Ciel vert

Le silence... futur de l'aviation ?

Les avions du futur pourront-ils voler sans émissions de gaz à effet de serre ou pollution sonore ?

Le nombre d'avions dans les airs devrait doubler au cours des dix prochaines années. À elle seule, l'Inde prévoit de construire 200 nouveaux aéroports au cours des vingt prochaines années. Pour faire face à ce phénomène, l'industrie doit redoubler d'efforts, en particulier en matière d'émissions, afin de construire des avions moins polluants. Elle se tourne aujourd'hui vers des domaines tels que les carburants plus propres, les avions plus légers (avec des matériaux en fibre de carbone), les moteurs plus performants et une meilleure gestion du trafic aérien. Toutes ces initiatives permettront de respecter les objectifs de réduction des émissions qui ont été fixés par l'industrie et les autorités de réglementation.

La vidéo, l'article et l'infographie ci-dessous décrivent l'avenir de l'aéronautique. Est-il possible de concevoir des avions plus propres pour un ciel moins pollué ? Comment transposer des projets aéronautiques écologiques dans le monde réel ? Comment les entreprises qui conçoivent ces avions d'un nouveau genre peuvent-elles réduire les délais de conception, de fabrication et de certification grâce à la plate-forme 3DEXPERIENCE ?

Volerons-nous un jour à bord d'avions sans carburant ?

Bien que personne ne puisse affirmer à quoi ressembleront les avions du futur, il est certain qu'ils seront bien plus écologiques.

André Borschberg se réveille après une sieste de 12 minutes. Son corps réclame plus de sommeil, mais l'atmosphère à -20 ˚C lui fait l'effet d'un électrochoc : la vigilance est de mise. Environ 2 300 mètres plus bas se trouve l'océan Pacifique, à sa gauche et à sa droite, un horizon à perte de vue. Pendant six jours consécutifs, dans un cockpit pas plus grand qu'une cabine téléphonique, il dort, mange, va aux toilettes, pratique le yoga et… pilote un avion sans carburant.

L'ancien pilote de chasse réalise actuellement un tour du monde aux côtés de l'aventurier suisse Bertrand Piccard dans un avion propulsé uniquement par l'énergie solaire.

Solar Impulse 2 (Si2) pèse aussi lourd qu'une voiture, mais possède une envergure supérieure à celle d'un Boeing 747. Il s'agit essentiellement d'un panneau solaire volant. La partie supérieure des ailes, le fuselage et le stabilisateur horizontal disposent de plus de 17 000 cellules solaires flexibles intégrées qui chargent les batteries pour alimenter l'avion.

Si tout se passe bien, l'avion devrait arriver aux Émirats arabes unis en juillet 2015 avec à la clé un nouveau record du monde pour les pilotes : celui de la distance la plus longue parcourue par un avion propulsé à l'énergie solaire dans l'histoire de l'aviation. Solar Impulse sera très certainement salué comme un chef-d'œuvre d'ingénierie et une prouesse humaine retentissante, mais son atterrissage marquera-t-il le début d'une nouvelle ère d'aviation écologique ? Serons-nous les témoins d'un moment historique, comme 88 ans auparavant lorsque Charles Lindbergh se posa après un vol rocambolesque sans escale et en solitaire entre New York et Paris ?

Le vol de Charles Lindbergh représentait le début d'une ère de développement de l'aviation commerciale. Cependant, même les pilotes de Si2 admettent que les vols à l'énergie solaire à grande échelle pourraient ne jamais voir le jour.

André Borschberg a déclaré lors d'une visite à Chongqing dans le sud-ouest de la Chine : « La conception [d'avions de ligne à énergie solaire] n'est pas une priorité [environnementale], car 3 % du CO2 est produit par les transports aériens et 97 % par les [transports terrestres et maritimes] ».

Pour Dimitri Mavris, professeur d'aéronautique à l'Institut de technologie de Géorgie, elle n'est même pas considérée comme un objectif prioritaire. Il estime que les aéronefs actuels dédiés au transport de passagers ne peuvent être entièrement remplacés par des appareils alimentés uniquement par l'énergie solaire. « Même la prochaine génération de batteries ou les cellules solaires 100 % efficaces ne s'approchent pas des exigences requises pour alimenter un avion commercial conventionnel », déclare-t-il.

Dimitri Mavris considère que l'avenir des vols à l'énergie solaire passe par une transformation des techniques de vol. « Ces avions voleraient beaucoup plus lentement et ne pourraient transporter qu'un petit nombre de passagers malgré leur taille imposante, explique-t-il, rien de plus que ce que les avions électriques expérimentaux actuels permettent de faire. De plus, en raison des attentes des passagers en matière de tarifs et de rapidité, leur avenir est plus qu'incertain ».

