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Aviation décarbonée : premier essai en vol réussi pour le Drone Mermoz propulsé à l’hydrogène

Date de publication

10 février 2023

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Décarbonation

Développement Durable

Courant janvier, le premier démonstrateur « Drone Mermoz » embarquant de l’hydrogène gazeux, développé par l’ISAE-SUPAERO en partenariat avec H3 DYNAMICS, a effectué avec succès son premier vol radiocommandé sur la piste du club d’aéromodélisme de Muret en région toulousaine (31).

Démonstrateur "Drone Mermoz"

Le démonstrateur, de 4 mètres d’envergure, présente un design inspiré des albatros qui exploitent les turbulences atmosphériques pour voler très longtemps en limitant leurs efforts. La route sera longue pour le « Défi Mermoz » qui ambitionne de réaliser, à l’horizon 2025, une traversée de l’Atlantique Sud sur la ligne mythique de l’Aéropostale, reliant Dakar (Sénégal) à Natal (Brésil), ouverte par Jean Mermoz.

Véritable défi, en effet, pour ce futur drone électrique léger, en totale autonomie et sans émettre de CO2. L’objectif de cet exploit est de démontrer la faisabilité et la fiabilité de cet aéronef propulsé électriquement par un ensemble énergétique alliant pile à combustible et panneau photovoltaïque, capable de voler sur de très grandes distances et suffisamment léger pour entrer dans la catégorie de certification française des vols hors vue.

L’hydrogène liquide, véritable saut technologique

L’hydrogène est un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs pour décarboner l’aviation. Pour les drones, la propulsion hydrogène-électrique va avant tout permettre d’étendre les performances de ces aéronefs en augmentant significativement leur autonomie. Cela réduira les coûts d’activités aériennes aujourd’hui onéreuses et chronophages : recherche de naufragés en mer, surveillance de vastes étendues comme les territoires boisés pour identifier par exemple des départs de feux, missions de cartographie ou d’inspection de grands réseaux linéaires (lignes électriques, voies ferrées, gazoducs…).

Courant 2023, l’ISAE-SUPAERO développera une version de drone à hydrogène liquide. Stocker l’hydrogène sous forme liquide permet en effet de tripler la quantité d’hydrogène embarquée pour le même volume, ce qui permet de multiplier d’autant la distance franchissable. Le passage du gaz au liquide soulève toutefois un certain nombre de défis techniques : l’enjeu est de maîtriser le stockage et le contrôle thermique du fluide à bord, et d’optimiser les flux d’énergie disponibles (solaire, hydrogène, aérologique), tout en maintenant un haut niveau de fiabilité et de performances aéropropulsives. Cette nouvelle phase de développement se clôturera avec des essais en vol qui se dérouleront début 2024.

Du drone au défi Mermoz, des contributions d’expert à chaque étape

Le projet est initié en 2018 par une équipe de chercheurs de l’ISAE-SUPAERO dirigée par le professeur Jean-Marc Moschetta, qui a travaillé à la conception aérodynamique et propulsive des démonstrateurs, à la modélisation énergétique de la chaîne à hydrogène et conduit la phase d’essai en soufflerie sur le campus.

H3 Dynamics, leader mondial des systèmes propulsifs hydrogène-électrique aéroportés, partenaire du « Drone Mermoz » a de son côté contribué à financer la fabrication des deux démonstrateurs, fourni le système pile à hydrogène et apporté son expertise associée à l’intégration, l’usage et la sécurité de l’hydrogène à bord de l’aéronef.

À cette étape, de nombreux acteurs ont également collaboré : H2PULSE, le laboratoire Laplace, le lycée Nogaro, l’Ecole Nationale de la Météorologie (Météo-France), l’ENAC, le LAAS-CNRS, et le club aéromodélisme Eole Muret. Le projet a été cofinancé par la Région Occitanie et le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER), et H3 Dynamics en tant que partenaire industriel. Il a bénéficié du soutien de la Fondation ISAE-SUPAERO qui, grâce aux donateurs du Class Gift Inter-Promotions 2020-2000-1980, a recueilli un financement pour contribuer à l’achat de matériel pour faire voler le démonstrateur.

