Vous ne le saviez peut-être pas, mais le tout premier véhicule fonctionnant à l’hydrogène ne date pas d’hier... ni même de ce siècle. L’hippomobile, inventée par l’ingénieur belge Étienne Lenoir, a vu le jour en 1863. Il faudra pourtant attendre de nombreuses années avant que l’hydrogène, qui propulse aujourd’hui près de 7 500 voitures à pile à combustible, ne se voie décerner le titre de carburant du futur.
Après le secteur de l’automobile, c’est à celui de l’aviation de rejoindre la tendance — comme l’illustre l’annonce faite le 25 septembre dernier par ZeroAvia : au Royaume-Uni, la startup américano-britannique a réalisé avec succès le premier vol d’un avion commercial fonctionnant à l’hydrogène. L’appareil, pouvant transporter six personnes, est parvenu à rouler, décoller, effectuer un circuit de vol et atterrir sans encombres. Pour ZeroAvia, il s’agit là d’une étape cruciale dans sa quête d’une aviation commerciale décarbonée.
Mais si la compagnie affirme que les appareils à hydrogène ont déjà de quoi rivaliser « avec les distances de vol comme avec les charges proposées par des avions commerciaux fonctionnant aujourd’hui à l’énergie fossile », nombre d’experts tempèrent l’enthousiasme qui entoure ces vols zéro émission. Afin de mieux comprendre où nous en sommes et vers quoi nous nous dirigeons, voici un petit plan de vol des avantages, défis et autres projets en cours dans cette quête d’une aviation à hydrogène viable :
Les avantages
- ZÉRO CARBONE Nos avions volent aujourd’hui en général grâce au kérosène, un carburant dont la combustion entraîne le rejet de CO2 nocif dans l’atmosphère. Par contraste, les avions propulsés à l’hydrogène n’émettent que de l’eau et les tests montrent que leur vitesse reste malgré tout équivalente à celle d’aéronefs traditionnels. Mise en œuvre à grande échelle, l’utilisation de cette énergie permettrait une réduction considérable des émissions de gaz à effets de serre à l’échelle mondiale. D’après l’Agence européenne pour l’environnement, en 2019, le secteur de l’aviation était responsable de 3,6% de ces émissions en Union européenne.
- VOLER EN SILENCE Un moteur hydrogène est beaucoup moins bruyant qu’un moteur à combustion classique. Le bruit produit par un petit avion à hélice serait en réalité du même ordre que celui émis par le moteur à combustion d’une voiture. Cela signifie bien évidemment une expérience de vol plus agréable, car plus silencieuse, pour les passagers — mais c’est également un aspect qui pourrait jouer en faveur de vols, voire d’atterrissages, à proximité de zones résidentielles.
- INÉPUISABLE L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers dont il compose 75% de la masse. Il possède par ailleurs une densité d’énergie massique extrêmement élevée, environ 120 MJ/kg, soit près de trois fois celle du gasoil ou de l’essence.
Les défis
- DESIGN La pile à combustible de l’avion peut fonctionner soit à l’hydrogène comprimé, soit à l’hydrogène liquide. Si ce dernier s’avère plus dense et léger, il requiert cependant un système plus complexe et serait plus difficile à certifier dans le cadre d’un usage commercial. C’est pourquoi ZeroAvia a fait le choix de l’hydrogène comprimé pour ses avions ; une option qui pourrait toutefois nécessiter un stockage dans des réservoirs extérieurs, sous l'appareil ou au niveau des ailes. L’hydrogène liquide est certes moins volumineux mais son stockage exigerait tout de même l’utilisation de réservoirs cryogéniques qui, en plus d’ajouter au poids de l’appareil, consomment jusqu’à 45% de l’énergie stockée pour maintenir leur basse température. En un mot, faire voler des avions plus gros et longues distances nécessite un redesign complet de la structure de l’appareil afin de la faire correspondre au système de propulsion.
- INFRASTRUCTURE Un autre obstacle se dresse sur la piste de ces avions à hydrogène : le manque d’infrastructures permettant de procéder aux opérations quotidiennes. Pour ce qui est de l’approvisionnement, il est cependant envisageable de transporter l’H2 vers les aéroports par le biais de réseaux de gaz existants, convertis à cette fin — une tâche qui requiert d’importants investissements trans-secteurs.
- EFFICACITÉ La production d’hydrogène repose actuellement, pour l’essentiel, sur des procédés dits « gris ». On estime qu’aujourd’hui, 95% de l’hydrogène est produit grâce à des processus émetteurs de carbone, tels que le vaporeformage du méthane ou bien la gazéification du charbon. L’alternative propre à ces méthodes est la production par électrolyse, la séparation de l’eau en hydrogène et oxygène. Si l’électricité employée provient de sources renouvelables, on est alors en droit de parler d’hydrogène « vert » zéro carbone. Cette technique n’est cependant efficace qu’à hauteur de 75%, ce qui signifie qu'un quart de l’électricité est systématiquement perdu. Dans le cas de voitures à hydrogène, dont la pile à combustible implique une perte en énergie additionnelle lors du transport du carburant puis lors de sa conversion en électricité, le cabinet d’études Wood MacKenzie a évalué l’année dernière le rendement de l’hydrogène à 30% seulement.
Du nouveau
- TECHNO NOUVELLE GÉNÉRATION Malgré ces nombreux défis de taille, le cabinet Wood Mackenzie prévoit également, dans son rapport de 2019, qu’une capacité de production d’hydrogène vert par électrolyse de plus de 3,2 GW sera déployée d’ici 2025 — soit une augmentation de 1 272% par rapport au 253 MW installés entre 2000 et 2019. Une évolution due en partie à la chute des prix des renouvelables mais aussi à l’entrée en action d’électrolyseurs nouvelle génération permettant un meilleur rendement.
- INFRASTRUCTURE La première usine européenne de production industrielle d’hydrogène à destination de l’aviation est en cours de développement. Portée par Norsk e-Fuel, cette joint venture qui réunit quatre autres sociétés prévoit une mise en route du site norvégien d’ici 2023 avec, dans un premier temps, une capacité annuelle de production de carburant hydrogéné de 10 millions de litres. Le but : atteindre les 100 millions de litres d’ici 2026. En parallèle, les pays leaders de l’hydrogène déploient à travers le monde de nouvelles infrastructures dont l'industrie de l’aviation pourra également tirer profit. Au Japon, premier pays à officiellement adopter une stratégie hydrogène dès 2017, la société d’études des marchés Fuji Keizai prédit dans un rapport de 2019 une multiplication par 56 de la croissance du marché de l’hydrogène en 2030. D’ici là, le nombre de stations de recharge H2 devrait passer de 111 à 1 321. Les États-Unis, l’Australie, la Chine, la Corée du Sud, le Royaume-Uni, la France et l’Allemagne font aussi partie des pays en plein essor en termes d’infrastructures hydrogène.
- D’AUTRES PROJETS Si ZeroAvia est bien la première compagnie aérienne à réaliser avec succès un vol test à l’hydrogène, elle est loin d’être la seule à s'intéresser au sujet. On peut notamment citer le groupe européen multinational Airbus qui a récemment dévoilé pas moins de trois concepts d’avions de ligne susceptibles d’être mis en service dès 2035. De son côté, Alaka’i Technologies, une entreprise du Massachusetts spécialisée dans l’aérospatiale, espère pouvoir lancer en 2021 un appareil cinq places à hélices alimenté par des piles à combustible et conçu pour décoller et atterrir verticalement.