Mais alors quels types d'avion pourraient consommer peu ou pas de carburant tout en restant commercialement viables ?

Une première étape

À long terme, de nombreux fabricants se tourneront vers les avions électriques et hybrides, ces derniers pouvant réduire jusqu'à 70 % les émissions produites par les carburants.

Airbus, par exemple, travaille sur un avion électrique baptisé E-Fan. L'entreprise espère que la mise en production de l'E-Fan 2.0, « le tout premier avion entièrement électrique certifié », commencera en 2017. Toutefois, il ne s'agit que d'un avion à deux places qui ne sera en mesure de voler que pendant une heure et quart avant que l'autonomie de ses batteries au lithium-polymère ne soit épuisée. Il n'est même pas prévu pour l'aviation commerciale légère. L'objectif est de poser la première pierre d'un projet à plus grande échelle avec une version plus petite de l'avion du futur.

Chaque version de l'E-Fan représente un pas supplémentaire vers l'E-Thrust, un avion de ligne régional hybride qui sera propulsé uniquement par l'électricité. Il s'agit d'un avion hybride, car du carburéacteur est utilisé par le groupe motopropulseur afin de recharger les batteries à l'altitude de croisière.

Toutefois, il faudra patienter quelques décennies avant de voir un E-Thrust, ou équivalent, dans votre aéroport local. « Le principal obstacle pour la plupart de ces avions est d'obtenir une certification », déclare Jeff Smith, directeur de l'Ideas Lab dédié au secteur Aéronautique et Défense chez Dassault Systèmes, leader mondial dans le domaine des logiciels.

« Lorsque vous passez d'un projet expérimental, comme Si2, à une application commerciale impliquant le transport d'une dizaine ou d'une centaine de passagers, la donne change ».

Pour Michel Tellier, vice-président Aéronautique et Défense chez Dassault Systèmes, la simulation est la clé. « Plus la simulation des nouvelles technologies et des nouveaux concepts est précise et complète, plus nous pourrons les intégrer rapidement au monde réel. »

En tant que partenaire logiciel des entreprises d'aéronautique, nous avons conçu notre plate-forme 3DEXPERIENCE qui permet de réaliser tout type de simulation, qu'il s'agisse de nouvelles nanostructures, de systèmes complexes ou d'aéronefs complets. Il est ainsi possible de réduire considérablement les délais de conceptualisation, de conception, de fabrication et de certification d'un nouvel aéronef.

Michel Tellier Vice-président, Aéronautique et Défense, Dassault Systèmes

Poids plume

Le logiciel de Dassault Systèmes permet également aux fabricants d'avions de développer et de certifier rapidement des matériaux robustes et légers de nouvelle génération.

Au fil des ans, ces derniers ont remplacé les pièces en aluminium par des matériaux composites (plastique renforcé avec de la fibre de carbone) pour alléger les avions et réduire ainsi la consommation de carburant. Les avions de ligne modernes contiennent 50 % de matériaux composites, mais « des progrès sont encore possibles », déclare Jeff Smith.

Dassault Systèmes a simulé différents matériaux pour Si2 afin de répondre aux exigences strictes liées au poids de l'avion. L'équipe a ensuite simulé un modèle constitué principalement de composites en fibre de carbone qui a finalement été utilisé. L'avion devait être aussi léger que possible tout en offrant une portance suffisante à une vitesse de croisière d'environ 90 km/h.

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont découvert que si les avions étaient autorisés à voler en formation, comme des oiseaux migrateurs, ils pourraient réduire leur consommation de carburant de 12 %, même séparés les uns des autres par une distance de trois à huit kilomètres.

S'inspirer des oiseaux

Hautes technologies mises à part, l'un des moyens les plus simples de réduire la consommation de carburant est d'améliorer la gestion du trafic aérien. Selon André Borschberg, des systèmes de gestion du trafic aérien plus performants permettraient aux avions d'atterrir et de circuler plus rapidement au sol. Ils pourraient également emprunter des itinéraires plus directs.

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont découvert que si les avions étaient autorisés à voler en formation, comme des oiseaux migrateurs, ils pourraient réduire leur consommation de carburant de 12 %, même séparés les uns des autres par une distance de trois à huit kilomètres. En effet, des tourbillons se forment à l'arrière des ailes d'un avion en plein vol. Un autre appareil volant au-dessus pourrait alors en profiter, grâce à la portance générée, qui a pour effet de réduire la consommation de carburant.

