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      Thème : Prospective
      1ère publication: 07.02.2021       Dernière mise à jour: 01.06.2021

Quelle énergie pour l'aviation post-pétrole ?

Hydrogène, électricité, carburants issus de biomasse : des voies énergétiques réalistes ?

Conservation de la stabilité climatique et fin des énergies fossiles représentent la "double contrainte carbone". Quelles solutions pour l'aviation commerciale, secteur très dépendant du pétrole et particulièrement énergivore ?

Hydrogène et électricité


solar impulse avion solaire

Extrait du rapport "Comment volerons-nous en 2050" (auteur : Académie de l'Air et de l'Espace / Commission Prospective - page 103) [1]

"Hydrogène et électricité : leur densité énergétique pour "l'ensemble propulsif : carburant, moyen de stockage à bord, distribution et combustion du carburant" ne permet pas d'envisager la construction et la mise en service d'un avion de transport de passagers pour 2050. Par ailleurs et même si par la suite l'évolution technologique était suffisante pour l'autoriser, il est estimé que le coût global de "l'ensemble propulsif" sera très supérieur à celui envisagé par la Commission Prospective dans son analyse au point de remettre en cause l'ensemble de ses conclusions."


D'immenses défis techniques concernant l'hydrogène : Cédric Philibert, expert français en énergies renouvelables, cite ces points : le problème des réservoirs et de l'allongement nécessaire des avions, le casse-tête du remplissage des réservoirs et une inconnue : des avions à hydrogène pourraient-ils être certifiés ? [7]


Atecopol - Toulouse : des chercheurs critiquent Airbus pour sa promotion de l'avion à l'hydrogène
"Cette voie de l'hydrogène est ni plus ni moins qu'une impasse pour l'Atécopol. "La question, n’est pas d’être pour ou contre l’aviation mais de poser la question de son usage et de son rôle dans une société, en prenant en compte les limites physiques et écologiques qui conditionnent notre avenir. Envisager le maintien, et a fortiori la croissance du trafic aérien est tout simplement une vision hors-sol qui se heurte à des limites physiques clairement identifiées". Les chercheurs qualifient la présentation d'Airbus d'aguicheuse et d'irréaliste. Ils rappellent notamment une étude de 2006 qui avait estimé que le passage de tous les avions à l’hydrogène ne permettrait de diminuer l’impact sur le réchauffement climatique que de 30 %."
"Une technologie énergivore qui impliquerait, si on voulait alimenter l'aéroport Paris-Charles-de-Gaulle en hydrogène, la création de 16 réacteurs nucléaires." [2] [6]


Electricité et batteries :
"Hormis l’hydrogène et les biocarburants, les énergies « propres » sont peu adaptées aux contraintes drastiques de l’aviation. Certes, Solar Impulse, l’avion solaire de Bertrand Piccard, a réussi son tour du monde entre 2015 et 2016, mais ce concept est impossible à transposer à un appareil de ligne. Quant à l’avion électrique propulsé par batteries, il semble aujourd’hui limité aux petits modèles et petites distances comme le Ecaravan 1 du fabricant Cessna. Les batteries restent le principal frein. « La densité d’énergie d’une batterie est de 200 Wh/kg, contre 12 000 Wh/kg pour le kérozène, rappelle Jérôme Bonini, vice-président de la recherche et des technologies chez Safran." [3]
(à poids égal, une batterie embarque environ 60 fois moins d'énergie que du kérosène)