Pour ce projet précurseur « Drone Mermoz », nous réalisons un travail académique important sur la chaîne hydrogène. Nous ambitionnons de faire valider les modèles développés lors de cette phase pour qu’ils puissent être utilisés pour des avions de plus grande échelle. Ces travaux nous permettent par ailleurs d’enrichir les enseignements dispensés à nos étudiants et de les préparer aux technologies de rupture destinées à l’aviation décarbonée » explique Jean-Marc Moschetta.

La suite pour la grande aventure s’écrit « Défi Mermoz » et elle sera pilotée avec la société DELAIR, spécialiste de la conception et la fabrication de plusieurs générations de drones professionnels.

Une première mondiale qui reposera sur des technologies de rupture, qui s’inscrivent dans la feuille de route vers une aviation décarbonée.

Jean-Marc Moschetta Professeur ISAE-SUPAERO

Des travaux sur la décarbonation de l’aviation récompensés par l’American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

Date de publication

01 février 2023

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Décarbonation

Développement Durable

Présentation

L’AIAA est un acteur majeur dans le domaine de l’aéronautique et cette récompense est un prix « technique » remis par des experts comme Boeing, la NASA et bien d’autres, parmi une centaine de papiers internationaux présentés.

C’est un prix annuel assez rarement remis à un acteur européen. C’est une très belle reconnaissance pour l’ISAE-SUPAERO et l’ONERA souligne Paul Saves.

Ce prix récompense les travaux de deux départements de recherche de l’ISAE-SUPAERO, en optimisation numérique du DISC (Prof. Y. Diouane), en conception optimale multidisciplinaire du DMSM (Prof. J. Morlier). Les résultats obtenus sur un avion hybride électrique type DRAGON sont très encourageants pour décarboner l’aviation en réduisant la pollution induite et la consommation notamment.

Ce prix est le fruit d’une collaboration fructueuse avec Polytechnique Montréal et l’ONERA dans le cadre de la thèse de doctorat de Paul Saves. Il récompense aussi une collaboration historique, depuis 2011 entre l’ONERA et l’ISAE-SUPAERO sur la thématique de l’optimisation par modèles de substitutions pour la MDO et la conception avion, avec les ingénieurs de recherche de l’ONERA Toulouse, Nathalie Bartoli et Thierry Lefevbre.

Résoudre un problème d’optimisation à moindre coût calculatoire

Paul voulait travailler dans l’aéronautique, étant toulousain, il était au bon endroit. Après son diplôme d’ingénieur INSA GMM (Génie Mathématique et Modélisation), il a fait un master ENAC pour travailler spécifiquement en optimisation dans le domaine aéronautique. Se trouvant encore jeune, il en a profité pour faire un peu de recherche, et c’est à l’ISAE-SUPAERO et à l’ONERA, qui sont à ses yeux d’excellents laboratoires, qu’il a trouvé son poste de doctorant. Sa thèse porte sur le même domaine que le papier primé, l’optimisation avant-projet de concept avion plus respectueux de l’environnement. L’idée est ici d’optimiser numériquement la forme et/ou les configurations électriques de l’avion le plus rapidement possible. Un calcul numérique peut être très gourmand en énergie et en temps de calcul et l’un des buts subsidiaires est d’optimiser l’appel aux modèles coûteux en les évaluant aussi peu que possible. L’optimisation est donc une thématique personnelle qui anime Paul depuis longtemps.

Le titre de sa thèse est, Optimisation bayésienne pour des variables mixtes à l’aide d’un processus adaptatif de réduction des dimensions : applications à la conception d’avions.

