La crise pétrolière de 2007-2008 a secoué les esprits. Elle a révélé au monde que le pétrole a des réserves limitées et que des mesures sont à prendre d’urgence si nous ne voulons pas nous retrouver devant le mur de la pénurie de pétrole sans moyen de le surmonter. Le secteur de l’aviation n’est pas épargné. Déjà épinglé pour ses émissions de gaz à effet de serre, le secteur prend réellement conscience qu’il est temps d’agir. Le prochain « Salon de l’Aviation verte », qui se tiendra au Musée de l’Air et de l’Espace, au Bourget, du 18 au 20 juin 2010, mettra en avant les différentes activités dans le secteur. Au-delà de l’aspect médiatique de l’événement, l’aviation « verte » sera-t-elle une réalité dans un futur pas trop lointain ?

Le contexte
Avec plus de 17.000 avions commerciaux, s’envolant au rythme d’environ 50 décollages par minute dans le monde, l’aviation représente aujourd’hui un secteur majeur de la société globalisée. En 2007, environ 2,2 milliards de passagers prirent l’air. Selon l’IATA, 35% (en valeur) des marchandises exportées le furent par avions. Les emplois directs et indirects qui en découlent sont très importants : plus de 32 millions dans le monde. Les quatre principaux constructeurs (Boeing, Airbus, Bombardier, Embraer) dépassent les 250.000 emplois directs (certains dans le militaire et le spatial). Les compagnies aériennes américaines emploient plus de 400.000 personnes. En Belgique, l’aéroport de Bruxelles national (Zaventem) occuperait environ 20.000 personnes. Celui de Charleroi concerne plus de 3.000 emplois directs et indirects.
La crise pétrolière de 2007-2008 a fait naître de nombreuses inquiétudes. Faillites de plusieurs petites compagnies aériennes, retrait d’avions, suppression de vols, pertes d’emplois sont les principales nouvelles du secteur. A quoi il faut ajouter les perturbations du début 2010, due aux cendres d’un volcan islandais. Et même si le marché des nouveaux avions semble florissant, les inquiétudes sont nombreuses pour le futur.

Des avions « verts » ?
Aujourd’hui, il est évident que le pétrole est essentiel au fonctionnement des avions. Les avions consomment environ 130 millions de tonnes de kérosène par an, soit environ 185 milliards de litres ou 3,8 % du pétrole consommé mondialement. Ce qui correspond à environ 2% du CO2 émis dans le monde, compte tenu du rôle du gaz naturel et du charbon. Outre ce CO2, le kérosène émet des oxydes d’azote, qui contribuent aux changements climatiques. Les gaz émis au sol et à haute altitude ne sont pas les mêmes. Et la chimie de l’atmosphère est complexe. D’après plusieurs études, les émissions à 10-11 km au-dessus du sol (altitude à laquelle volent les avions modernes) contribuent de 3 à 4 fois plus au changement climatique qu’au sol. En pratique, cela signifierait qu’un passager qui effectue un vol aller-retour transatlantique (environ 12.000 km) contribue autant au changement climatique que s’il parcourait 36.000 km en voiture, soit 2 ou 3 ans d’utilisation moyenne d’une automobile.
Le secteur aéronautique est conscient de sa mauvaise image « environnementale », mais aussi de la réalité de l’épuisement des ressources pétrolières. D’où la communication du secteur qui développe l’idée d’un moyen de transport « vert ». Pour faire face à l’inévitable accroissement de la pollution atmosphérique, ainsi qu’à l’augmentation du prix du kérosène, le secteur a pour objectifs de réduire de 50% les émissions de CO2, de 80% celles d’oxydes d’azote et de moitié les nuisances sonores d’ici 2020. Pour y arriver, il faudra agir sur les moteurs, les matériaux, l’aérodynamisme. Mais tout le monde est conscient du fait que, pendant encore quelques décennies, les avions dépendront du pétrole. Ainsi, l’IATA préconise de faire appel à 10% de carburants alternatifs en 2017, pour arriver à zéro émission de carbone en 2050.