Gérard Théron - Membre de l’Académie de l’Air et de l’Espace (ancien chef du CoC Propulsion d’Airbus) :
"Peut-on encore rêver d’avion électrique, voire à hydrogène ? Des petits avions à propulsion électrique et très court rayon d’action volent depuis des années et l’E-Fan X d’Airbus a traversé la Manche, mais cela représente-t-il les prémices d’une aviation commerciale à propulsion électrique ? Les moyens et gros porteurs de l’aviation commerciale génèrent plus de 90 % de ses émissions de CO2. Leur réduction à l’aide d’une propulsion électrique passe donc par son utilisation pour des avions de la classe des A320 jusqu’à l’A380. Or, les packs batteries actuels devraient peser plus de 50 tonnes pour fournir l’énergie à un simple avion de transport régional de 16 tonnes, capable d’effectuer une mission de 1 000 km avec les réserves réglementaires ! Pour un A320 qui, décolle avec une masse maximale de près de 80 tonnes pour parcourir près de 6 000 km, le poids des batteries avoisinerait 750 tonnes et 250 dans une étape moyenne de 1 700 km. La construction d’un tel avion est totalement irréaliste, même avec des batteries 3 à 4 fois plus énergétiques, sachant que les exigences de fiabilité sont incomparables avec celles des autres modes de transport (il est exigé des sous-systèmes une probabilité de moins d’une panne majeure par milliard d’heures de vol). En outre, quel en serait l’intérêt si la plus grande part de l’électricité mondiale est fabriquée avec des énergies primaires fossiles ? L’utilisation de panneaux solaires pour produire l’électricité à bord, comme sur le Solar Impulse, est donc totalement illusoire. Enfin, pour l’hydrogène, une estimation rapide indique que, même s’il était possible de fabriquer des avions sûrs avec des réservoirs tels que leurs masses ne soient pas trop affectées (aujourd’hui la masse de l’hydrogène et de son réservoir est 4 fois supérieure à celle du kérosène), la fabrication du gaz satisfaisant le trafic aérien actuel atteindrait 30 à 40 % de la production mondiale d’électricité !
Pour conclure, le transport aérien de masse, qui consomme près de 98 % du kérosène aéronautique civil, n’est donc pas à la veille d’un virage vers le tout électrique ou le tout hydrogène."



"Quand on parle d’avions électriques ou à hydrogène, on évoque un horizon probablement à cinquante ans." Dieter Vranckx, CEO de la compagnie Swiss [9]


Carburants "synthétiques"


Extrait du rapport "Comment volerons-nous en 2050" (auteur : Académie de l'Air et de l'Espace / Commission Prospective - page 103) [1]

"Les transformations chimiques du charbon et du gaz naturel sont attractives, du fait de la maîtrise acquise des procédés de transformations et de la relative abondance de la ressource fossile, surtout pour le charbon. Par contre, ces transformations sont consommatrices d'énergie et émettrices de gaz carbonique. Se pose alors la question, encore non résolue à ce jour, de la capture/séquestration du CO2, impérative pour la voie charbon (CTL). Des investissements lourds seraient aussi nécessaires."

«La combustion de ces carburants synthétiques dans la haute atmosphère aura toujours des effets de réchauffement global qui ne sont pas liés au CO2, par exemple, via les oxydes d’azote et la vapeur d’eau qui ont des effets deux fois plus importants que le réchauffement direct attribué au CO2», souligne Michael Yaziji (professeur à l’IMD et membre de l’institut lausannois E4S) [10].
"Autre problème, ces carburants sont bien plus chers que le kérosène classique. «Leur prix restera probablement 2 à 3 fois plus élevé que le carburant d’aviation d’origine fossile, même à long terme, estime Michael Yaziji. Si les compagnies aériennes se plaignent des augmentations de prix qui résulteront de la taxe sur les billets, que penseront-elles des augmentations de prix beaucoup plus importantes associées à un passage aux carburants synthétiques?» "

Carburants d'origine biologique


Extrait du rapport "Comment volerons-nous en 2050" (auteur : Académie de l'Air et de l'Espace / Commission Prospective - page 103) [1]

"Les carburants d'origine biologique ou biocarburants sont souvent présentés comme la seule solution potentielle permettant le meilleur compromis entre le caractère durable de la ressource, une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre et la compensation de la diminution des ressources fossiles. Les études les plus récentes attirent l'attention sur le fait que les biocarburants peuvent aussi avoir des effets néfastes sur la disponibilité des terres arables pour la production de nourriture et sur la disponibilité en eau, et que les gains environnementaux seront plus modérés que prévus à l'origine."

Jean-Philippe Héraud, chef de projet BioTfueL à l’IFP Énergies nouvelles :
"Pour agir sur le réchauffement climatique, les biocarburants dits de première génération issus de cultures alimentaires (graines ou sucre) sont déconseillés. Ils entrent en concurrence avec l’alimentation et présentent un bilan environnemental négatif. Place aux biocarburants de seconde génération, provenant de résidus forestiers, paille et déchets biosourcés. Pour Jean-Philippe Héraud, « les ressources pour ces biocarburants existent, car la France est un pays très vert. Mais une des difficultés de cette ressource est son aspect local, alors que le pétrole arrive en France dans seulement trois ports. Il faut savoir capter ces gisements diffus, concentrer la biomasse pour mieux la transporter et s’adapter à la variabilité de la ressource selon les saisons.»" [3]

