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À en juger par les conversations récentes que j’ai eues, de nombreuses personnes prévoient bientôt de voler pour la première fois depuis l’arrivée du covid-19. Les voyages en avion devraient encore prendre au moins un an ou deux pour revenir aux niveaux d’avant la pandémie, mais à mesure que l’industrie aéronautique se redresse, vous pouvez vous attendre à ce que son impact sur le changement climatique revienne au premier plan.
Le problème avec l’aviation n’est pas tant sa taille aujourd’hui – elle représente environ 2 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone – mais le rythme rapide auquel ses émissions augmentent. Cette année, un nouvel avion supersonique (le XB-1 de Boom) doit effectuer son premier vol, ce qui laisse également entrevoir la perspective d’une nouvelle vague de voyages gourmands en carburant.
Certaines personnes soutiennent que le seul la vraie réponse aux émissions de l’aviation est de réduire la demande et de voler moins, mais comme le montre la récente croissance des vols, les gens veulent toujours voyager en avion. C’est pourquoi Fix the Planet d’aujourd’hui se tourne vers une perspective pour une solution technologique à long terme : les avions alimentés par batterie.
Quels sont les principaux prétendants à la livraison de vols sans culpabilité ?
À court terme, il n’y a pas de vol vert. Les seules véritables options disponibles aujourd’hui sont des moteurs plus efficaces, les biocarburants et la compensation carbone. Le premier est le bienvenu mais n’a pas réussi à arrêter la hausse des émissions avant la pandémie. Les deux autres sont problématiques et limités.
À plus long terme, nous envisageons probablement soit l’hydrogène, les batteries, une combinaison des deux ou quelque chose de totalement nouveau. J’ai déjà écrit sur l’hydrogène, qui attire les constructeurs d’avions en raison de l’énergie qu’il peut contenir pour sa masse. Pourtant, il est confronté à une foule de problèmes, notamment le défi de fabriquer les choses de manière à faible émission de carbone.
Pourquoi ne voit-on pas d’avions à batterie ?
Remplacer le carburéacteur par des batteries est difficile, explique Venkat Viswanathan, qui travaille avec une équipe de l’Université Carnegie Mellon en Pennsylvanie pour fabriquer de meilleures batteries. Dans un article, Viswanathan et ses collègues exposent les défis, qui vont de la densité d’énergie des batteries, leur poids et les préoccupations concernant les incendies de batterie en plein vol au compromis entre la densité d’énergie et le nombre de fois que vous pouvez recharger la batterie. Pour mettre le problème en perspective, un gros avion de ligne décolle avec l’énergie équivalente délivrée par 30 000 voitures Tesla. « L’objectif de l’article est d’opposer le réalisme à tout l’optimisme qui règne », déclare Viswanathan. L’aviation est particulièrement exigeante, explique-t-il : “Vous avez besoin de sécurité, vous avez besoin d’économies, vous avez besoin de toute la fiabilité et vous ne pouvez faire aucun compromis.”
Les avions à batterie sont-ils un non-démarreur?
Les progrès de la chimie et des matériaux des batteries signifient que nous ne devons pas exclure la perspective d’un vol alimenté par batterie. Paul Shearing de l’University College de Londres affirme que même les batteries lithium-ion d’aujourd’hui, du type utilisé dans une voiture électrique, pourraient fonctionner pour les petits avions tels que les taxis volants (Boeing a investi 450 millions de dollars dans un démarrage de véhicule à «décollage et atterrissage verticaux»- juste cette semaine). « Mes deux cents sont que nous verrons le lithium-ion s’intégrer dans des morceaux du secteur aérospatial assez bientôt », dit-il.
Mais il est peu probable que les progrès s’arrêtent là. L’utilisation de nouvelles chimies et de nouveaux matériaux pourrait débloquer des batteries pour des avions de taille moyenne capables de transporter des dizaines de passagers sur quelques centaines de kilomètres – un vol de Londres vers une autre capitale du nord-ouest de l’Europe, par exemple. La clé de cette percée sera l’utilisation d’une nouvelle génération de batteries rechargeables et légères. Shearing pense que cela pourrait signifier des batteries lithium-soufre et potentiellement des batteries à semi-conducteurs, où l’électrolyte de la batterie est solide plutôt que liquide. Il dit que les batteries à semi-conducteurs affichent désormais régulièrement une densité d’énergie d’environ 400 wattheures par kilogramme, soit près du double de celle de la plupart des batteries lithium-ion (bien que celles à la pointe de la technologie puissent atteindre 250 Wh/kg).