Mais un avion « vert » est-il plausible ?
Pour répondre à cette question, il est utile d’examiner les deux faces, différentes mais souvent mêlées dans les discours, de l’aviation, à savoir l’aviation légère ou de loisirs, et l’aviation commerciale.

L’aviation « légère»
C’est dans ce secteur que les progrès vers une aviation « verte » sont les plus visibles. C’est donc ce secteur qui est mis en avant dans les discours. Avec une vitesse relativement faible et une autonomie restreinte, faire voler des petits avions, des ULM et autres avec une motorisation plus « verte » n’est pas trop compliqué. Et les exemples commencent à apparaître.
Par exemple, le 24 décembre 2007, eut lieu le vol d’un petit monoplace léger, l’Electra, d’une durée de 48 minutes, à l'aérodrome d'Aspres sur Buëch (Hautes Alpes). Lors de ce vol, le prototype a réalisé une triple performance : c'est le premier aéronef à moteur électrique qui ne compte pas sur les ascendances pour évoluer ; son autonomie est la plus importante jamais atteinte sur batteries ; c'est la première fois qu'un avion de construction courante et accessible à tous est équipé d'un groupe motopropulseur électrique et de batteries. L'Electra est conçu sur la base d'une Souricette, un monoplace léger (115 kg sans motorisation), bien connu des amateurs, construit en bois et en toile et habituellement propulsé par un moteur thermique de faible puissance (de 15 à 20 CV). Preuve est faite qu'elle peut voler grâce à un moteur à courant continu développant 18kWh soit 25 CV. Sa batterie lithium-polymère se recharge en 4h30.
Autre exemple, l’avion, dit « solaire », Sunseeker 2, d’Eric Raymond. Il s’agit d’un planeur (longueur : 7 m ; envergure : 17 m ; poids à vide : 120 kg ; surface alaire : 12,8 m² ; poids en charge: 230kg ; vitesse de croisière 65 km/h ; vitesse maximum : 160 km/h), qui peut décoller à l'aide d'un moteur électrique et de batteries lithium-ion placées dans les ailes. Les batteries permettent de monter jusqu'à 600 mètres, propulsé par un moteur électrique. Ensuite ce sont les cellules photovoltaïques (au dessus des ailes) qui alimentent le moteur. Mais dès que les conditions sont favorables, le moteur est coupé, et l'avion évolue comme un planeur ordinaire, à ceci près qu'il peut recharger les batteries (partiellement). En avril 2009, il effectue la première traversée des Alpes en avion solaire.
D’autres exemples d’avions verts seront présentés lors du Salon de l’aviation verte, au Bourget [1]. On ne peut évidemment pas passer sous silence le Solar Impulse de Bertrand Piccard. Le Solar Impulse est un avion « solaire » expérimental. Le projet est lancé avec trois partenaires principaux : Solvay, Omega, Deutsche Bank. Alimenté par des panneaux photovoltaïques (200 m2 ; rendement : 12%), d’une envergure de 61 m (presque la même que l’A380), d’une longueur de 21,85 m, d’un poids de 1600 kg, cet avion doit pouvoir voler jour et nuit sans émission de CO2. Sa réalisation a demandé la mise au point de pas moins de 6.000 pièces, des études énergétiques poussées, une électronique de bord spécifique. Les pièces de métal ont été remplacées par des polymères plus résistants que l’acier et beaucoup plus légers. Même si les promoteurs envisagent de faire un tour du monde en étapes, le but n’est pas, à terme, de remplacer les avions commerciaux par des avions solaires (c’est irréaliste, voir plus loin). Il est de promouvoir les études sur les énergies renouvelables en montrant que l’imagination rend possible (et nécessaire) de nous défaire de notre dépendance aux énergies fossiles. Cela conduira sans doute aussi certains à tester de nouveaux types d’avions vraiment verts.
Ce sont là quelques exemples qui montrent la possibilité de réaliser des avions de loisirs ou expérimentaux à partir d’autres moteurs que les traditionnels moteurs à pistons. Peut-être même est-il imaginable que les petits avions verts aient une place à prendre dans une économie durable, propre.
Néanmoins, dans tous les cas, il s’agit de petits engins comparés aux avions commerciaux. Pour ces derniers, les problèmes à résoudre sont autrement plus compliqués à résoudre.

