Quelle évolution du secteur aéronautique face aux enjeux environnementaux de demain ?

Avionneurs, motoristes et compagnies aériennes sont tous confrontés à un enjeu de taille, la réduction de leur empreinte carbone dans un premier temps, puis atteindre la neutralité carboneneutralité carbone sur un plus long terme. D'énormes progrès ont déjà été faits avec des avions comme l'Airbus A320 Neo ou le Boeing B787. Tous les acteurs de la filière sont concernés par ces nouveaux défis environnementaux et tous ont leur rôle à jouer pour réussir cette transition écologique.

C'est ainsi toute la chaîne aéronautique qui doit être repensée, de la conception d'avions à leur production, en passant par leur recyclagerecyclage. C'est tout un modèle économique qui doit être remis en cause. Alors, comment résoudre la difficile équation entre toujours plus d'avions et toujours moins de pollution ?

Aviation civile : quels impacts environnementaux ?

Si l'on se réfère uniquement aux chiffres, l'aviation civile représente une proportion assez faible des émissions de CO₂ : plusieurs études internationales s'accordent à dire que la part du secteur aéronautique dans les émissions de CO₂ est de 2 %, et représente 13 % des émissions des activités de transports au niveau mondial. D'après le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climatGroupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), ces chiffres seraient de 1 % et de 4 % en France. En revanche, si l'on rapporte au taux d'émission de CO₂ par passager au kilomètre, l'avion est de loin le moyen de transport le plus polluant. D'ici une trentaine d'année, la part des émissions de CO₂ des avions est estimée entre 16 et 20 % des émissions globales.

Mais la pollution du trafic aérien ne se limite pas à la seule problématique de kérosène et de rejet de CO₂ dans l'atmosphèreatmosphère. Les matériaux utilisés pour la constructionconstruction des avions sont aussi remis en cause. Alors que le trafic aérien ne cesse de croître, la pression écologique s'accentue elle aussi. Des mouvementsmouvements citoyens comme le flygskam (« la honte de prendre l'avion » en suédois) qui consiste à refuser de prendre l'avion pour se rendre d'un pays à un autre, commencent à se développer un peu partout dans le monde. Mais alors, quelles solutions le secteur aéronautique peut-il trouver pour répondre à ces enjeux énergétiques et environnementaux ?

Le premier objectif à court terme du secteur aéronautique est de réduire son empreinte carbone en limitant au maximum le rejet de CO₂ dans l’atmosphère. © tanaonte, Adobe Stock

Aéronautique : des avancées technologiques prometteuses

Les constructeurs aéronautiques ont bien pris conscience qu'un virage plus écologique était nécessaire dans les prochaines décennies. De nombreuses initiatives sont déjà en phase de tests et des projets d'un avion complètement vert d'ici 30 à 50 ans sont déjà à l'étude. L'avion du futur fait aujourd'hui rêver et entraîne une guerre technologique entre constructeurs. Pourtant, cela n'a pas toujours été le cas.

Il faut remonter presque 20 ans en arrière pour voir se concrétiser le premier projet de l'avion du futur avec Solar ImpulseSolar Impulse en 2003. Le projet pouvait prêter à sourire à l'époque, néanmoins un tour du monde a suffi pour montrer que des alternatives étaient possibles. Les projets existent, mais la plus grosse difficulté est de passer d'un prototype viable à une production à grande échelle pour renouveler les flottes aériennes. Voici quelques exemples de technologies développées par les grands acteurs du secteur et en phase de test actuellement.

L’avion hybride

Afin de réduire leur empreinte carbone, les avionneurs font le pari d'un moteur hybridehybride, associant réacteurs classiques et batteries, ou moteurs thermiquesmoteurs thermiques et moteurs électriques :

• Des premiers vols de 6 à 12 places, sur de courtes distances, sont planifiés à l'horizon 2023 pour le modèle ZA-10, soutenu par Boeing.
• Airbus, Daher et SafranSafran se sont, quant à eux, associés pour développer le projet EcoPulse, dont le premier vol est prévu pour l'été 2022.
• Autre exemple, l'avion hybride de Voltaero dont le prototype Cassio 1 a réalisé son premier vol le 10 mars dernier. Un second prototype baptisé Cassio 2 et équipé de moteurs électriques et thermiques devrait faire son apparition dans quelques semaines.
• Ampaire et son Ampaire 337, Airbus et son avion Bird of Prey doté d'ailes semblables à celles d'un oiseauoiseau, ou encore Faradair avec son BEHA-M1H, sont autant de projets ou de prototypes en cours pour développer des avions hybrides.

