Des start-up étudient la manière dont les avions électriques pourraient assainir le transport aérien. Un secteur qui représente environ 3% des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Le problème est que, selon une récente étude, les avions électriques actuels ne peuvent transporter qu'une douzaine de passagers et uniquement sur une distance d'environ 50 kilomètres.
Le facteur limitant est la batterie, en particulier la quantité d'énergie qui peut être stockée dans un petit espace. Si vous avez déjà plié vos jambes entre des sièges exigus ou si vous avez déjà dû payer un supplément à cause d'un bagage en surpoids, vous êtes sûrement familier avec les contraintes d'espace et de poids dans les avions.
Les batteries actuelles n'ont la densité énergétique nécessaire que pour alimenter les avions les plus légers. Et même pour ces derniers, le voyage ne sera pas plus étendu qu'une longue promenade à vélo. Depuis une trentaine d'années, les batteries offrent davantage de puissance dans des espaces de stockages de plus en plus réduits. Des améliorations constantes qui pourraient, à l'avenir, aider les avions électriques à devenir une option réaliste pour se déplacer dans les airs. On n'en est pas encore là. En fin de compte, l'avenir des avions électriques pourrait dépendre de l'évolution des progrès technologique des batteries.
Mise sous tension
La perspective du vol électrique est séduisante à bien des égards. L'aviation est responsable d'une part croissante des émissions mondiales de gaz à effet de serre à l'origine du changement climatique. Par conséquent, des avions alimentés par batteries électriques pourraient contribuer à accélérer la décarbonisation d'un secteur en pleine expansion.
Dans ce domaine, les gains pourraient être énormes. Selon Jayant Mukhopadhaya, analyste des transports au Conseil international pour le transport propre (ICCT), un avion alimenté par des batteries et des énergies renouvelables pourrait produire près de 90% d'émissions en moins que les avions actuels fonctionnant au kérosène. (Les émissions restantes proviennent en grande partie de la production de la batterie qu'il faudrait probablement remplacer chaque année pour la plupart des avions.)
Les batteries sont également un moyen efficace d'utiliser l'électricité. Dans un avion électrique, environ 70% de l'énergie utilisée pour charger une batterie alimente de façon effective l'avion. Certes, il y a quelques pertes au niveau de la batterie et du moteur mais cette efficacité est élevée par rapport aux autres options envisagées pour décarboner les vols. Avec l'hydrogène et le carburant synthétique, par exemple, les rendements pourraient être de l'ordre de 20% à 30%.
Compte tenu de ce potentiel, un certain nombre de jeunes entreprises espèrent que des avions électriques de petites tailles pourront effectuer des trajets relativement courts avant la fin de la décennie.
Heart Aerospace, une start-up basée en Suède, fait partie de ces entreprises qui tentent de capitaliser sur les promesses des batteries pour commercialiser des avions électriques. Selon le PDG Anders Forslund, des essais sont prévus en 2024 pour ses avions de 19 places. Des vols commerciaux pourraient avoir lieu d'ici à 2026.
"Notre objectif est de créer le moyen le plus abordable, le plus rapide et plus écologique de se déplacer dans le monde", déclare Anders Forslund.
L'entreprise suédoise prévoit de débuter par des marchés de niche comme la traversée des fjords en Scandinavie. Ces itinéraires sont difficiles à remplacer par des transports terrestres et, dans certains pays comme la Norvège, ils pourraient être subventionnés par le gouvernement.
À en croire Anders Forslund, ces voyages ne constituent qu'une première étape. L'objectif est de développer des vols régionaux à l'échelle mondiale. Selon l'entreprise, même avec l'avancée technologiques des batteries actuelles, ses avions pourraient parcourir environ 400 kilomètres. C'est à peu près la distance qui sépare New York et Boston ou encore Paris et Londres.
Les besoins en batterie pour effectuer ces trajets courts sont considérables. Les avions de 19 places de Heart Aerospace transporteront près de 3,5 tonnes de batteries à leur bord, soit une capacité combinée comparable à celle de huit à dix véhicules électriques.