L’aviation commerciale
Réduire de 50% les émissions de CO2, de 80% celles d’oxydes d’azote et de moitié les nuisances sonores d’ici 2020, comme demandé par le secteur ne sera pas chose facile, tout le monde en convient. Il faudra jouer sur les nombreux paramètres de la vie des avions. Ce sera la combinaison de multiples efforts qui parviendra peut-être à diminuer l’empreinte environnementale des avions. Ce qui rendra aussi l’évaluation difficile, avec des contestations à la clé.

Les paramètres sur lesquels il faudra jouer sont multiples :
- les moteurs ;
- les carburants ;
- l’avion même ;
- le cycle de vie (de la conception au démantèlement) ;
- le vol ;
- la logistique.

Les moteurs
Le premier élément, ce sont les moteurs eux-mêmes dont il faudra réduire la consommation. Cela passe, un exemple parmi de nombreux autres, par le développement (étudié par Safran et Airbus) d’un système propulsif à turbosoufflante (turbine faisant fonctionner un dispositif soufflant) destiné à optimiser les moteurs des avions moyens courriers. Le projet table sur une réduction de 16% des émissions de CO2, un gain de bruit par opération de 6 à 8 dB à l'horizon 2018 par rapport aux produits en service en 2000.

Les carburants
Ensuite, il faut concevoir de nouveaux carburants [2]. Les carburants alternatifs sont les « biocarburants » de deuxième et de troisième générations. Plusieurs vols ont déjà eu lieu, démontrant la faisabilité du concept. Au début 2008, Airbus a fait voler un A380 avec un réacteur alimenté par du gaz liquéfié. Un peu plus tard, Virgin Atlantic a fait voler un Boeing 747-300 avec un réacteur alimenté avec du kérosène avec 20% de biocarburant à base d’huile de babassu et de noix de coco. Air New Zealand a fait de même avec un Boeing 737, ainsi que Continental Airlines.qui devrait effectuer un vol avec un Boeing 737 avec du biocarburant de troisième génération. En novembre 2009, la compagnie KLM a effectué le premier vol commercial avec un Boeing 747, alimenté par un mélange de kérosène traditionnel et d'un agrocarburant issu de la cameline (appelé aussi lin bâtard) produit par UOP, une filiale de Honeywell International. L'industrie aéronautique prévoit d'incorporer 15% de biocarburants dans le kérosène d'ici 2020 et 50% d'ici 2040. Le but est évidemment de diminuer l’empreinte carbone, les biocarburants étant sensés jouer ce rôle, avec une réduction, contestée, de 84% des gaz à effet de serre. Ce qui est contesté, car il faut tenir compte de la culture, de l’arrosage, de la transformation, etc. Aujourd’hui, il n’existe pas de méthodologie reconnue par tous de calcul du bilan environnemental des biocarburants (même de première génération).
Faire voler un (ou quelques avions) avec des biocarburants est bien. Les faire voler tous est autre chose. Rappelons qu’un des buts du secteur est d’arriver à zéro émission de carbone en 2050 [3]. Si on désire remplacer tout le kérosène des avions par des biocarburants, quelle serait la superficie nécessaire ? La réponse à cette question est difficile, à cause des incertitudes sur les rendements, tant actuels que futurs. En supposant un rendement « réaliste » de 1900 litres par hectare par an pour le jatropha [4], on calcule [5] 1,4 millions de km2, soit plus de deux fois la superficie de la France métropolitaine [6].
Le secteur de l’aviation porte aussi beaucoup d’espoirs sur les biocarburants à base de micro-algues. Ces micro-algues, cultivées dans des bassins d’eau de mer, saturées en CO2, bien éclairés, à température adéquate, peuvent fournir des quantités énormes d’huile par unité de surface (jusque 20 fois plus que les biocarburants de première génération). Les micro-algues ne sont pas cultivables partout dans le monde. Elles réclament aussi de grandes quantités de CO2, que certains voient fourni par des centrales thermiques classiques (ce qui, globalement, en fait une source d’énergie émettrice de CO2 !!), et des conditions chimiques particulières. Selon Boeing, la culture de micro-algues sur une superficie équivalente à la Belgique (30.000 km2) serait suffisante pour remplacer le kérosène actuellement consommé dans l’aviation. Tous les chercheurs sont loin d’être aussi optimistes et calculent plutôt une superficie d’environ 66.000 km2, soit la superficie de l’Irlande [7].
Rappelons que ces chiffres ne concernent que le secteur de l’aviation. D’autres secteurs sont intéressés par les biocarburants.
Notons que, aujourd’hui, le prix est encore beaucoup trop élevé et le bilan environnemental est loin d’être favorable. Quoiqu’il en soit, les études sur les biocarburants pour avions ne sont pas encore suffisamment poussées que pour représenter autre chose qu’un espoir.

