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Airbus, GE Aviation et Safran vont développer un démonstrateur d'essai en vol à l'hydrogène

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Airbus a l'intention d'utiliser un A380 modifié équipé de réservoirs d'hydrogène comme plate-forme d'essai.

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Airbus a annoncé mardi qu'il allait s'associer à GE Aviation et CFM International pour "tester en vol un moteur à combustion directe alimenté à l'hydrogène en vue de l'entrée en service d'un avion à zéro émission d'ici 2035"

Jeff Knittel, président-directeur général d'Airbus Americas, a déclaré que l'avion d'essai en vol sera un Airbus A380 modifié - actuellement le plus grand avion de ligne au monde - équipé de quatre réservoirs d'hydrogène liquide qui alimenteront un turbofan GE Passport situé le long du fuselage arrière de l'appareil.

Le plan global des essais en vol est encore en cours d'élaboration, a précisé Airbus, mais les plans actuels prévoient le premier vol du démonstrateur d'ici à la fin de 2026. Les choix technologiques définitifs devraient être faits d'ici la fin de la décennie, a précisé l'entreprise, à temps pour qu'un nouvel avion à émissions nulles puisse entrer sur le marché d'ici l'objectif de 2035.

L'annonce de mardi est le dernier développement en date de l'initiative d'Airbus visant à explorer le potentiel de l'hydrogène comme carburant alternatif dans l'espoir de rapprocher l'industrie aéronautique de l'objectif de zéro émission nette de carbone. Elle s'inscrit dans un mouvement plus large, qui touche tous les secteurs de l'aviation et qui est motivé par la menace du changement climatique mondial.

Un partenariat américano-européen

Outre Airbus, le partenariat pour le démonstrateur d'hydrogène comprend CFM International, qui est détenu conjointement par GE Aviation et Safran Aircraft Engines.

"En tirant parti de l'expertise des motoristes américains et européens pour faire progresser la technologie de la combustion de l'hydrogène, ce partenariat international envoie un message clair : notre industrie s'engage à faire des vols à zéro émission une réalité", a déclaré Sabine Klauke, directrice technique d'Airbus

Les réservoirs d'hydrogène liquide de l'A380 seront développés dans les installations d'Airbus en France et en Allemagne. Airbus définira les exigences du système de propulsion à hydrogène, supervisera les essais en vol et fournira la plate-forme réelle de l'A380 pour tester le moteur à combustion à hydrogène en phase de croisière

Pour sa part, CFM International modifiera la chambre de combustion, le système de carburant et le système de commande de la turbosoufflante GE Passport pour qu'elle fonctionne à l'hydrogène

Airbus a déclaré que le moteur, qui est assemblé aux États-Unis, a été sélectionné pour ce programme en raison de sa taille physique, de sa turbomachine avancée et de sa capacité de débit de carburant. Il est prévu qu'il soit monté le long du fuselage arrière de l'A380 afin que les émissions du moteur, y compris les traînées de condensation, puissent être surveillées séparément, en dehors des moteurs conventionnels qui équipent le banc d'essai

CFM devrait exécuter un vaste programme d'essais au sol avant l'essai en vol de l'A380. "La capacité de combustion de l'hydrogène est l'une des technologies fondamentales que nous développons et faisons évoluer dans le cadre du programme CFM RISE", a déclaré Gaël Méheust, président et CEO de CFM. "En réunissant les capacités et l'expérience collectives de CFM, de nos sociétés mères et d'Airbus, nous avons vraiment l'équipe de rêve en place pour réussir la démonstration d'un système de propulsion à hydrogène."

Des projets en cours d'élaboration

La décision d'Airbus d'aller de l'avant avec son projet "zéro émission" n'est pas une surprise. L'entreprise fait allusion à ce projet depuis des mois. Des rapports ont fait surface à la fin de l'année dernière, indiquant qu'Airbus prévoyait de faire voler en essai un moteur CFM International existant converti pour la propulsion à l'hydrogène. Lorsque FLYING a demandé à Airbus de vérifier ces informations, la société ne les a pas démenties et s'est contentée de dire qu'elle effectue souvent des essais de développement de moteurs avec des fabricants de moteurs.

Cette annonce intervient près de 18 mois après qu'Airbus a dévoilé ses concepts d'avions de ligne à hydrogène dits ZEROe : un turbofan, un turbopropulseur et un avion à ailes mixtes.

Airbus collabore également depuis des mois avec des producteurs d'hydrogène et exprime publiquement sa confiance dans la viabilité de ce carburant.

Le démonstrateur A380

Lors d'un événement en ligne mardi dévoilant l'annonce, Airbus a proposé une visite vidéo de l'avion spécifique qui sera utilisé comme banc d'essai. L'A380 qui sera finalement transformé en banc d'essai sera le MSN 1, le premier A380 construit par Airbus, qui a servi à la certification et aux essais lors de la naissance du programme A380. MSN 1 a également servi de banc d'essai pour les moteurs utilisés dans le programme A350 d'Airbus

Dans le poste de pilotage du démonstrateur, les pilotes géreront l'alimentation du moteur à hydrogène à l'aide d'une manette de gaz séparée, a indiqué Airbus. Ils disposeront également d'un écran qui surveillera spécifiquement les principaux indicateurs clés de performance de l'ensemble du système. Les données seront transmises par télémétrie en temps réel aux ingénieurs au sol pour analyse.

