Voici trois exemples d'avions électriques expérimentaux. J'indique le nom de l'aéronef, la nature de ses géniteurs et la forme sous laquelle est fournie l'énergie électrique.
Le Sunseeker II, contruction amateur. Capteurs solaires photovoltaïques et batterie;
Un passionné fortuné et talentueux s'est construit cette merveille volante. C'est le capitaine Némo des cieux!
La Souricette à batterie de Electra, PME/start-up. Batteries LiPo;
Son premier vol avait était fortement médiatisé en france il y a deux ans. Il avait été décrit par la presse comme "le premier avion électrique".
L'Antarès à pile à combustible, groupement industriel. Hydrogène sous pression.
Plusieurs industriels se sont associés pour financer ce projet dans le but d'explorer les possibilités offertes par cette formule.
La pile à combustible est dans l'un des bulbes et le réservoir d'hydrogène est dans l'autre.
Et deux exemples d'"avions" électriques commercialisés:
Antares 20E. Batterie.
Le Silent Glider - E (voir sur silentfamily.de). Batterie
Que du léger quoi!!
Le problème ne vient pas de la motorisation électrique mais plutôt de la façon dont est stockée (ou fournie) l'énergie électrique.
LE MOTEUR ELECTRIQUE
Pour ce qui est de la motorisation électrique, je pense que le moteur électrique en lui même est meilleur que la turbine (et que le moteur à piston) en de nombreux points:
- silence
- pas de rejets
- simplicité de fabrication ayant pour conséquences:
- pas besoin d'entretien (conséquence 1)
- haute fiabilité (conséquence 2)
- haute durée de vie (conséquence 3)
- prix d'achat faible (conséquence 4)
- puissance massique >5kW/kg ie du même ordre de grandeur qu'une turbomachine
- plus compact aussi
- plage de vitesse nominale très large suivant l'application (voilure tournante, hélice, fan ou compresseur); typiquement de 100rpm à 100000rpm mais ça a bien sûr des conséquences sur les dimensions et aussi un peu sur la puissance massique dans les cas extrèmes.
- rendement proche de 100% (pour un gros moteur)
BATTERIES
Pour ce qui est du stockage/fourniture de l'énergie électrique c bien le pb. Les technologies ne sont pas matures (cf pile à combustible et Li-Ion) et leurs performances sont loin d'être suffisantes pour l'aéronautique, aussi bien en terme de puissance massique et volumique (W/kg et W/L) que d'énergie massique (W.h/kg ou J/kg).
A titre de comparaison,
- le pétrole c'est 10kW.h/kg c'est à dire qu'avec 1t de pétrole (ou de kéro) on peut faire tourner un turboréacteur de 10MW pendant 20min (hé oui son rendement est de l'ordre de 30%!)
- une batterie au Litium c'est 160W.h/kg cad qu'avec 1t de batterie on peut faire tourner un moteur électrique de 10MW pendant 1min.
Pas de miracles à attendre de ce côté là! :non: Les seuls applications envisageables à court terme sont le vol à voile et à moy en terme l'aviation légère de loisir.
De plus le Li-Ion n'est pas une technologie mature en terme de sûreté de fonctionnement. Néanmoins cela va changer car l'industrie automobile prépare une révolution. Tous les grands groupes automobiles prévoient de mettre sur le marcher un ou plusieurs véhicules/motorisations électriques entre 2010 et 2015.
PANNEAUX SOLAIRES
Les panneaux solaires c même pas la peine d'y penser. Ok 0,2mm de silicium réparti sur toute une voilure ça pèse rien mais ça fournie rien non plus. Il faudrait une voilure immense pour capter assez d'énergie.
Exemple pour un liner (genre A320): ses moteur consomment 10MW. Pour fournir 10MW un beau jour d'été avec des panneaux solaires il faut ça:
ou ça:
Sur un engin très léger, très lent avec une charge alaire très faible et une bonne finesse ça devient limite exploitable. Par exemple pour un planeur ultra léger ou pour un deltaplane qui seraient recouverts de panneaux solaires ça pourrait voler et même prendre de l'altitude avec un bon soleil au zénith (mais certainement pas décoller
)! Typiquement pour une charge alaire <100g/m2 avec un taux de chute de 0,5m/s et en tenant compte du rendement du système électrique et de la propulsion ça marche!
Et enfin, last but not least LA PILE A COMBUSTIBLE
L'hydrogène c miraculeux. Ce n'est pas pour rien que plusieurs de mes prof étaient fascinés par les possibilité que cet atome offre en matière de production/stockage d'énergie. L'hydrogène c merveilleux. Enfin, en théorie
L'hydrogène se combine avec l'oxygène de l'air pour fournir de l'énergie et de l'eau. On peut la récupérer en réalisant cette réaction dans un moteur à combustion cad un moteur à piston ou une turbine pour fournir de l'énergie mécanique mais ce n'est pas le sujet de l'article. On peut aussi l'utiliser dans une pile à combustible pour fournir de l'électricité et ne rejeter aucun polluant puisque la réaction chimique à lieu à 90°C. Ca c'est le sujet de l'article
Son énergie massique est de 40kWh/kg soit 3 fois plus que l'essence !! Mais sa densité d'énergie volumique (sous forme liquide) est 4 fois moindre. http://www.cnr.ac.ma/teer/themes/articlehydrogene.html
Ce qui se traduit par: besoin d'emporter 3 fois moins de carburant pour un trajet donné mais nécessité d'avoir des réservoirs 4 fois plus volumineux si on veut l'utiliser sur un avion à motorisation classique (mais modifiée quand même pour pouvoir utiliser l'hydrogène à la place du kérosène)!
En terme de masse et compacité, la pile à combustible est comparable à un moteur à piston. Comme lui, elle nécessite beaucoup de systèmes auxiliaires pour fonctionner et pour atteindre l'état de l'art en terme de performance. Elle est néanmoins silencieuse et fonctionne à basse température. Son rendement est par contre nettement supérieur (50% contre 35%).
En gros on peut dire que moteur à piston et pile à combustible ça se vaut.
Hélas, ce n'est pas une technologie mature, loin de là. Si il a fallu 10 ans en temps de guerre pour voir les turboréacteurs il en faudra peut-être 30 pour voir les piles à combustibles voler; à condition qu'elles présentent un avantage attractif qui motiverait leur développement.
PROSPECTIVES
Je pense que l'apparition et la maturation de ces technologies dans le monde de l'automobile fera des petits dans celui de l'aviation. Néanmoins ça se cantonnera à l'aviation légère. Rien à attendre sur les liners!