Des travaux que Paul résume ainsi :

Les méthodes d’optimisation de conception multidisciplinaire visent à adapter les techniques d’optimisation numérique à la conception de systèmes d’ingénierie impliquant plusieurs disciplines. Dans ce contexte, un grand nombre de variables mixtes continues, entières et catégorielles peuvent apparaître pendant le processus d’optimisation et les applications pratiques impliquent un grand nombre de variables de conception. Récemment, l’optimisation bayésienne sous contrainte de variables mixtes a suscité un intérêt croissant, mais la plupart des approches existantes augmentent considérablement le nombre d’hyperparamètres liés au modèle de substitution.

Dans cet article, nous abordons ce problème en construisant des modèles de substitution utilisant moins d’hyperparamètres. Le processus de réduction est basé sur la méthode des moindres carrés partiels. Une procédure adaptative pour choisir le nombre d’hyperparamètres est proposée. Les performances de l’approche proposée sont confirmées par des tests analytiques ainsi que par deux applications réelles liées à la conception d’avions.

Pour aller encore plus loin, son papier est ici : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03514915/ ! Et le cœur du travail est disponible en open source ici : https://github.com/SMTorg/smt

Ce prix a fait l’objet d’un article dans la revue Aerospace America et sur Aerospace Research Central. Il est déjà listé dans les meilleurs papiers en MDO et conception avion par l’AIAA. Une nouvelle présentation des travaux de Paul Saves a eu lieu en janvier au National Harbor, près de Washington, devant de nombreux industriels et experts techniques comme la NASA et Boeing, mais aussi des entreprises de l’aérospatial non américaines comme Airbus, Aurora, Leonardo, ATR,…

Témoignage de Nathanaël Lecompte, alumni promotion 2021 du cursus ingénieur généraliste

Date de publication

18 janvier 2023

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Alumni

Développement Durable

Témoignage

Nos alumni ont la parole : Rencontre avec Nathanaël Lecompte (S2021)

Pouvez-vous nous présenter votre parcours ?

J’ai un parcours académique assez classique, baccalauréat scientifique, prépa et concours Mines Ponts, j’ai intégré l’ISAE-SUPAERO en 2017. En deuxième année, je suis parti en semestre de substitution à l’Université Politehnica de Bucarest en Roumanie afin de découvrir l’Europe de l’Est.

Pendant mon année de césure, j’ai réalisé un stage à la Stratégie et Développement chez EDF, c’est aussi là-bas que j’ai développé mon appétence pour les EnR (Energies Renouvelables). Fort de cette expérience, j’ai décidé d’orienter mes recherches de stage de fin d’études dans une entreprise du secteur, j’ai alors contacté un alumni qui travaillait dans ce domaine et il m’a conseillé ELYS. Ce stage m’a beaucoup apporté et j’ai décidé d’y débuter ma carrière. L’esprit PME me convenait parfaitement : très agile avec suffisamment de cadre pour progresser vite, mais qui laisse aussi une certaine liberté.

Quelles fonctions occupez-vous aujourd’hui chez ELYS ?

Elys est une PME de 35 personnes spécialisée dans la maîtrise d’œuvre et l’assistance à maîtrise d’ouvrage dans le domaine des EnR. Elle intervient en particulier dans le domaine de la construction d’infrastructures d’EnR : parcs éoliens, parcs photovoltaïques et postes de transformation HTB (Haute tension) /HTA (Moyenne Tension) privés. Nous accompagnons nos clients dans la conception et la réalisation de leurs projets.

Je suis rattaché à l’agence de Paris où j’exerce les fonctions de responsable raccordement et projets HTB. Je m’occupe de la conception et de la réalisation de postes privés HTA/HTB pour le raccordement des parcs d’énergies renouvelables sur le réseau de transport d’électricité RTE.

En quoi la formation à l’ISAE-SUPAERO vous a aidé dans ce parcours ?

Je pense que le tronc commun à l’Institut permet d’avoir un regard pluridisciplinaire sur un projet complexe. Les étudiants et alumni ont une capacité importante à apprendre rapidement sur des sujets pour lesquels ils sont initialement néophytes. C’est un réel atout que l’école a pu me donner. Quand nous sortons de l’école, nous ne sommes pas spécialistes de tous les sujets mais nous avons appris à monter en compétences.