Le vol en V développé par Airbus

Inspiré du vol en formation des oiesoies sauvages durant leur migration, Airbus souhaite développer ce mode de vol pour ses avions commerciaux. Comme pour les oiseaux, qui économisent leurs efforts sur le trajet, cette organisation permettrait une économie de 5 à 10 % de carburant par vol, avec une distanciation de 3 km entre chaque appareil d'après les premiers tests réalisés par l'avionneur. Autre avantage de ce programme, baptisé Fello'Fly, sa facilité de mise en pratique, puisqu'une simple mise à jour des calculateurs des avions est nécessaire pour voler. Et un changement de réglementation qui oblige actuellement les avions à voler à plus de 3 km de distance les uns des autres. Une démonstration commerciale est néanmoins prévue en 2021.

Les aéroports se mettent aussi au vert

Si les avions eux-mêmes sont la principale source de pollution, c'est toute la chaîne qui doit fournir des efforts pour faire de l'aéronautique un secteur plus vert. Les aéroports ont notamment un rôle à jouer dans cette transition écologique et le virage commence à s'amorcer tout doucement.

• C'est notamment le cas pour le nouvel aéroport de Pékin, inauguré en 2019 : utilisation de matériaux innovants et verts, appel à la géothermiegéothermie et au photovoltaïque, véhicules électriques sont autant de choix faits pour réduire l'empreinte carbone de l'aéroport.     
• Autre exemple à une plus petite échelle, l'aéroport de Baltra, aux îles Galapagos. Un aéroport 100 % écologique, construit avec des matériaux de réutilisation, doté de panneaux solaires et de grandes ouvertures pour permettre une aération naturelle.
• L'aéroport de Toulouse-Blagnac vient, quant à lui, d'annoncer la construction d'un site de production et de distribution d'hydrogènehydrogène, Hyport, qui sera utilisé notamment pour les services de transports de l'aéroport. Début du chantier prévu pour fin 2020.

D'autres initiatives se mettent en place pour les opérations de taxiing, qui permettent de tracter un avion sur le tarmac sans avoir à mettre en route le moteur, réduisant ainsi l'utilisation de carburant inutilement (TaxiBot, Wheeltug...).

Parmi les défis de demain : arriver à construire un avion long courrier de grande capacité en utilisant l’énergie électrique. © phonlamaiphoto, Adobe Stock

Secteur aéronautique : à quoi va ressembler l’avion vert de demain ?

Le secteur aéronautique mise beaucoup sur l'avion 100 % électrique. Mais cet objectif est pour le moment loin d'être réalisable à grande échelle, faute de batteries suffisamment puissantes pour assurer le même type de liaisons actuelles. L'avenir semble se profiler sur une motorisation open rotor à court terme, et à moyen terme vers une utilisation accrue des biocarburantsbiocarburants qui permettent une forte réduction des émissions de carbone mais dont le coût de production est actuellement beaucoup trop élevé.

Cependant, la grande mutation du secteur aéronautique ne va pas uniquement se faire sur un changement de kérosène. C'est l'avion même qui devra être repensé. Des projets commencent d'ailleurs à sortir de la tête des ingénieurs comme l'aile volante Maveric d’Airbus ou encore le Flying-V soutenu par la compagnie aérienne KLM.

Trois questions à Stéphane Roberdet, directeur de la formation et du site d'Ivry-sur-Seine de l'IPSA, École d'ingénieur aéronautique et spatiale :

Quelles sont les conséquences des enjeux énergétiques et environnementaux du secteur aéronautique sur l’enseignement proposé par l’IPSA ?

Face aux défis auxquels le secteur aéronautique est confronté pour l'avenir, le programme de l'IPSA s'ajuste aux besoins chaque année selon trois axes d'évolution :

• Rester à la pointe de l'innovation technologique dans chacun des domaines permettant d'améliorer les performances et de diminuer l'empreinte écologiqueempreinte écologique de l'aéronautique telle qu'elle existe aujourd'hui.
• Progresser dans les applicationsapplications de l'intelligence artificielleintelligence artificielle dédiées au domaine de l'aéronautique et enseignées à l'école, qui constituent des vecteurs d'optimisation de plus en plus importants.
• Enfin, se diversifier dans le domaine très général de la mobilité durablemobilité durable qui inclut implicitement tous types de moyens de substitution à l'avion, selon la devise : « L'aéronautique et l'espace par passion, la mobilité durable par raison ».

Bien évidemment, la prise de conscience nécessaire des enjeux par tous les élèves ingénieurs de l'IPSA nécessite une pédagogie adaptée se caractérisant notamment par un ancrage très fort de l'ensemble des enseignements aux trois piliers et aux 17 objectifs du développement durabledéveloppement durable.

