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Carburants durables : la voie royale pour la propulsion des avions

Il existe différents concepts de propulsion et sources d'énergie aptes à être utilisés pour les avions à l'avenir afin de réduire l'empreinte carbone de l'aviation. Il s'agit notamment de la propulsion électrique, des piles à combustible à hydrogène, des carburants durables comme les biocarburants ou le kérosène synthétique. Aujourd'hui, il est difficile de savoir lesquelles de ces technologies s'imposeront finalement pour quelle application concrète et dans quelle mesure elles seront utilisées. Nous avons demandé à Dr. Urs Ziegler, chef de la section Environnement de l'Office fédéral de l'aviation civile (OFAC), quels étaient les défis et les opportunités des différents concepts de propulsion.

Image: Chef de la section Environnement de l'Office fédéral de l'aviation civile (OFAC)


Lequel des trois concepts de propulsion - propulsion électrique, piles à combustible à hydrogène, carburants durables - s'imposera selon vous ?


On s'est rendu compte que ce que l'on appelle les Sustainable Alternative Fuels (SAF, carburants alternatifs durables) constituent la voie royale. Nous pouvons voler à l'électricité ou à l'hydrogène dans certaines niches, mais à l'horizon 2050, nous n'avons pas d'alternative aux SAF pour les vols long- et moyen-courriers. Et nous devons nous concentrer sur ces vols, car ils émettent environ 70% à 80% des émissions. Les vols moyen-courriers, d'une durée d'une à deux heures et demie et avec jusqu'à 150 passagers à bord, représentent environ 40% des émissions de CO2. Les vols long-courriers de plus de 2,5 heures de vol et transportant plus de 250 passagers sont responsables de 20% à 30% des émissions de CO2 dans le monde.



Que pensez-vous de la propulsion électrique ?


Fondamentalement, nous avons un problème de poids, car les batteries sont très lourdes. La propulsion électrique sera donc plutôt réservée à des niches, pour les avions écoles et les vols de connexion courts, par exemple. Il faut aussi savoir dans quelle mesure l’électricité utilisée pour charger les batteries est durable et combien de temps il faut pour charger ces batteries. Ces questions sont cruciales.



Quelles sont les chances de la propulsion à l'hydrogène ?


Bien que l'hydrogène contienne presque trois fois plus d'énergie par kilogramme que le kérosène, il n'est pas adapté aux longs trajets parce qu’il nécessite un volume du réservoir beaucoup plus grand. L'hydrogène devrait en outre être stocké à une pression de 700 bars ou être refroidi à -230°. Cela est coûteux et nécessite une infrastructure propre, de la source à l'avion. Des recherches sont menées dans ce sens. Airbus a par exemple annoncé vouloir certifier un avion propulsé à l'hydrogène d'ici 2035. Il faudra encore attendre plusieurs années avant que toute une flotte d'avions de ce type soit en service.


En outre, de nombreuses questions restent sans réponse : jusqu'où puis-je voler ? D'où vient l'hydrogène ? Que faudrait-il changer dans l'infrastructure des aéroports ? Il s'agit notamment de nouveaux systèmes de réservoir, de distances de sécurité plus importantes pour le ravitaillement des avions et de questions sur la manière d'organiser le transport de l'hydrogène vers l'aéroport. En outre, un certain nombre minimal d'aéroports doivent être équipés pour l'hydrogène afin que tout cela ait un sens. Il en va tout autrement pour les SAF, car ces carburants ne nécessitent aucune modification de l'infrastructure existante.



Cela signifie-t-il qu'il faut désormais se concentrer en priorité sur la technologie SAF ?


Non, absolument pas. Il est important de faire avancer toutes les technologies. Mais on ne pourra pas voler électriquement de Zurich à Sao Paulo dès 2050. Cela ne fonctionnera pas. Le problème principal est la consommation d'énergie : où trouve-t-on l'énergie nécessaire pour faire voler un avion de A à B ? La raison pour laquelle on a utilisé du kérosène jusqu'à présent est très simple : le kérosène a une densité énergétique très élevée par kilogramme de poids. Ainsi, 1 kg de kérosène a un contenu énergétique environ 60 fois plus important que le contenu énergétique d'un kilogramme d'une batterie actuelle.


En outre, la question se pose de savoir à quelle vitesse les batteries peuvent être rechargées après un vol et dans quelle mesure l'électricité utilisée à cet effet est durable. Dans le cas de l'hydrogène, l'énergie par unité d'hydrogène est certes presque trois fois supérieure à celle du kérosène, mais le volume est environ quatre fois plus grand. Cela signifie que les avions doivent être plus grands et qu'ils auront donc une plus grande résistance à l'air. Ces défis ne viennent pas des constructeurs, mais de la physique, que nous ne pouvons pas changer.



Les SAF peuvent en effet être produits à partir d'une multitude de sources durables, comme les déchets végétaux ou animaux, les microalgues ou les déchets tels que les ordures et les eaux usées. Et puis il y a les carburants synthétiques, qui sont produits par la décomposition électrochimique de l'eau en hydrogène et en oxygène, suivie d'une méthanisation avec du dioxyde de carbone. Quel type de production est le plus prometteur ?