Lorsque je suis arrivé à l’Institut, je n’étais pas particulièrement au fait des enjeux environnementaux, mais j’ai senti que ces problématiques étaient très présentes chez les étudiants et dans la formation, et j’ai pu être témoin de cette évolution tout le long de mon parcours. Comme nous sommes dans une école flexible, elle s’adapte aux enjeux sociétaux et environnementaux. C’est une force aujourd’hui. Cela s’illustre notamment avec la création de la filière ETE (ÉNERGIE, TRANSPORT ET ENVIRONNEMENT) en 2015 et du nombre croissant des élèves qui s’y inscrivent chaque année.

Avez-vous des conseils à donner à nos étudiants ?

Selon moi, une autre force de l’ISAE-SUPAERO, c’est que l’Institut reste une école à dimension humaine avec un environnement de travail bienveillant. De ce fait, je pense que les étudiants peuvent réaliser leurs rêves en s’appuyant sur la Direction de la Formation, sur l’école de façon plus globale et sur le réseau des alumni. Aucun n’élève n’a le même parcours, et l’école a toujours réussi à s’adapter aux projets de chacun pour les accompagner jusqu’à leurs réalisations. Il ne faut pas hésiter à la solliciter !

Les EnR sont un marché avec de gros besoins, il y a des plans sur plusieurs décennies, avec de très importantes perspectives d’emploi. Si des élèves de l’ISAE-SUPAERO sont intéressés dans le domaine des énergies renouvelables pour un stage ou un emploi, qu’ils n’hésitent pas à me contacter sur Linkedin ou par mail.

Pour finir, je pourrais leur conseiller de travailler dans un milieu qui est en accord avec leurs valeurs, il est important pour moi de croire en ce que je fais. Quand on commence à travailler à 23 ans, si on ne croit pas en ce que l’on fait, le temps risque de paraître long !

Nos alumni ont la parole : Rencontre avec Nathanaël Lecompte (S2021)

Date de publication

18 janvier 2023

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Alumni

Tag

Développement Durable

Témoignage

Rencontre avec Nathanaël Lecompte

Pouvez-vous nous présenter votre parcours ?

Pendant mon année de césure, j’ai réalisé un stage à la Stratégie et Développement chez EDF, c’est aussi là-bas que j’ai développé mon appétence pour les EnR (Energies Renouvelables). Fort de cette expérience, j’ai décidé d’orienter mes recherches de stage de fin d’études dans une entreprise du secteur, j’ai alors contacté un alumni qui travaillait dans ce domaine et il m’a conseillé ELYS. Ce stage m’a beaucoup apporté et j’ai décidé d’y débuter ma carrière. L’esprit PME me convenait parfaitement : très agile avec suffisamment de cadre pour progresser vite, mais qui laisse aussi une certaine liberté.

Quelles fonctions occupez-vous aujourd’hui chez ELYS ?

Je suis rattaché à l’agence de Paris où j’exerce les fonctions de responsable raccordement et projets HTB. Je m’occupe de la conception et de la réalisation de postes privés HTA/HTB pour le raccordement des parcs d’énergies renouvelables sur le réseau de transport d’électricité RTE.

En quoi la formation à l’ISAE-SUPAERO vous a aidé dans ce parcours ?

Je pense que le tronc commun à l’Institut permet d’avoir un regard pluridisciplinaire sur un projet complexe. Les étudiants et alumni ont une capacité importante à apprendre rapidement sur des sujets pour lesquels ils sont initialement néophytes. C’est un réel atout que l’école a pu me donner. Quand nous sortons de l’école, nous ne sommes pas spécialistes de tous les sujets mais nous avons appris à monter en compétences.

Avez-vous des conseils à donner à nos étudiants ?

