Motorisation hybride pour les futurs jets, privés et de ligne?

Dans un avenir proche prévisible, faute de batteries assez puissantes, seulement les motorisations hybrides seront considérées comme une alternative au turboréacteur et au turbopropulseur pour les avions plus gros, et même pour n’importe quel jet privé de taille moyenne. Différentes configurations sont possibles.

Les moteurs électriques ont la cote dans l’aviation

À l’instar du secteur automobile, les moteurs électriques sont également à la mode dans l’aviation, car au vu de la critique croissante de l’impact environnemental des voyages en avion, l’industrie a un besoin urgent de peaufiner son image verte. Sans compter l’économie d’entretien et surtout de carburant permise par les moteurs électriques. Cependant, dans l’air, les batteries sont un facteur beaucoup plus limitant qu’au sol. Si, par exemple, un avion régional comme le Dornier 328 était simplement remplacé par des moteurs électriques et des batteries d’une puissance de 180 watt/heure par kilogramme, l’autonomie passerait de 1200 kilomètres à seulement 200 kilomètres. Ce serait à peine suffisant, même pour le plus petit avion privé.

Les batteries seules sont encore trop faibles

Même avec les futures technologies de batterie qui promettent des densités d’énergie de 500 Wh / kg, il y aurait encore un écart important. Il est donc peu probable que l’exploitation d’avions à propulsion électrique soit pratique à court et à moyen terme, sauf pour des applications spéciales telles que les taxis de vol à usage urbain nécessitant une autonomie de 35 à 200 kilomètres, les monomoteurs biplace pour la formation (comme le Pipistrel) et vols privés d’une durée d’une heure ou deux ou de petits avions de ravitaillement pour des services à courte portée tels les liaisons d’île en Écosse et aux Hawaï. À moins que des jets privés prometteurs ou des jets régionaux comme Alice d’Eviation ne correspondent aux attentes qu’ils ont créées.

Hybride comme solution ?

Les efforts de développement des entreprises établies et des startups sont actuellement principalement axés sur les systèmes hybrides qui utilisent toujours des moteurs à pistons ou des turbines fonctionnant avec du carburant conventionnel – mais pas pour générer la plus grande propulsion possible, mais plutôt celle nécessaire pour fournir de l’électricité aux moteurs électriques. pour ce faire, ils entraînent des générateurs aussi légers et puissants que possible via un arbre (et généralement un réducteur) similaire aux turbines à gaz auxiliaires des avions commerciaux.

Il y a des projets

Par exemple, Honeywell a équipé sa turbine à arbre HTS900, utilisée dans les hélicoptères, de deux générateurs produisant chacun 200 kilowatts et développé – initialement avec de l’argent du Pentagone – un générateur avec une puissance d’un mégawatt. Safran poursuit plusieurs projets avec des générateurs jusqu’à 500 kilowatts sur l’Ardiden 3. Rolls-Royce, quant à lui, évolue dans des dimensions complètement différentes: une filiale en Norvège a commencé mi-août pour tester un générateur de 2,5 mégawatts , qui est propulsé par un moteur à turbine à hélice AE2100 (3420 kW), et est opérationnel en vol à bord du Saab 2000 ou du C-130J Hercules.

Dans le cas le plus simple, la puissance électrique ainsi obtenue peut désormais être distribuée à plusieurs moteurs électriques via une électronique de commande et des câbles.

Bien que cela signifie un poids supplémentaire, le concepteur d’avions gagnent de nouvelles opportunités d’optimisation globale grâce à la propulsion distribuée. Plusieurs hélices ou ventilateurs sur le bord d’attaque de l’aile pourraient, par exemple, permettre des surfaces plus petites et plus légères, les moteurs sur le bout de l’aile influencent favorablement le vortex de bord et réduisent ainsi la traînée pendant le vol. Des expériences correspondantes sont en cours de préparation par la NASA avec leur X-57, un Tecnam P2006T converti, qui, dans la configuration de test finale, devrait avoir pas moins de 14 moteurs électriques. Le véhicule d’essai EcoPulse d’Airbus et Safran est lui limité à six hélices devant les ailes.

Turbopropulseur et moteur électrique

Le projet EcoPulse de Airbus et le français Daher, annoncé au salon du Bourget en juin n’utilise pas une architecture de système purement turboélectrique, mais plutôt un système hybride série dans lequel des batteries sont également utilisées pour le stockage temporaire d’énergie électrique. Avec ces batteries, par exemple, la demande maximale de décollage et de montée peut être couverte, de sorte qu’une turbine à hélice centrale plus petite et donc plus économe en carburant est suffisante – conçue uniquement pour les besoins en énergie considérablement plus faibles pour la croisière.

United Technologies suit une approche similaire dans son projet de test 804. Cependant, la décision a été prise d’utiliser un système hybride parallèle: un moteur électrique est couplé à une turbine à hélice et le supporte (avec l’aide de la batterie) lors du démarrage en fournissant environ 50 pour cent de la puissance nécessaire. La plus petite turbine est alors suffisante pour le reste du vol, par exemple dans les cas d’une compagnie aérienne régionale sur des distances allant jusqu’à 400 kilomètres.

 

Obstacles techniques

Théoriquement, cela semble très simple, mais de nombreuses recherches fondamentales sont encore nécessaires pour de tels systèmes hybrides. Il n’est pas encore certain que, compte tenu de la masse supplémentaire du système de propulsion avec des concepts hybrides et une propulsion distribuée, les avions commerciaux standard d’aujourd’hui pourront etre plus compétitifs avec une propulsion hybride.