Autrefois une blague, les avions à batterie se rapprochent de la réalité

Le mois dernier Siemens et EADS a fait la démonstration d'un nouveau véhicule électrique au gaz capable de transporter deux personnes et leurs bagages sur 900 kilomètres, soit à peu près la distance de New York à Détroit, entre les ravitaillements et les recharges. Le prototype n'était pas une voiture, mais un petit avion biplace.

Hybride volant : Cet avion à gaz électrique biplace pourrait être le premier d'une longue série à s'envoler.

L'avion hybride est similaire au Chevrolet Volt en ce qu' il repose sur un moteur électrique et utilise un moteur à gaz en secours. L'avion correspond aux performances de certains avions privés déjà sur le marché, mais il présente deux avantages distincts : il est remarquablement silencieux et consomme environ 25 % de carburant en moins.

La réalisation présage ce qui est susceptible d'être un grand changement vers la propulsion hybride dans les avions. Plusieurs grandes entreprises envisagent un avenir dans lequel les avions reposent au moins en partie sur la propulsion électrique. Bien que la technologie soit appliquée dans un premier temps aux petits avions, elle pourrait éventuellement contribuer à réduire le bruit et les émissions des avions de ligne.

Au cours de cette décennie, nous verrons certainement des avions électriques hybrides entrer sur le marché, dit Frank Anton , qui dirige les efforts d'avions hybrides chez Siemens. Les avions hybrides à quatre places sont probablement dans ce laps de temps, dit-il, mais même 19 places sont possibles avant la fin de la décennie. Anton prédit qu'à terme, nous verrons des avions hybrides à 100 passagers qui consomment deux fois moins de carburant que les avions d'aujourd'hui.

Boeing va encore plus loin avec un concept d'avions hybrides de la taille de 737, pouvant accueillir plus de 150 passagers, bien qu'il soit peu probable qu'ils entrent en service avant 2030. EADS, la société mère d'Airbus, a également développé un concept pour les avions de passagers qui volent exclusivement à l'électricité, bien que la portée de ces appareils soit limitée.

Tête moteur : Le nouvel avion est le premier à avoir une transmission hybride.

Il y a quelques années, l'idée de piloter un avion avec des batteries était une blague, dit Marty Bradley , chercheur principal pour les concepts d'avions avancés chez Boeing Research and Technology. Alors que les batteries et les moteurs électriques sont efficaces et silencieux, les batteries ont tendance à être grosses et lourdes, stockant beaucoup moins d'énergie que les carburants liquides.

Deux choses ont changé. La quantité d'énergie que les batteries peuvent stocker s'améliore régulièrement, et cela devrait continuer à mesure qu'elles sont développées pour être utilisées dans les véhicules électroniques portables et électriques, dit Bradley. Pendant ce temps, les technologies nécessaires pour intégrer les batteries et les moteurs électriques aux moteurs conventionnels sont de plus en plus petites, plus légères et plus efficaces. Siemens a présenté une version antérieure de son avion hybride en 2011, mais il était trop lourd pour être pratique. Pour le nouvel avion, Siemens a réduit le poids du moteur électrique, de l'électronique de puissance et des engrenages de 100 kilogrammes pour amener sa capacité de chargement et de passagers au niveau de petits avions de taille similaire.

Dans les avions, une conception électrique hybride améliore l'efficacité principalement en permettant d'utiliser un moteur à essence relativement petit conçu pour fonctionner à son maximum à des vitesses de croisière. La batterie et le moteur électrique fournissent la puissance supplémentaire nécessaire au décollage et à l'ascension. Les batteries permettent également de récupérer de l'énergie lors de la descente un peu comme les voitures hybrides captent l'énergie lors du freinage (des hélices font tourner un générateur). Et, à mesure que les batteries s'améliorent, elles fourniront de plus en plus d'énergie à bord.

Les moteurs électriques confèrent d'autres avantages. Ils peuvent être montés dans des endroits inhabituels d'un avion, ce qui peut être utilisé pour améliorer l'aérodynamisme. Ils peuvent également être dirigés : inclinés vers le haut, par exemple, lors du décollage pour faire décoller un avion plus rapidement. En vol, le moteur pouvait être orienté vers la gauche ou la droite pour diriger l'avion, éliminant ainsi le besoin d'un gouvernail. Ces changements de conception, ainsi que l'efficacité de la propulsion hybride, pourraient aider à réduire de moitié la consommation de carburant, dit-il (voir « L'aile hybride » utilise la moitié du carburant d'un avion standard).

La vitesse d'adoption de la propulsion électrique dépend principalement du développement des batteries. Les plans d'avion électrique d'EADS prévoient une batterie pouvant stocker 1 000 wattheures par kilogramme, soit environ cinq fois plus d'énergie qu'une batterie lithium-ion classique. De nouvelles chimies de batterie comme le lithium-air et le lithium-soufre pourraient fournir plus de capacité, mais de grands défis restent à relever (voir Les nanostructures augmentent la durée de vie de la batterie par cinq et au-delà du lithium-ion : l'ARPA-E place des paris sur le stockage d'énergie innovante). Bradley s'attend à ce que les avions tout électriques soient limités à 1 600 kilomètres jusqu'après 2050.

Pour les avions plus gros, la propulsion électrique peut être utilisée pour aider à faire tourner les gros turboréacteurs à l'avant d'un moteur à réaction. La première application de la propulsion électrique pour les gros avions sera pour le roulage, permettant aux avions d'économiser du carburant au sol, dit-il.

Ainsi, au cours des prochaines années, la technologie hybride sera limitée aux petits avions. L'un des avantages à court terme de la technologie est que les petits aéroports (souvent situés à proximité de zones résidentielles) seront plus silencieux, selon Jean Koster , professeur de sciences de l'ingénierie aérospatiale à l'Université du Colorado à Boulder, qui a fondé une entreprise pour commercialiser une boîte de vitesses plus compacte pour combiner le gaz et l'électricité. Les conceptions hybrides pourraient également mettre fin à l'une des dernières réserves de carburant contenant du plomb : les petits avions dotés de moteurs à haute compression nécessitent toujours des additifs au plomb. En fait, le boost de batterie pourrait permettre d'utiliser les mêmes moteurs à essence que ceux utilisés dans les voitures hybrides.

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