Selon moi, une autre force de l’ISAE-SUPAERO, c’est que l’Institut reste une école à dimension humaine avec un environnement de travail bienveillant. De ce fait, je pense que les étudiants peuvent réaliser leurs rêves en s’appuyant sur la Direction de la Formation, sur l’école de façon plus globale et sur le réseau des alumni. Aucun n’élève n’a le même parcours, et l’école a toujours réussi à s’adapter aux projets de chacun pour les accompagner jusqu’à leurs réalisations. Il ne faut pas hésiter à la solliciter !

Pour finir, je pourrais leur conseiller de travailler dans un milieu qui est en accord avec leurs valeurs, il est important pour moi de croire en ce que je fais. Quand on commence à travailler à 23 ans, si on ne croit pas en ce que l’on fait, le temps risque de paraître long !

L’ISAE-SUPAERO et l’ENAC collaborent à la conception d’une formation diplômante 100% digitale en anglais sur le sujet des transitions de l’aviation !

Date de publication

03 janvier 2023

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Formation

Tag

Décarbonation

Développement Durable

L’ISAE-SUPAERO et l’ENAC forment, autour des enjeux de l’aérospatial et du transport aérien, des ingénieurs de haut niveau scientifique, humanistes, innovants et capables de maîtriser la complexité des défis du monde de demain. Développant chacun des thématiques très complémentaires au sein du secteur de l’aéronautique, ils travaillent aujourd’hui sur une nouvelle formation de type Mastère Spécialisé® sur le sujet des transitions de l’aviation, qui sera diplômante et 100 % en ligne !

L’aviation, comme tous les secteurs d’activité humaine, doit dès à présent fortement accentuer ses efforts pour accompagner la réduction de son empreinte environnementale, en particulier pour maintenir l’augmentation de la température mondiale à un niveau inférieur à 2 °C à horizon 2050 (engagement de l’OACI).

Ces efforts doivent porter sur toutes les composantes, depuis les innovations et ruptures technologiques jusqu’aux opérations aériennes, en passant par la conception des systèmes et l’établissement de nouveaux standards. Cela nécessite que le secteur aéronautique actuel (environ 300 000 personnes en France) se forme et acquière de nouvelles compétences immédiatement mobilisables. Les professionnels du secteur doivent donc se voir proposer des formations adaptées à ces besoins !

Pour y répondre, l’ISAE-SUPAERO et l’ENAC viennent de lancer la création d’un nouveau programme de formation qui ciblera les ingénieurs aéronautiques expérimentés souhaitant intégrer pleinement les transitions actuelles et à venir dans leur activité.

Ces transitions recouvrent la transition écologique, véritable défi collectif auquel l’aviation contribue à l’instar d’autres secteurs, mais également des défis technologiques et opérationnels.

Le lancement du Mastère Spécialisé®, prévu à horizon 2026, sera précédé d’autres programmes de formation à distance, plus courts et complémentaires, proposés sur cette même thématique.

Classement des grandes écoles les plus engagées dans la transition écologique : L’ISAE-SUPAERO à la 2ème place !

Date de publication

03 novembre 2022

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Institut

Tag

Classement

Développement Durable

L’ISAE-SUPAERO sur le podium

58 établissements ont participé cette année au classement ChangeNOW/Les Echos START, contre 47 l’an dernier.

Avec de nombreuses actions et initiatives en matière de développement durable et de rénovation énergétique notamment, l’ISAE-SUPAERO, école d’ingénieur aéronautique et spatial, occupe la 2ᵉ position du classement. L’Institut reconnait cette transition écologique et énergétique comme étant une exigence incontournable pour l’ensemble de nos sociétés pour faire face au réchauffement climatique.

