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Les multiples potentiels de l’hydrogène pour décarboner l’aviation

La pertinence de l’e-kérosène dépend de la disponibilité d’électricité renouvelable

Le kérosène est produit par le procédé Fischer-Tropsch, dans lequel l’hydrogène et le CO2 provenant de l’industrie, de la biomasse ou du captage direct de l’air sont convertis thermiquement en gaz de synthèse (un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone). Le gaz de synthèse subit ensuite une série de réactions catalysées par le fer pour synthétiser le kérosène. Comme la réaction produit également un mélange de gaz combustibles, de naphte et d’autres coproduits, ce processus est assez inefficace, et 1,7 tonne d’hydrogène est nécessaire pour produire 1 tonne d’e-kérosène. [11]

Dans le scénario 1, avec le mix électrique français actuel, la production et la combustion de l’e-kérosène émettraient 55 % de CO2 de plus que le kérosène standard. Par conséquent, l’e-kérosène ne réduit les émissions de CO2 de l’aviation que lorsque l’hydrogène est produit à partir d’électricité renouvelable. Cependant, comme le montre l’illustration, les quantités d’électricité renouvelable nécessaires sont considérables, puisque 50 % de la capacité actuelle de production d’énergie près photovoltaïque et éolienne devrait être consacrée à la production d’e-kérosène pour l’aviation. L’autre solution consistait à importer de l’e-kérosène de pays disposant d’une capacité de production d’hydrogène renouvelable beaucoup plus importante, comme l’Amérique du Sud. Cela nécessiterait toutefois de créer les infrastructures nécessaires, telles que des actifs de liquéfaction de l’hydrogène. [12]

D’autre part, dans le scénario 2, la combustion directe de l’hydrogène nécessite moins d’hydrogène, donc moins d’électricité et d’émissions de CO2eq (-90 % par rapport au kérosène avec le mix électrique français). Cependant, bien que des avions fonctionnant à l’hydrogène par combustion directe aient déjà été développés, par exemple en 1980 en URSS, ils ne sont pas disponibles techniquement et commercialement. Airbus prévoit les premiers vols commerciaux de son avion ZEROe pour 2035. Cela s’explique par les nombreux défis techniques qui doivent être relevés.

Les défis de la propulsion à l’hydrogène

Tout d’abord, l’hydrogène gazeux est hautement inflammable et crée des mélanges explosifs avec l’air et l’oxygène, de sorte que des réglementations strictes et des certifications de sécurité sont nécessaires avant d’utiliser ce carburant pour l’aviation [13]. Cependant, le principal problème de l’hydrogène est sa densité énergétique volumétrique, qui est trois fois inférieure à celle du kérosène pour l’hydrogène liquide stocké à -253°C, et sept fois inférieure pour l’hydrogène gazeux [1]. Par conséquent, le stockage de l’hydrogène nécessite au mieux trois fois plus d’espace que le kérosène pour le même vol. Cela signifie que la faible densité énergétique de l’hydrogène le rend moins adapté aux vols longs-courriers, par rapport aux carburants de synthèse (SAF).

Cependant, certaines recherches sont en cours pour résoudre ce problème, par exemple en plaçant les réservoirs d’hydrogène dans le fuselage de l’avion et en hébergeant leur masse grâce à l’utilisation de matériaux légers. Les turbines à hydrogène sont également en train d’être optimisées, afin d’obtenir de très faibles émissions de NOx tout en ayant un rendement élevé. [2]

Les aéroports représentent un autre défi pour l’adoption de la propulsion à l’hydrogène, car ils doivent également être adaptés de manière significative, avec des installations de stockage, de distribution et même de production à développer, avec tous les défis de sécurité liés à l’hydrogène. Le Groupe ADP, qui gère les aéroports parisiens, a lancé un appel à projets hydrogène en février 2021, et a retenu 11 projets sur le stockage, le transport et la distribution de l’hydrogène, ainsi que la diversification des usages de l’hydrogène dans l’aéroport et l’économie circulaire autour de l’hydrogène.

Sur la base de ces conclusions, les objectifs de réduction des émissions à moyen terme de l’industrie aéronautique ne peuvent être obtenus qu’avec les carburants de synthèse, et il est nécessaire en parallèle que l’industrie aéronautique investisse immédiatement dans les technologies de l’hydrogène pour tenir ses objectifs nets zéro à long terme. On peut s’attendre à ce que, d’ici 2050, un mélange de ces solutions soit utilisé. Ce mélange comprendra probablement la propulsion à l’hydrogène pour les courtes et moyennes distances, et les SAF pour les vols plus gourmands en énergie. Mais cela nécessitera d’importants investissements dans la recherche et le développement, ainsi que des changements réglementaires pour garantir des vols à l’hydrogène sûrs et économiques.

Annexe : paramètres de l’étude de cas

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