Hydrogène, électricité, solaire
Une autre voie explorée est celle de l’hydrogène. L’hydrogène semble une solution attrayante au remplacement du kérosène, car il n’émet pas de CO2, mais seulement de l’eau, H2O.
Malheureusement, il faut plus de 4 litres d’hydrogène liquide pour fournir la même énergie qu’1 litre de kérosène. D’où des réservoirs 4 fois plus volumineux. Cela ne manquerait pas de poser des problèmes de construction de l’avion.
D’autant plus que l’hydrogène liquide n’existe pas à température ordinaire. Il se liquéfie à 20 K (soit – 253°C). Les réservoirs doivent donc être isolés thermiquement. Pour éviter les pertes thermiques, ils doivent avoir une forme proche de la sphère et, donc, ne peuvent être placés dans les ailes, comme dans les avions actuels. Ils doivent être dans le fuselage. Ce qui requiert une plus grande cabine ; d’où un moins bon aérodynamisme de l’avion et une consommation accrue. A quoi il faut ajouter que l’hydrogène est un gaz dangereux, car explosif. D’où des problèmes de sécurité, aussi bien de l’avion que des infrastructures au sol.
Comme l’hydrogène n’est pas présent naturellement dans la nature, il faut l’obtenir par électrolyse de l’eau (dans l’après-pétrole et gaz naturel). Ce qui demandera des centrales électriques, pour l’équivalent d’environ 200 réacteurs nucléaires de 1 GW, pour remplacer la flotte actuelle. De plus, l’hydrogène produit environ le triple de vapeur d’eau que le kérosène quand il brûle. Dans la haute atmosphère, là où évoluent les gros avions actuels, cela produit des traînées importantes, contribuant aux changements climatiques.
L’hydrogène ne semble donc pas une alternative crédible au kérosène. Les quelques programmes de recherche actuels sur l’hydrogène dans l’aviation concernent des avions supersoniques et stratosphériques, capables de joindre Paris à Sidney (Australie) en quatre heures. Tel est le but du projet Lapcat (Long Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), coordonné par l'ESTEC, la branche ingénierie de l'Agence spatiale européenne (ESA). Il s’agit de concevoir des avions d'une capacité de 300 passagers, pour une charge totale de 400 tonnes, décollant à l'horizontale et s’élevant à 20 ou 30 km d'altitude en continuant à accélérer. A l'intérieur, les passagers seront privés de hublots, qui ne résisteraient pas aux températures très élevées. Sa longueur atteindrait 143 mètres, soit deux fois celle de l'Airbus A380 (73 mètres). Ses ailes, en revanche sont en comparaison minuscules puisque l'envergure est moitié moindre que celle du même A380. Cet avion hypersonique, baptisé A2, immense, taillé comme une fusée et capable de voler à Mach 5, relierait Bruxelles à Sydney en 4 h 40. Le décollage aurait lieu au mieux dans vingt-cinq ans.
Une autre voie serait l’électricité. Outre le fait que, dans ce cas, les moteurs seraient vraisemblablement plus proches de moteurs à hélice que des réacteurs actuels, l’électricité serait fournie soit par des piles à combustible, soit des batteries. Concernant les piles à combustible, le problème est semblable, quantitativement, pour la fourniture de l’hydrogène, au cas des réservoirs d’hydrogène mentionnés précédemment. Quant à la solution consistant à stocker l’électricité dans des batteries embarquées, elle est irréaliste, vu la masse et l’encombrement des batteries. Il faudrait, avec des batteries au lithium, une masse égale à environ 100 fois le carburant embarqué aujourd’hui. Même si on parvenait à améliorer considérablement les batteries, on ne peut guère diminuer ce chiffre d’un facteur 10, en restant très optimiste.
Quant aux avions aux ailes recouvertes de cellules photovoltaïques, personne n’envisage sérieusement des vols intercontinentaux de tels avions avec une ou plusieurs centaines de passagers. Extrapoler le Solar Impulse aux gros porteurs est irréaliste. En supposant (cas optimiste) que l’énergie fournie par les panneaux photovoltaïques soit la même que ce qui est fourni par le kérosène par passager, il faudrait environ 280 m2 de panneaux par passager. Soit, pour un avion du type A380, une aile de 400x400 m2. Les aérogares devraient être étendues considérablement. Quant à l’aérodynamisme, il y aurait de formidables défis à relever. Bien entendu, ces aires correspondent à des vols de jour, avec le Soleil à la verticale de l’avion. Il n’est pas question que ces avions volent de nuit, voire à l’aube ou au crépuscule.