❝ Tous nos étudiants sont formés à la Fresque du climat. Depuis 2015, nous proposons un certificat d’ingénierie environnementale dispensé dans le cadre de la chaire « éco-conception des aéronefs ». Nous proposons également 15 modules différents sur les questions environnementales, notamment sur l’énergie ou l’économie circulaire. Il y a aussi une formation que nous proposons sur le climat et l’aviation, en partenariat avec Météo-France. Plusieurs projets pour améliorer et compléter nos formations sont en cours, comme la création d’un master spécialisé dans la transition du secteur aérien ❞

Emilie TOTA – Directrice générale adjointe de l’Institut

❝ Ce que nous pouvons dire, en tant qu’ingénieurs aéronautiques, c’est que si le défi technologique et industriel est majeur, il est tout à fait commensurable avec ceux que nos prédécesseurs ont relevé. Nous avons maintenant 30 ans pour décarboner le transport aérien, et si l’histoire est un guide, elle doit nous rendre optimiste sur notre capacité à y parvenir. ❞
Olivier LESBRE – Directeur Général de l’ISAE-SUPAERO

L’ISAE-SUPAERO s’engage durablement

L’ISAE-SUPAERO place les enjeux environnementaux au cœur de son engagement avec le déploiement de sa stratégie HORIZONS. L’Institut mobilise ainsi ses compétences pédagogiques et son expertise scientifique pour contribuer à construire les composantes aéronautique et spatiale de cette société durable et en particulier pour inventer le transport aérien décarboné de demain.

Ses enseignants chercheurs, ses étudiants et l’ensemble de son personnel, poursuivent le même objectif pour relever le challenge de la transition écologique : construire, avec l’ensemble des acteurs, une société durable.

L’ISAE-SUPAERO publie son référentiel Aviation et Climat

En septembre 2021, l’Institut publiait le référentiel Aviation et Climat de l’ISAE-SUPAERO qui a pour vocation de fournir des éléments scientifiques utiles à la compréhension des enjeux aviation et climat. Ces travaux ont été soumis à un processus de relecture spécifique, intégrant à la fois du personnel de l’ISAE-SUPAERO et des chercheurs extérieurs issus de différents instituts.

> Pour les consulter en ligne et les télécharger

Référentiel Aviation et Climat / Synthèse du référentiel

L’engagement des étudiants ISAE-SUPAERO autour du Développement Durable ISAE-SUPAERO

Date de publication

24 janvier 2022

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Décarbonation

Développement Durable

L’engagement des étudiants ISAE-SUPAERO autour du Développement Durable ISAE-SUPAERO

Neutralité carbone : Quelle stratégie pour l’ISAE-SUPAERO ?

Date de publication

06 janvier 2022

Catégorie

Institut

Tag

Développement Durable

Les émissions de gaz à effet de serre et l’enseignement supérieur, on en est où ?

Comme le rappelle la publication récente de la 1ʳᵉ partie du VIᵉ rapport du GIEC, les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’humanité devront radicalement se réduire dans les prochaines années au risque de connaitre des changements climatiques majeurs. Aujourd’hui, l’enseignement supérieur français concerne entre 2,5 et 3 millions d’étudiants répartis dans différentes structures (communautés d’universités et d’établissements, universités, grandes écoles…). L’ensemble de ces structures consomment énergie…

En savoir plus sur la corrélation entre les émissions à effet de serre et l’enseignement supérieur

Stratégie bas carbone : L’ISAE-SUPAERO, quelle méthode ?

Il est nécessaire d’avoir une méthode claire pour prendre en compte les impacts climatiques des établissements d’enseignement supérieur. Au travers de cet article, nous souhaitons détailler celle appliquée en interne à l’ISAE-SUPAERO dans le double objectif d’être transparent sur notre démarche et de diffuser notre retour d’expérience.

En savoir plus sur la stratégie bas carbone d’ISAE-SUPAERO

L’ISAE-SUPAERO, quels résultats ?

En s’appliquant la méthode évoquée dans l’article précèdent à l’année 2019, nous estimons que nos activités entrainent les émissions d’un peu plus de 10 000 tonnes d’équivalent CO2 par an soit 6 tonnes d’éq-CO2 par étudiant. À titre de comparaison, nous sommes bien loin des objectifs de neutralité visés par l’accord de Paris à l’horizon 2050 (environ 2 tonnes par personne) alors que dans ce calcul, nous ne considérons que la partie induite par les études de notre étudiant.