"Avoir 100% de biocarburants ou 100% d'hydrogène? Certainement pas avant 2035 - et si nous y parvenons d'ici 2050, je pense que ce serait une réalisation phénoménale."
David Zingg, University of Toronto - professeur d'études aérospatiales [4]

Les Echos 8 avril 2021 [8] : "Total commence à produire du kérosène issu d'huiles usagées et de graisses animales. La réglementation française prévoit d'incorporer au moins 1 % de bio dans les carburants aériens à partir de 2022. Le manque de matières premières et les coûts élevés risquent de freiner l'essor du biokérosène."
"La réglementation française prévoit que le kérosène commercialisé dans l'Hexagone devra incorporer au moins 1 % de biocarburants à partir du 1er janvier prochain . L'objectif est de passer à 2 % en 2025 et 5 % en 2030 au niveau français. Une réglementation européenne, en cours de finalisation, vise les mêmes quantités en 2025 et 2030."
Dans ce cas le kérosène fossile serait encore utilisé à hauteur de 95% en 2030.



Hybridation des moteurs


"Jérôme Bonini, vice-président de la recherche et des technologies chez Safran : "Nous travaillons sur l’hybridation des moteurs, de manière à assister les moteurs thermiques lors de certaines phases de vol." Mais ce coup de pouce ne représente que quelques pourcents, l’immense majorité de l’énergie est apportée par les carburants." [3]


Energie carbonée et compensation carbone


Le principe de compensation carbone reste douteux et à résultats incertains : il consiste à financer des organismes, associations, personnes pour la mise place de moyens de baisser des émissions carbone, en général dans un autre pays. Il s'agit donc d'exporter les efforts de décarbonation.
Par ailleurs, les projets de décarbonation ne sont pas en nombre infini, sont parfois peu efficaces (arbres plantés mais coupés ou morts quelques années plus tard) ou auraient été finalisés même sans ces financements. [4]

"Les rares programmes de réduction d’émissions, comme Corsia [Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation], sont encore rudimentaires et insuffisants." [5]

D'après une étude de la Commission Européenne, le système de compensation carbone CORSIA serait même inefficace et problématique. Des ONG comme Réseau Action Climat le qualifient de greenwashing. [11]

Urgence climatique, rythme de l'innovation et cycle de vie des avions


"Les avions ne sont pas des iPhones" : l'investissement élevé qu'ils représentent pousse les compagnies à les rentabiliser sur une durée de 20 à 25 ans, parfois 30.
La vitesse de renouvellement des flottes est ainsi lente, amortissement oblige.
Les améliorations technologiques et innovations ne peuvent pas être immédiatement exploitées à grande échelle, mais au rythme de renouvellement des avions, ce qui s'oppose frontalement à l'urgence de baisse des émissions. [4]

Une feuille de route pour une aviation durable, issue d'un groupe d’acteurs du secteur aéronautique, a été publiée en 2021 [10]. "Les auteurs de la feuille de route estiment qu’il faut compter une période de 40 à 65 ans entre le début du développement d’une technologie et sa mise en service."


L'effet rebond : toute économie d'énergie n'est pas sans lien avec la croissance du nombre de vols


"En soixante-dix ans, selon les chiffres du Groupement des industries françaises aéronautiques et spatiales (Gifas), la consommation des avions au siège par kilomètre a baissé de 80 %. Mais la cadence actuelle de réduction des émissions, environ 1 % à 2 % par an, est insuffisante face au taux de croissance annuel du secteur, qui dépasse les 5 %." [5]
Toute économie d'énergie ou baisse de coût du transport aérien peut être reportée sur l'offre des compagnies : des avions consommant moins ont aussi comme conséquence une capacité à proposer des billets moins cher, une offre plus attrayante, et ainsi provoquer un effet rebond par un usage encore plus courant de ce transport, et finalement, une hausse du nombre de vols. Cela est particulièrement vrai pour le modèle d'affaire de l'aviation low-cost, engagée dans une course aux prix les plus bas.


De nouveaux carburants destinés à quel secteur ? La question de l'arbitrage


Divers secteurs affronteront la baisse d'accès aux énergies fossiles (transports air-terre-mer, chauffage, industrie, agriculture...) : ces secteurs rentreront en concurrence pour accéder aux énergies renouvelables émergentes. Parmi eux, comment se positionnera le secteur aérien, particulièrement énergivore, et comment évolueront ses usages ? Actuellement la plus grande part du transport aérien concerne le tourisme.