Selon André Borschberg, les avions du futur voleront en formation sans que des systèmes de gestion du trafic aérien soient nécessaires pour les coordonner depuis le sol. « Les avions communiqueront entre eux et coordonneront ensemble leurs trajectoires de vol », déclare-t-il. « Je pense que cela se produira au cours des soixante prochaines années ». Toutefois, il est impossible, même pour lui, de savoir à quoi ressemblera l'avion du futur. « Si vous regardez les avions des frères Wright et de Charles Lindbergh, à l'époque, il devait être impossible d'imaginer un 747 voler ».

Selon Michel Tellier, les avions du futur seront comparables à des ordinateurs volants : « Les avions du futur seront probablement dotés d'une architecture plus simple, mais ils seront équipés de systèmes et de technologies beaucoup plus sophistiqués. Ils seront plus performants et plus intelligents que la génération actuelle. Pour nous faire une idée précise de leur potentiel, nous pouvons prendre l'exemple des téléphones cellulaires qui ont connu une évolution incroyable au cours des vingt dernières années. L'aviation est susceptible de connaître une révolution similaire ».

Une chose est sûre, qu'il s'agisse de matériaux plus légers, de systèmes toujours plus complexes, de batteries dernier cri ou de nouvelles techniques de vol en formation, dans soixante ans, nos avions seront plus propres et consommeront beaucoup moins (voire plus du tout).

Que nous réserve l'avenir ?

Métamorphes

Un grand nombre d'études se concentrent sur les gains d'efficacité pouvant résulter d'une transformation complète de la forme des avions. Cependant, les avions aux formes atypiques devront franchir d'importants obstacles, car ils n'ont pas leur place dans les infrastructures aéroportuaires actuelles et que des investissements élevés seront nécessaires pour changer la donne.

Hydrogène

Des avions alimentés par ce combustible lourd nécessiteraient de nouveaux moteurs et de nouvelles cellules, et il est peu probable qu'ils fassent leur apparition avant plusieurs décennies. Toutefois, d'ici là, nous pourrions assister à des projets tels que l'avion de transport supersonique à zéro émission (ZEHST) conçu par le groupe Airbus (anciennement EADS), la société mère d'Airbus. Les avions à hydrogène peuvent atteindre des vitesses quasiment hypersoniques.

Biocarburants

Quelles que soient l'apparence future des avions et leur formation de vol, un grand nombre d'experts en aviation s'attendent à ce que le combustible liquide soit le choix de prédilection pendant encore de nombreuses années. Dans cette optique, certaines compagnies aériennes se tournent désormais vers les biocarburants. Récemment, la compagnie Boeing et son partenaire South African Airways (SAA) se sont engagés à utiliser un biocarburant à base de tabac. L'huile extraite des graines de la plante sera transformée en carburéacteur en 2015, avec un vol d'essai probable réalisé par SAA.

Des hybrides aux avions à hydrogène…100 ans de vols plus écologiques

En avril 1979, le premier aéronef conçu pour voler à l'énergie solaire décollait pour un voyage de 0,8 km en 3 minutes à une altitude de 12 mètres. Larry Mauro, créateur et pilote de l'aéronef, déclara peu après à la presse qu'il souhaitait améliorer son modèle afin, qu'un jour, les avions puissent « régulièrement décoller et voler pendant une journée entière uniquement grâce à l'électricité solaire que nous produisons en vol ».

Projetez-vous 35 ans plus tard, au matin du lundi 9 mars 2015 : Solar Impulse 2 (Si2) est le premier aéronef alimenté uniquement par les rayons du soleil à tenter un tour du monde.

Néanmoins, l'énergie solaire constitue-t-elle l'avenir de l'aviation, comme l'avait prédit Larry Mauro ? Les experts déclarent qu'il est très peu probable que nous soyons amenés à voler dans des avions alimentés par l'énergie solaire au cours de notre vie. Alors, à défaut d'énergie solaire, à quoi ressemblera l'avenir de l'aviation ? Pour le découvrir, poursuivez votre lecture…

REMARQUE : la vidéo, l'infographie et l'article ont d'abord été publiés sur le site Web bbc.com du 27 juin au 5 septembre 2014 dans le cadre d'une campagne publicitaire et ont été créés par l'équipe commerciale et publicitaire de la BBC en partenariat avec Dassault Systèmes.

Crédit photographique
Progress Eagle - Oscar Vinals
Solarimpulse.com