En savoir plus sur le bilan carbone d’ISAE-SUPAERO en 2019

Objectif de réduction de gaz à effet de serre : quels plans d’action ?

Une fois le bilan carbone réalisé et les postes majeurs identifiés, les étapes suivantes sont d’identifier les leviers de réduction, de se fixer des objectifs en conséquence puis de mettre en œuvre des plans d’action cohérents et ambitieux.
Ces objectifs ne doivent pas être un atout marketing mais répondent à une contrainte réelle : celle de tenter de rester sous les 2°C de réchauffement planétaire (et dans l’idéal de le limiter à 1,5°C) comme prévu par les accords de Paris.

En savoir plus sur les objectifs de réduction de gaz à effet de serre d’ISAE-SUPAERO

L’ISAE-SUPAERO publie son Référentiel Aviation et Climat

Date de publication

08 décembre 2021

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Chercheur

Décarbonation

Développement Durable

L’ISAE-SUPAERO publie un référentiel Aviation et Climat

Date de publication

01 décembre 2021

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Institut

Tag

Développement Durable

Enseignant-chercheur

Ce rapport de 200 pages est le fruit d’un an de travail d’une équipe de 5 enseignants-chercheurs et du responsable du développement durable de l’Institut. Accompagné d’un résumé d’une quinzaine de pages, il s’appuie sur plus de 200 publications scientifiques et sur les derniers rapports des institutions du secteur aéronautique. Les chercheurs ont complété ce référentiel en intégrant les résultats de recherche propres à l’ISAE-SUPAERO. L’ensemble du document a fait l’objet d’un processus de relecture rigoureux en interne et par des experts scientifiques reconnus dans le secteur aérien, la climatologie, l’énergie…

L’écriture de ce rapport de référence a été motivée par les questions relatives à l’impact de l’aviation sur le climat. Peut-on caractériser l’impact de l’aviation sur le climat ? Peut-on comparer les effets CO2 et les effets non CO2 ? Quelles sont les solutions technologiques et pistes d’innovation liées à l’aviation et climat ? Peut-on relier la vitesse d’évolution du trafic aérien à la part du budget carbone consacrée à l’aviation ? Peut-on faire un bilan des ressources énergétiques disponibles ?

Un outil collaboratif

L’objectif de ces travaux n’est pas de prendre parti ni de répondre aux différentes questions évoquées, car les réponses dépendent en grande partie de choix de société et d’évolutions technoéconomiques impossibles à prédire avec certitude.

En revanche, il s’agit de fournir à chacun, à partir de la position de scientifiques, les éléments nécessaires à la construction d’opinions éclairées sur ces questions, aussi objectivement que possible. Les scientifiques espèrent susciter des débats et ainsi participer à l’émergence d’un positionnement collectif sur ces enjeux cruciaux.

Ce référentiel dresse un état de l’art des différents leviers que le secteur aérien peut actionner pour diminuer cet impact environnemental.

Des messages clés pour une aviation décarbonée

Le référentiel Aviation et Climat de l’ISAE-SUPAERO a pour vocation de fournir des éléments scientifiques utiles à la compréhension des enjeux aviation et climat. Il se compose de trois parties principales.

La première présente l’impact de l’aviation sur le climat, ses effets CO2 et non-CO2, tandis que la deuxième partie aborde les leviers technologiques pour le réduire.

Enfin, des scenarios illustratifs de transition pour le secteur aérien sont proposés dans la dernière partie. Celle-ci s’appuie notamment sur CAST, un outil de modélisation innovant développé à l’ISAE-SUPAERO et disponible sur une application web, permettant d’évaluer l’impact climatique de l’aviation en fonction de variables comme le volume de trafic, le rythme des évolutions technologiques ou le taux de décarbonation du carburant utilisé.