Wright Electric, une start-up américaine, aimerait produire des avions encore plus grands. La société souhaitent équiper des avions de 100 places avec des batteries électriques pour des trajets courts. Les premiers vols pourraient avoir lieu d'ici à 2026.
Turbulences
Néanmoins, certains acteurs de l'industrie sont sceptiques quant au succès de ces avions sans amélioration majeure des batteries électriques. "La technologie des batteries n'est tout simplement pas au point", tranche Jayant Mukhopadhaya.
Dans un récent rapport de l'ICCT, Jayant Mukhopadhaya et ses collègues ont observé que l'autonomie des avions électriques serait sévèrement limitée avec la technologie de stockage d'énergie existante. "En toute franchise, nous avons été surpris de constater à quel point l'autonomie était épouvantable", précise-t-il.
En s'appuyant sur des estimations relatives à la densité des batteries actuelles et les restrictions de poids des avions, les analystes ont estimé que les avions de 19 places alimentés par des batteries auraient, en croisière, une autonomie maximale d'environ 260 kilomètres, ce qui est nettement inférieur aux 400 kilomètres annoncés par Heart Aerospace.
De son côté, Anders Forslund répond que les estimations des observateurs extérieurs ne rendent pas une image fidèle de la technologie mise au point par sa société. Selon lui, ils ne connaissent les détails de la conception ni des batteries ni des avions. (Heart Aerospace prévoit de concevoir ses propres avions plutôt que de modifier un modèle déjà existant pour lui permettre de fonctionner avec des batteries électriques.)
Autre problématique : les exigences en termes de réserve d'énergie pourraient sérieusement limiter la portée réelle des avions électriques. En effet, un avion a besoin d'une capacité supplémentaire d'énergie pour tourner autour de l'aéroport pendant 30 minutes en cas d'impossibilité d'y atterrir immédiatement. Il doit également être en mesure de rejoindre un autre aéroport à 100 kilomètres de distance en cas d'urgence.
Si l'on tient en compte de tous ces éléments, le rayon d'action d'un avion de 19 places est considérablement réduit, passant d'environ 250 kilomètres à 50 kilomètres. Pour les avions de plus grande taille, comme les engins de 100 places de Wright Electric, ce chiffre descend à moins de 10 kilomètres.
"Ce paramètre de réserve d'énergie est finalement le facteur déterminant", estime Andreas Schafer, directeur du laboratoire des systèmes de transport aérien de l'University College London.
L'avenir du transport aérien
En fin de compte, selon Andreas Schafer, l'avenir des avions électriques dépendra de l'évolution des progrès technologiques des batteries.
Selon l'étude de l'ICCT, il faudrait quasiment doubler la densité énergétique des batteries pour permettre les trajets courts envisagés par les start-up. Cette amélioration se rapproche probablement de la limite des batteries au lithium-ion qui sont utilisées aujourd'hui dans les véhicules électriques ou les produits électroniques à destination du grand public. Même avec un tel progrès, les avions électriques qui remplaceront certains engins alimentés au kérosène ne pourront pas réduire plus de 1% des émissions du secteur de l'aviation d'ici à 2050.
D'après Andreas Schafer, pour que les avions électriques puissent jouer un rôle plus important dans la décarbonisation du transport aérien, il faudrait quadrupler la densité énergétique. Atteindre de telles performances pourrait nécessiter la conception de nouveaux types de batteries.
D'ici là, d'autres technologies, comme les carburants de substitution et l'hydrogène vert, possèdent des densités d'énergie beaucoup plus élevées. Elles sont donc plus susceptibles d'être utilisées pour des vols plus longs, à condition qu'elles puissent être produites de manière économique à grande échelle.
Les avions électriques, eux, pourraient bientôt prendre leur envol. Cela pourrait même arriver avant la fin de la décennie mais ils ne seront probablement pas en mesure d'emmener un grand nombre de passagers et le trajet se fera sur une courte distance. Pour l'heure, à moins qu'un fjord ne se trouve sur votre chemin, il faudra se contenter de faire du vélo ou de prendre le train.
Article de Casey Crownhart, traduit de l’anglais par Kozi Pastakia.
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