C'est à ce titre que l'IPSA participera sur les sites de Paris et de Toulouse à la deuxième édition de la « Rentrée climat » de l'enseignement supérieur lors de la rentrée 2020, avec la volonté d'y participer chaque année à l'avenir.

Ces évolutions technologiques et numériques vont-elles faire apparaître de nouveaux métiers dans l’aéronautique ?

À court et moyen terme, l'exploitation du Big DataBig Data et l'utilisation de l'intelligence artificielle vont faire évoluer de nombreux métiers existants :

• Les métiers de la conception de pièces aéronautiques pourront faire appel aux techniques de l'intelligence artificielle pour optimiser par exemple des pièces en matériaux composites ou les pièces produites en fabrication additive.
• Les méthodes de production feront de plus en plus appel aux concepts de l'usine 4.0, la continuité numériquenumérique est désormais au centre des processus de production incluant la fabrication par usinage ou fabrication additive, l'assemblage des ensembles supérieurs, mais également la maintenance de l'outil de production lui-même.
• Les métiers de la maintenance et de l'exploitation des flottes, utiliseront de façon étendue les techniques d'analyse du Big Data pour faire de la maintenance prédictive et pour améliorer les potentiels des avions.

Par ailleurs, à moyen et long terme, les évolutions technologiques vers les avions électriques ou les avions propulsés par des moteurs à hydrogènemoteurs à hydrogène vont révolutionner le contenu de tous les métiers du secteur.

Le gouvernement vient d’annoncer un plan de 15 milliards d’euros pour soutenir le secteur aéronautique à la suite de la pandémie de Covid-19. Cette crise peut-elle permettre une accélération de la mutation technologique du secteur, nécessaire à la concrétisation des objectifs environnementaux ?

La crise que nous venons de traverser est effectivement une opportunité pour accélérer les mutations technologiques du secteur, nécessaires au respect des accords de Paris. Mais il faut être conscient que les entreprises n'évoluent pas spontanément sans contraintes et que l'effort demandé est considérable pour rester en deçà des +2 °C de réchauffement : la réduction nécessaire de 5 % des émissions de CO₂ chaque année correspond en effet  à la réduction engendrée cette année par la pandémiepandémie de Covid-19Covid-19 !

C'est pourquoi, les États qui soutiennent le secteur aéronautique comme la France ou l'Allemagne ne le font pas sans demander des contreparties fortes :

• non seulement en demandant aux avionneurs et équipementiers de développer et d'introduire au plus vite les nouvelles technologies indispensables à la réduction de l'empreinte carbone du transport aérien ;
• mais également en appelant les compagnies aériennes à se diversifier et à adapter leurs modèles économique pour inclure d'autres modes de transport avec, par exemple, la fermeture des lignes aériennes lorsqu'un transport de substitution ferroviaire à l'empreinte écologique moindre permet de faire le voyage en moins de 2 h 30. 

Il n'est toutefois pas garanti que ces contreparties soient suffisantes pour atteindre les objectifs environnementaux. Certains think tanks, comme le « Shift Project », doutent que les 2 h 30 évoquées précédemment soient suffisantes, et auraient plutôt imposé 4 h 30. Par ailleurs, d'autres mesures complémentaires aux précédentes semblent nécessaires ; pour ne donner que trois exemples, elles consisteraient :

• à cesser certaines pratiques commerciales favorisant les voyages d'opportunité non nécessaires de certains voyageurs (Miles gagnés avec les cartes Grand voyageur par exemple, ou subventions abaissant de façon totalement artificielle et irréaliste le coût des billets d'avion) ;
• à augmenter le nombre de passagers par vol en abandonnant le système de classes, dépassé dans le monde vers lequel nous devons nous orienter...
• à abandonner d'une part le concept des compagnies low-cost faisant largement appel aux subventions, et d'autre part, l'aviation d'affaire pour les vols aux motifs privés.

D'une façon générale, l'analyse systémique globale montre que, pour rester en deçà des +2 °C de réchauffement, il faudra éviter tous les « effets rebonds », c'est-à-dire ceux par lesquels une augmentation globale du trafic aérien annulerait tous les gains obtenus par la technologie et les nouvelles pratiques des compagnies aériennes dans la réduction de l'empreinte carbone d'une heure de vol par passager... 

Compte tenu des ordres de grandeursordres de grandeurs mis en jeu et de l'effort demandé, les progrès technologiques et les pratiques commerciales envisageables ne permettront malheureusement pas d'atteindre les objectifs visés sans un arrêt de la croissance, voire une réduction du trafic aérien mondial. Mais cela n'enlèvera rien à la passion de tous les acteurs du secteur de l'aéronautique et aux fabuleux métiers de tous ceux qui concevront, produiront, piloteront et maintiendront les avions de demain.