Impact climatique de l’aviation : des estimations qui dépendent du périmètre

L’aviation contribue à l’accentuation du réchauffement climatique via ses émissions de CO2 et plusieurs effets non-CO2 comme les traînées de condensation. L’évaluation de l’impact du secteur aérien peut se limiter aux seules émissions de CO2, ou bien considérer l’ensemble des effets. Dans le premier cas, l’aviation commerciale a été responsable de 2,6 % des émissions anthropiques mondiales de CO2 en 2018. Si l’on considère l’ensemble des effets (CO2 et non-CO2), l’aviation commerciale a représenté 5,1 % de l’impact climatique sur la période 2000-2018.

Effets non-CO2 : des stratégies prometteuses

Les stratégies spécifiques de réduction des effets non-CO2 représentent un levier majeur pour limiter l’impact climatique de l’aviation. En raison de la courte durée de vie des effets non-CO2, ces stratégies peuvent être efficaces rapidement. Même si des travaux de recherche sont encore nécessaires pour réduire les incertitudes, ces stratégies pourraient être déployables à brève échéance. Néanmoins, ces mesures ne peuvent pas se substituer aux efforts de réduction des émissions de CO2 du secteur.

Effets CO2 : des opportunités technologiques limitées à court terme

D’ici à 2050, des solutions de rupture permettent d’envisager un avion bas-carbone. À plus court terme, pour diminuer les émissions de CO2 dans les délais impartis par l’urgence climatique, les seuls leviers matures sont les améliorations incrémentales de l’efficacité des avions et l’utilisation des biocarburants. Néanmoins, les améliorations incrémentales sont en passe d’atteindre des limites technologiques, alors que les contraintes de disponibilité énergétique, de capacité de production et de concurrence sur les usages risquent de limiter la disponibilité des biocarburants.

Un arbitrage nécessaire entre le niveau de trafic et la part du budget carbone mondial allouée au secteur aérien

Hormis les leviers technologiques et opérationnels, le niveau de trafic et la part du budget carbone mondial allouée à l’aviation sont les deux paramètres qui déterminent la durabilité d’une trajectoire pour le secteur aérien. Leur valeur doit être fixée par des décisions d’ordre politique. Les limites sur la capacité du secteur aérien à diminuer rapidement ses émissions de CO2 impliquent que, si le trafic croît au rythme envisagé par l’industrie aéronautique, alors il consommera une part plus importante du budget carbone que sa part actuelle des émissions, nécessitant ainsi que d’autres secteurs d’activité réduisent leurs émissions plus rapidement que la moyenne.

Des incertitudes sur la disponibilité énergétique

La décarbonation des carburants pour l’aviation pourrait être limitée par la disponibilité en ressources énergétiques bas-carbone. Leur utilisation massive pourrait alors entraîner un déplacement de problème environnemental, notamment lié à l’usage des sols. De façon générale, il est nécessaire de penser la transition du secteur aérien de manière systémique dans le cadre des limites planétaires.

Des stratégies évolutives

Ce référentiel permet de mettre en avant plusieurs conclusions. Il révèle notamment que la formation de nuages par les traînées de condensation des avions a actuellement un effet plus important sur le réchauffement que leurs émissions de CO2. Il semble cependant possible de réduire radicalement ces trainées de condensation en modifiant les trajectoires d’une faible part des vols : ce sujet, encore peu étudié, doit être approfondi au plus vite. Il existe des solutions techniques et pistes d’innovation pour l’aviation et le climat permettant de réduire très fortement les émissions de CO2 en améliorant encore l’efficacité énergétique des avions et en passant à des carburants bas-carbone. Il faudra néanmoins plusieurs décennies pour développer, industrialiser et déployer ces solutions à l’ensemble de la flotte.

En fonction des scénarios envisageables entre aujourd’hui et 2050, le rapport met en évidence la relation qui existe entre le niveau de trafic aérien des prochaines décennies et la part du budget carbone mondial allouée à l’aviation. Ce document s’adresse aux acteurs du secteur aérien, pour les aider à définir leurs stratégies de décarbonation, tout en contribuant au débat public en offrant l’éclairage le plus objectif possible sur un sujet aussi complexe qu’important.