Ce qui est décisif dans tous les procédés, c'est que le carburant soit certifié. Cette certification est effectuée par l'ASTM (American Society for Testing of Materials). Il est également important qu'il s'agisse de carburants dits "drop-in", que l'on peut mélanger au kérosène fossile et que le carburant mélangé qui en résulte soit toujours considéré comme un carburant dit Jet A-1, tel qu'il peut être utilisé dans tous les avions à turbine courants. Le carburant Jet A-1 doit répondre à différentes spécifications chimiques et physiques. C'est important pour les constructeurs d'avions qui développent des moteurs capables de brûler du Jet A-1. L'utilisation du Jet A-1 ne nécessite aucune adaptation de l'infrastructure des aéroports, y compris des camions-citernes, ni des avions utilisés.



A votre avis, quels sont les meilleurs procédés pour produire des biocarburants ?


Il s'agit avant tout d’évaluer le cycle de vie d'un carburant biosourcé. L'utilisation de déchets est certainement la moins problématique. Sauf s'il y a une concurrence d'autres utilisateurs qui veulent aussi utiliser la biomasse, par exemple pour produire du biogaz. Si des plantes supplémentaires doivent être cultivées, il faut alors examiner de très près si cela est encore durable, car il pourrait y avoir une concurrence avec la culture de denrées alimentaires. Les carburants qui ne sont pas durables ne doivent en aucun cas être vendus sous le label durable.



Comment voyez-vous l'avenir des carburants synthétiques ?


Dans le cas des carburants synthétiques, il est important de savoir comment l'électricité nécessaire est produite. Si nous utilisons de l'électricité renouvelable, tout va bien. Mais si l'on utilise par exemple de l'électricité à base de charbon pour faire l'électrolyse, il serait alors plus judicieux de brûler directement du carburant fossile. En outre, la question se pose toujours de savoir si et quand il y a suffisamment d'électricité disponible pour une production durable. Pour les installations Power-to-Liquid, je dois m'assurer que le fonctionnement est assuré 24 heures sur 24. Autant de facteurs sur lesquels l'aviation ne peut pas influer directement.



Quel est, selon vous, le potentiel des SAF ?


Pour l'instant, nous n'en sommes qu'au début. Seuls 0,1% environ du carburant utilisé dans l'aviation est couvert par des SAF. L'UE est en train de définir une voie pour une augmentation progressive du taux d'incorporation des SAF. D'ici 2050, le taux d'incorporation devrait être de 63%. Cette proposition est actuellement discutée au sein des instances européennes. Dans le cadre des discussions sur la loi sur le CO2, le Conseil fédéral propose au Parlement l'introduction d'un taux d'incorporation, qui doit être convenu avec l'UE. L'Europe s'oriente ainsi vers des quotas de mélange obligatoires, alors qu'aux États-Unis, par exemple, on mise sur des incitations fiscales.



Quel sera, selon vous, le bilan carbone du transport aérien en 2050 ?

L'objectif de CO2 pour 2050 est fixé : zéro net. Une étude internationale de grande envergure a toutefois montré que même dans un scénario optimiste, il restera en 2050 un excédent d'environ 200 millions de tonnes de CO2, que nous ne pourrons éliminer qu'avec des technologies d'émissions négatives. Nous sommes sur la bonne voie, mais de gros efforts seront encore nécessaires pour atteindre les objectifs fixés.



Les nouvelles technologies de propulsion et les nouveaux carburants rendent-ils les vols plus chers ?


Je pense que voyager en avion va coûter plus cher. La question est de savoir de combien. On sait que le transport aérien est très inventif en matière d'amélioration de l'efficacité. On le voit dans les modèles commerciaux des compagnies low-cost. D'un autre côté, on constate aussi une nette évolution dans le système d'échange de quotas d'émission. Aujourd'hui, une certaine part de droits d'émission est attribuée gratuitement pour les vols dans l'espace EEE. Cette attribution gratuite n'existera plus à partir de 2026/2027. Pour chaque tonne de CO2 émise, les compagnies aériennes devront acheter et céder des droits d'émission.


Il y a environ trois ans, un droit d'émission coûtait entre un et quatre euros par tonne. Ces derniers mois, les prix sont passés à 70-80 euros par tonne et ils continueront à augmenter. Dans le trafic extra-européen, une partie des émissions de CO2 doit en outre être compensée par des certificats d'émission. Si, en plus, une part croissante du carburant doit être constituée de FAS plus chères, les coûts vont naturellement augmenter.



Quelle est la contribution de la Suisse aux nouvelles technologies ?


La Suisse est très bien placée dans le domaine des technologies durables. Il y a notamment deux spin-off de l'EPF de Zurich qui se portent très bien. Climeworks a du succès dans le domaine des technologies à émission négative. L'autre spin-off est Synhelion, qui a développé un procédé permettant de produire du kérosène neutre en CO2 à l'aide de lumière solaire concentrée.




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