Les avions
A part la propulsion, divers travaux visent à l’amélioration de l’avion lui-même. Meilleur aérodynamisme pour la diminution de la consommation et la diminution de la traînée, allègement par l’utilisation de matériaux composites, gestion de l’énergie à bord sont autant de voies étudiées. Dans les avions, une partie du kérosène sert à autre chose que l’alimentation des moteurs, comme le fonctionnement électrique, l’aération et l’épuration de l’air, etc. En 2008, Airbus et German Aerospace Center ont présenté le premier avion de ligne équipé de piles à combustible. Il ne s'agit évidemment pas de propulser l'avion, mais de remplacer la petite turbine de secours (appelée RAM air turbine) destinée à fournir l'énergie nécessaire aux équipements hydrauliques et électriques de l'avion en cas de défaillance moteur en plein vol. L'objectif suivant sera de remplacer le générateur auxiliaire (nommé APU, pour Auxiliary Power Unit) qui fournit l'énergie lorsque l'avion est au sol. De nombreuses autres utilisations sont possibles.

Le cycle de vie
Un avion « vert » se doit aussi d’économiser autant que possible les matériaux dont il est construit. Par exemple, Airbus a mis sur pied le programme Pamela, destiné à fabriquer des avions qui seraient recyclables à 85 % et à réduire de 2/3 les déchets produits par le traitement des avions en fin de vie.

Le vol
Une autre manière de diminuer l’empreinte environnementale de l’avion est de diminuer la consommation via des trajectoires spécialement étudiées. Ce qui devrait permettre de diminuer de 5% la consommation des avions et réduire le bruit à l’atterrissage.

La logistique
Enfin, mentionnons la logistique au sol. Ainsi, l’A380 a été développé en collaboration avec une soixantaine de grands aéroports internationaux, afin d’améliorer la compatibilité avec les infrastructures au sol. Cela permet, grâce à un concept de cabine et les infrastructures au sol, une amélioration des temps de charge/décharge des passagers, et, ainsi de diminuer le temps passé par l’avion au sol. Ajouté à la grande capacité de l’avion, cela devrait, selon les constructeurs, augmenter le nombre de passagers et la rentabilité des aéroports.

