment de faire voler l'avion grâce à cette technologie qui permet, en recombinant de l'hydrogène avec de l'oxygène, d'alimenter des batteries et des moteurs électriques. Il s'agit plutôt d'utiliser la pile à combustible pour combler les besoins en énergie des circuits électriques de l'avion, des éléments multimédias pour le divertissement à bord ou bien encore des systèmes de surveillance. C'est-à-dire de tout ce qui ne sert pas à faire avancer l'avion mais demande de l'électricité, qui était jusque-là fournie le plus souvent à partir de kérosène.

Comme le montre ce schéma récapitulatif du fonctionnement d’une pile à combustible, celle-ci utilise de l’hydrogène (H₂) et l’oxygène de l’air (oxygen) pour produire de l’électricité, en ne rejetant que de l’eau (H₂O) et de la chaleur (heat). Deux éléments qui peuvent d’ailleurs être réutilisés dans le projet mis en place par Airbus, le DLR et Parker Aerospace. © World Fuel Cell Council

A320 Neo, le futur de l'aviation en marche

Afin d'alimenter en électricité un avion, pour ses lumièreslumières, ses écrans et tous les systèmes de contrôle et de surveillance, ses moteurs sont généralement surdimensionnés. Avec une pile à combustible qui s'occuperait d'alimenter tous ces éléments, le constructeur pourrait revenir à une puissance de moteur « normale », permettant à l'avion de moins consommer de kérosène.

Surtout, la pile à combustible, ses batteries et ses moteurs, pourraient remplacer tous les moteurs auxiliaires de l'avion : L'APU (Auxillary Power Unit), une petite turbine qui sert de générateurgénérateur électrique, le GPUGPU (Ground Power Unit), un groupe électrogène mobilemobile fournissant de l'énergie lorsque l'avion est au sol, l'ACU (AirAir Conditionning Unit) qui assure les fonctions de climatisationclimatisation et de chauffage, l'ASU (Air Starter Unit) permettant de démarrer les moteurs, etc. Tous sont alimentés soit par le kérosène, soit par des moteurs diésel et donc du gazole.

« La pile à combustible va agir comme une véritable source auxiliaire de puissance » a ainsi expliqué Jeff Rolf, vice-président de Parker Aerospace. Ce à quoi renchérit Michel Loignon, le directeur technique : « L'avantage de la pile à combustible est qu'elle procure une conversion directe d'énergie du chimique à l'électrique. De plus, nous intégrons entre elles un ensemble de technologies matures ». Voilà pour les sceptiques de la pile à combustible.

L'eau rejetée par la pile à combustible réutilisée pour les toilettes

Les ingénieurs de Parker Aerospace imaginent même aller plus loin dans le processus, en récupérant l'eau rejetée par la pile à combustible pour l'utiliser dans l'avion, en cours de vol, par exemple pour les chasses d'eau des toilettes. Un volumevolume en moins à embarquer qui permettrait d'alléger l'avion et donc, d'économiser encore plus de carburant. « Sur certains long-courriers, la quantité d'eau à bord peut dépasser les 1.300 kilogrammeskilogrammes, précise Jeff Rolf qui ajoute qu'en plus, l'air chaud qui sort de la pile à combustible peut être utilisé pour maintenir en température le kérosène situé dans les réservoirs. »

Mieux encore, le premier prototype volant, attendu pour 2015, devrait être capable d'utiliser cette pile à combustible et les moteurs électriques qui lui seront associés pour faire avancer l'avion lorsqu'il est au sol, avant le décollage et après l'atterrissage. C'est déjà ce que proposait l'Airbus A320 Atra (Advanced Technology Research Aircraft) présenté en 2011 en Allemagne, qui se déplaçait sans bruit et sans pollution grâce à ses deux moteurs électriques alimentés par une pile à combustible. Le Centre allemand de recherche aérospatiale était déjà de la partie.

En cumulant toutes ces économies potentielles, Parker Aerospace estime pouvoir limiter la consommation globale d'un avion à 85 % de son niveau normal.

Un gaz hautement inflammable

Reste que les inconvénients de la pile à combustible sont toujours là (même si son coût a forcément moins d'impact sur un avion à plusieurs dizaines de millions d'euros que sur une voiture à 30.000 euros). À commencer par la sécurité, car l'hydrogène est un gaz hautement inflammable qui demande à être manipulé et stocké (sous haute pressionpression ou à très basse température) avec précaution. Le volume de la pile et du réservoir d'hydrogène ne sont pas également sans poser des problèmes. Sans oublier les questions environnementales à propos de la production, rarement propre, de l'hydrogène utilisé par la pile. Ce à quoi M. Loignon répond : « Le poids de la pile à combustible et du réservoir d'hydrogène sont plus que compensés par l'absence d'APU et par le fait qu'elle génère sa puissance plus efficacement que ce dernier ».

D'ici la présentation du prototype et sa future mise en service éventuelle, quelques années plus tard, les progrès de la technologie auront sans doute permis d'aller encore plus loin. Les avions, surtout s'ils sont propres, n'ont pas fini de nous faire rêver.