L'aviation commerciale, un secteur surdimensionné ?


Jusqu'ici, aucune solution technologique réaliste permet d'envisager à moyen terme le maintien d'un secteur aérien aux échelles actuelles (nombre d'aéroports, nombre de vols par jour, nombre de passagers par an). L'extrême dépendance de l'aviation au kérosène, donc au pétrole, suggère une forte probabilité de décroissance du secteur aéronautique dès le moment où le carburant fossile sera délaissé, soit dans le contexte de l'enjeu climatique, via le respect de normes internationales, soit simplement par épuisement des ressources fossiles.
Etudes et rapports mentionnent en général que même d'hypothétiques progrès technologiques massifs ne seraient probablement pas suffisants pour maintenir l'approvisionnement énergétique actuel du secteur aérien.
Rappelons qu'une seule piste d'aéroport international nécessite actuellement un approvisionnement énergétique d'environ 5 à 7 TéraWattHeures par an sous forme de kérosène, ce qui équivaut à toute la production annuelle d'un réacteur nucléaire. [6]

"Le progrès technique ne peut, à lui seul, permettre la réduction des émissions de gaz à effet de serre du secteur aérien, indispensable à la lutte contre le réchauffement climatique, et donc au maintien des conditions d’habitabilité de la Terre. Les efforts technologiques doivent être menés de concert avec des choix politiques et économiques en faveur d’une réduction globale du trafic."
Extrait d'une tribune signée par plus de 700 étudiants du secteur de l’aéronautique [5]

Si le redimensionnement urgent du secteur civil aérien est nécessaire face au problème du climat, sa décroissance semble, elle, inévitable à long terme : les trois causes étant l'épuisement futur des ressources fossiles, la forte probabilité du coût élevé des énergies alternatives, la faible probabilité de produire suffisamment d'énergie pour maintenir le niveau de trafic actuel.


Sources :
[1] Rapport de synthèse "Comment volerons-nous en 2050" (auteur : Académie de l'Air et de l'Espace / Commision Prospective - 2012)
[2] Avion à hydrogène: quelques éléments de désenfumage (blog Mediapart - Atecopol - 29 septembre 2020)
[3] Les biocarburants, une alternative encore trop coûteuse (www.polytechnique-insights.com - 2 février 2021)
[4] Green air travel is still decades away. Here's why (CBC.CA - 5 mars 2021)
[5] Tribune "Aéronautique : « La transition écologique impose une profonde transformation de notre industrie »" - LeMonde.fr 29 mai 2020
[6] Le trafic aérien, un gouffre énergétique (anticiper.org - 3 janvier 2021)
[7] L’avion à hydrogène est une chimère ! (revolution-energetique.com - 4 mars 2021)
[8] Comment Total veut ravitailler les avions de Roissy et d'Orly en « biokérosène »
[9] Dieter Vranckx, patron de Swiss, «A l’avenir, Swiss deviendra plus petite» (Le Temps 27 avril 2021)
[10] La longue route de l’aviation suisse pour atteindre la neutralité carbone en 2050 (Le Temps - 1er juin 2021)
[11] La compensation carbone, inefficace pour réduire les émissions du secteur aérien (Réseau Action Climat - 18 mars 2021)



Pour aller plus loin :

Video : Présentation du rapport - Pouvoir voler en 2050 : quelle aviation dans un monde contraint ? (The Shift Project - 3 mars 2021)


Rapport sur la décarbonation du secteur aérien, « Pouvoir voler en 2050 : quelle aviation dans un monde contraint ? » (The Shift Project - 3 mars 2021) - Rapport complet et synthèse

Thèse – Les transports face au défi de la transition énergétique (Aurélien Bigo - 3 décembre 2020)

Carburants de synthèse, biocarburants, kérosène vert… De quoi parle-t-on exactement ? (The Conversation - 28 octobre 2019)

L'illusion de l'aviation verte - Rapport Stay Grounded 2018

Toulouse : des chercheurs critiquent Airbus pour sa promotion de l'avion à l'hydrogène

Impact du transport aérien sur le climat : pourquoi il faut refaire les calculs (The Conversation - 8 mai 2019)

Statistiques du trafic aérien français (ecologie.gouv.fr)

Turboréacteur (wikipédia)

Propulsion des aéronefs (wikipédia)



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