L’avion « vert » : un leurre ?
Comme on le voit, en jouant sur de nombreux facteurs, les avions commerciaux du futur devraient voir diminuer leur consommation de carburant et leur empreinte écologique. Les programmes dédiés à ce but sont évidemment coûteux. Par exemple, en France, le CORAC (Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile) a lancé en mars 2009 une feuille de route technologique pour accélérer la R&D aéronautique d'ici à 20 ans. Elle identifie ''aussi les jalons technologiques ainsi que les plateformes intégrées de démonstration dont la réalisation est indispensable pour atteindre ces objectifs'' environnementaux. Plus de 1,5 milliards d’Euros seraient nécessaires, à prendre dans le « Grand Emprunt » de l’état français.
On peut cependant se demander si l’avion « vert » n’est pas un leurre. Certes, dans le cas des avions « de loisirs », réaliser des avions verts est réaliste, comme nous l’ avons discuté précédemment.
Pour les avions commerciaux, c’est moins sûr. En effet, le secteur veut diminuer l’empreinte CO2 des avions de 50% d’ici 2020. Mais, entre-temps, on prévoit un accroissement substantiel du nombre de vols. De plus, on s’attend, avec l’arrivée du « pic pétrolier » et/ou de la croissance de la demande en pétrole des pays émergents (BRIC [8]), à une augmentation du prix du kérosène. L’Agence internationale de l’Energie, dans son rapport paru en novembre 2008, a révisé à la hausse ses prévisions de prix du baril pour 2030 : 200 $. On a vu, lors de la crise pétrolière de 2007-2008, les effets que cela a engendré sur le secteur. A ce prix, certains prédisent la fin de l’aviation « low cost », ainsi que la remise en question, par les consommateurs, des voyages touristiques lointains. Arrivera-t-on à diminuer la consommation suffisamment avant la prochaine crise ? Rien n’est moins sûr.
Quant à réduire à zéro les émissions de CO2 du secteur en 2050, c’est pure démagogie. En effet, il n’y a aucune alternative crédible au pétrole dans les avions. Les biocarburants seront en trop faible quantité pour remplacer une partie substantielle de la flotte actuelle.
Or, il faut plusieurs décennies pour remplacer une flotte d’avions par des nouveaux. Une récente étude allemande montre que les nettes améliorations ne voient le jour qu’avec de nouvelles générations d’avions. Après l'A380 et le Boeing 787, qui présentent déjà des améliorations importantes, l'efficacité ne sera accrue qu'avec leurs successeurs, autrement dit vers 2020. La part de ces appareils dans la flotte totale sera alors relativement faible. En supposant que tous les problèmes liés aux biocarburants de troisième génération (y compris le prix) puissent être résolus rapidement – ce qui demandera d’importants efforts de recherche et développement et un financement adéquat -, la flotte d’avions nouveaux ne serait pas renouvelée avant 2050, soit bien après que le pétrole ne soit devenu rare et hors de prix.

En conclusion
L’aviation commerciale est très dépendante du pétrole. Aucune alternative crédible au pétrole n’existe, pour alimenter une flotte d’avions comparable à la flotte actuelle. Vu l’épuisement des ressources de pétrole « bon marché », même si le secteur désire se faire une image de secteur « vert » et diminuer son impact environnemental, il reste très fragile et menacé à (plus ou moins court ou long) terme. L’avion « vert » est un leurre.
Etant donné le poids économique du secteur et des secteurs associés, il est temps de finir de se masquer les yeux et de prendre les mesures adéquates.

[1] www.aviation-verte.org
[2] Le secteur est reluctant à parler de la fin du pétrole, voire de l’envol prématuré du prix du baril. Pourtant, si les prix s’envolaient trop tôt (comme en 2007-2008), le secteur de l’aviation serait en grande difficulté. Une hypothèse clairement rejetée par les lobbies de l’aviation, du commerce international, du tourisme, des pétroliers.
[3] Ce qui sous-entend que, en 2050, le secteur considère que l’ère du pétrole pour l’aviation sera terminée.
[4] Le jatropha est un petit arbre appartenant à la famille des Euphorbiacées. La plante fournit des graines oléagineuses en grande quantité et se développe sur des sols semi-arides. Sa culture ne nécessite donc pas de déforestation (ndlr).
[5] M. Wautelet, D. Duvivier, P. Brocorens, Les avions survivront-ils au pétrole ?, Athena, Vol. 247 (janvier 2009), 237-241
[6] … ou un vingtième de la superficie des terres cultivées au niveau mondial (28 millions de km2).
[7] La longueur des côtes de l’UE est de 66.000 km. Il faudrait donc un parc de micro-algues équivalent à une largeur de 1 km le long des côtes européennes.
[8] Abréviation de Brésil, Russie, Inde, Chine.