Airbus affiche toujours l'objectif de faire voler un avion à hydrogène en 2035. Cet aéronef d'un nouveau genre pose d'immenses défis en matière de stockage et d'intégration dans l'avion... Sans parler des infrastructures nécessaires à proximité des aéroports. L'hydrogène représente aussi un vrai challenge pour toutes les composantes de l'aéronef. C'est notamment le cas pour les systèmes d'air des avions. Ces derniers s'assurent que les cabines des avions soient pressurisées de manière adéquate, peu importe l'altitude de l'appareil, gèrent le renouvellement de l'air pour éviter la propagation des maladies, ou encore diffusent la climatisation pour maintenir une température de confort pour les passagers aux quatre coins du globe.
Les systèmes d'air assurent la pressurisation et la climatisation de la cabine d'avion. (Crédits : Rémi Benoit)
Avec l'arrivée du programme ZEROe d'Airbus, l'avionneur européen explore deux technologies en parallèle : pile à combustible ou moteur hydrogène.
« On parle de propulser des avions avec des piles à combustible. Dans cette perspective, nous pourrons être amenés à fournir la partie alimentation en air de ces aéronefs à faibles émissions via une turbomachine. Pour être prêts dès 2035, il faut s'y mettre dès maintenant », estime Nathalie Duquesne, directrice générale de Liebherr-Aerospace Toulouse.
Réduire l'empreinte carbone des systèmes d'air
Raison pour laquelle le sous-traitant aéronautique s'est allié avec l'Isae-Supaéro pour créer cette année la chaire Castor (chaire pour l'aérodynamique des turbomachines radiales). Mobilisant une vingtaine de personnes sur quatre ans et dotée d'un budget d'1,25 million d'euros (provenant pour moitié de Liebherr-Aerospace Toulouse et pour moitié de l'Agence nationale de la recherche), cette chaire doit permettre d'imaginer des systèmes d'air plus efficaces et les moins énergivores possibles pour les futurs aéronefs.
« Aujourd'hui, l'air est prélevé via des vannes sur les étages des moteurs de l'avion. Comme il s'agit d'air haute pression à des températures qui peuvent monter jusqu'à 700 degrés, une turbomachine nous permet de faire diminuer la pression pour atteindre un bar environ et une température d'à peu près 25°C vers la cabine. Pour réduire l'empreinte carbone des avions de demain, soit nous allons réduire ce prélèvement sur les moteurs afin de consommer moins de fuel, soit on va aller chercher l'air extérieur de l'avion. Pour retrouver les mêmes fonctions, nous avons besoin de développer de nombreuses technologies », explique Nathalie Duquesne.
Liebherr-Aerospace Toulouse affiche une position de leader européen dans les systèmes d'air en travaillant pour les principaux avionneurs mondiaux : Airbus, Boeing, Bombardier, Dassault, ATR.... Ses deux sites de Toulouse et Campsas (Tarn-et-Garonne), qui regroupent 1.600 salariés, forment d'ailleurs le centre d'excellence pour les systèmes d'air aéronautiques du groupe Liebherr. Le sous-traitant va s'appuyer sur ses moyens d'essais, avec notamment 60 compresseurs et 50 turbines déjà testés. Pour sa part, l'Isae-Supaero va mettre à profit deux bancs d'essai et une longue expertise dans le domaine avec des travaux sur les turbomachines depuis les années 1990.
Nicolas Binder (Isae-Supaero) et Nathalie Duquesne (Liebherr-Aerospace). (Crédits : Rémi Benoit)
« Avec l'arrivée de l'avion plus électrique, nous souhaitons que le système de conditionnement d'air soit autonome et n'ait plus besoin de prélever l'air comprimé sur les moteurs. Cela impose à ces systèmes de conditionnement d'air des plages de fonctionnement qui sont bien plus importantes qu'à l'heure actuelle et difficilement faisables avec une seule machine. Cette activité de recherche va nous permettre de comprendre les limites de fonctionnement de systèmes », décrit Nicolas Binder, titulaire de la chaire Castor et professeur d'aérodynamique à l'Isae-Supaero.
Des économies substantielles de kérosène
Avec des gains substantiels sur l'empreinte carbone de l'avion : « Un avion plus électrique demande plus d'intégration au niveau de tout le système de conditionnement d'air, et des équipements plus complexes que d'habitude avec par exemple des turbines à injection de variables. Mais au final, gagner un point de rendement sur une turbomachine, c'est 2% de consommation électrique en moins. Cela veut dire ensuite que les systèmes n'ont pas besoin d'être surdimensionnés et qu'il y a moins de masse embarquée. Cela génère un effet boule de neige sur tout le système avec des économies de kérosène et beaucoup moins d'émissions de CO2 », conclut Laurent Lachassagne, responsable du groupe aérodynamique, thermique et acoustique au sein de Liebherr-Aerospace Toulouse.
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