Net zéro d'ici 2050

Le problème qui sous-tend tout cela est celui des émissions de carbone. L'aviation civile génère environ 2 % de l'ensemble des émissions de carbone dans le monde. Un grand nombre des plus grandes compagnies aériennes du monde se sont déjà engagées à réduire leurs flottes à des émissions nettes nulles d'ici 2050, si ce n'est plus tôt, notamment Air France, American Airlines, British Airways, Delta Air Lines, Lufthansa, Southwest, etc.

United Airlines et Alaska Air Group ont déjà beaucoup investi dans la recherche et le développement d'avions fonctionnant à l'hydrogène.

Les ailes mixtes moins probables ?

Lors d'un séminaire en ligne sur l'hydrogène dans l'aviation en octobre 2021, Glenn Llewellyn, vice-président d'Airbus chargé des avions à émission zéro, a donné des indications supplémentaires sur l'annonce de mardi. Parmi les trois concepts ZEROe d'Airbus, il a déclaré que l'aile mixte était moins susceptible d'être développée

"Il est beaucoup plus probable que nous ayons un turbofan ou un turbopropulseur - une configuration plus classique en termes de tubes et de poids en ce qui concerne le concept de l'avion - avec néanmoins un système de propulsion radicalement différent", a déclaré M. Llewellyn.

Types de systèmes d'alimentation à l'hydrogène

Les ingénieurs ont envisagé de multiples façons d'utiliser l'hydrogène pour propulser les avions, notamment les piles à hydrogène, les turbines à gaz à hydrogène qui brûlent de l'hydrogène et les combinaisons hybrides, a expliqué M. Llewellyn

Les turbines à gaz à hydrogène alimentent des moteurs à combustion interne, semblables aux moteurs à combustion traditionnels qui brûlent du carburéacteur. Contrairement aux moteurs à combustion traditionnels, l'hydrogène brûle proprement.

Les obstacles à la conception de l'hydrogène

Les avions propulsés à l'hydrogène nécessitent des réservoirs de carburant suffisamment grands pour transporter la quantité d'hydrogène liquide nécessaire pour les vols court et moyen-courriers standard. L'hydrogène contient plus d'énergie par poids que le carburéacteur, mais son énergie par densité est plus faible. À température ambiante, l'hydrogène est un gaz, ce qui le rend difficile à stocker en grandes quantités

Il y a un facteur supplémentaire. Pour le stocker dans les réservoirs de carburant à bord des avions, l'hydrogène doit être comprimé sous forme liquide. Pour ce faire, l'hydrogène doit être refroidi à des températures extrêmement basses. Outre le carburant et les réservoirs, l'équipement nécessaire pour maintenir l'hydrogène à basse température alourdit encore le poids d'un avion fonctionnant à l'hydrogène

Et comme tout poids supplémentaire sur un avion est un désavantage, c'est toujours un facteur clé dans toute conception

Système d'alimentation en carburant cryogénique

Pour relever les défis posés par l'hydrogène, Airbus a annoncé mardi son intention de mettre au point un nouveau système cryogénique d'alimentation en carburant pour acheminer l'hydrogène des réservoirs vers le turboréacteur. Tout d'abord, l'hydrogène doit être converti de l'état liquide à l'état gazeux. Ensuite, l'hydrogène gazeux sera injecté dans la chambre de combustion du carburant, puis enflammé à très haute température - bien plus chaude que celle du jet A.

Des composants nouvellement développés seront nécessaires pour résister à ces hautes températures, a indiqué l'entreprise

Un autre défi : La création d'infrastructures

Le développement de l'écosystème et de l'infrastructure environnante pour soutenir l'utilisation à grande échelle de l'hydrogène liquide comme carburant d'aviation est un obstacle gigantesque que les experts considèrent comme la clé du succès. La production, le stockage et la livraison doivent tous être mis à l'échelle. La transformation de l'ensemble de l'écosystème de l'hydrogène en carburant entièrement "vert" rendrait cet objectif encore plus difficile à atteindre

Le jet d'hydrogène soviétique

Ce n'est pas la première tentative de créer un avion de ligne fonctionnant à l'hydrogène. À la fin des années 1980, les ingénieurs soviétiques ont mis au point le Tupolev Tu-155 expérimental, qui a effectué une centaine de vols d'essai avant que le programme ne soit annulé lors de l'effondrement de l'Union soviétique

Un chemin difficile à parcourir

"L'aviation durable est l'avenir et l'hydrogène est une étape importante de ce processus, voire l'étape ultime", a déclaré M. Knittel mardi

M. Méheust a reconnu qu'il y avait beaucoup de travail à faire. "Mais cela ne semble pas insurmontable... nous voyons la voie technologique pour y parvenir. Et avec des efforts et un travail acharné, nous devrions être en mesure d'y arriver."

Oui, les objectifs sont très ambitieux, a déclaré Mohamed Ali, vice-président de GE Aviation. "Mais c'est notre raison d'être. Et nous ne les faisons pas simplement parce qu'ils sont difficiles... nous les faisons parce que nous croyons réellement que nous pouvons inventer le futur du vol. Et c'est sûr. Et c'est abordable. Et c'est durable."

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