Le gouvernement américain a financé des efforts pour atteindre 500Wh/kg, et le programme a reçu l’année dernière 75 millions de dollars pour une deuxième étape. Mais Viswanathan pense qu’il est possible d’atteindre environ 600Wh/kg dans les 10 prochaines années, moyennant un investissement ciblé et conséquent dans les batteries pour l’aviation. Le lithium-métal est un matériau qui, selon lui, est prometteur. Mais il dit qu’une bonne approche pour trouver de nouvelles batteries légères consistera à examiner les batteries dites primaires – à usage unique – et à essayer de développer une version rechargeable. Les batteries lithium-carbone-monofluorure sont un candidat possible. “Il n’y a jamais eu de coup sérieux de la part des scientifiques des batteries qui considèrent l’aviation comme un marché principal”, dit-il. S’appuyer sur le type d’améliorations progressives observées dans les batteries de voitures électriques ne produira pas la percée dont les avions ont besoin, ajoute-t-il.
Et que diriez-vous d’un vol transatlantique, comme Londres à New York ?
Faire fonctionner les batteries des avions transportant des centaines de passagers sera crucial pour réduire l’empreinte climatique de l’aviation. Les gros aéronefs sont responsables de plus de 95 % des émissions de l’aviation. Ceux qui ont plus de 200 sièges génèrent plus de la moitié des émissions totales. À ce genre de taille, Shearing pense que les batteries devront probablement être utilisées dans une sorte de système hybride, par exemple en les combinant avec une pile à combustible à hydrogène. “Les vols long-courriers vont être difficiles à résoudre”, dit-il.
Les échanges de batterie pourraient-ils aider?
Il y a quelques années, l’entrepreneur israélien Shai Agassi a tenté de convaincre le monde que les voitures électriques avec des batteries interchangeables étaient l’avenir. Il a échoué, avec sa start-up Better Place. Mais Viswanathan dit que cela pourrait être une “stratégie raisonnable” pour les avions, car ils sont organisés en flottes gérées de manière centralisée avec des équipes au sol. Personne ne semble encore suivre cette voie, mais elle est en cours de discussion.
Quelles sont les raisons de l’optimisme ?
Un début serait de déplacer les objectifs sur les objectifs de densité énergétique pour les batteries, en visant 800Wh/kg plutôt que les 500Wh/kg des États-Unis, dit Viswanathan. Il pense qu’il y a plusieurs raisons de penser que les chercheurs peuvent y arriver et commencer à déverrouiller des avions plus gros. La première est que les progrès de l’imagerie (de à ) offrent désormais une capacité sans précédent de regarder à l’intérieur des batteries en temps réel et d’apprendre à les modifier. Le second est la robotique, avec . Le troisième utilise l’apprentissage automatique pour découvrir de nouveaux matériaux, qu’il compare à la façon dont les entreprises pharmaceutiques l’utilisent pour développer de nouveaux médicaments et vaccins. “Je pense que les batteries ont un point d’inflexion similaire”, déclare Viswanathan.
Au Royaume-Uni, Shearing travaille avec des groupes tels que la Faraday Institution, financée par le gouvernement britannique, pour développer de meilleures batteries. Il espère que nous verrons l’électrification dans certaines parties du secteur aérospatial (comme les taxis volants) dans les cinq à 10 prochaines années, et pense que ces démonstrations réussies devraient stimuler les efforts sur les avions plus gros. À chaque échelle différente d’avion, différentes chimies de batterie atteindront un plafond de ce qu’elles peuvent fournir, avant qu’une nouvelle ne soit nécessaire. « Je serais optimiste quant à la décarbonation de ce secteur au cours des 50 prochaines années », dit-il. “Je ne pense pas que ce soit un problème du siècle prochain, c’est quelque chose qui doit arriver très bientôt.”
Plus de correctifs
- L’énergie éolienne flottante connaît un petit moment au Royaume-Uni. La technologie était au centre des plans de nombreuses grandes sociétés énergétiques pour les futurs parcs éoliens en Écosse, annoncés la semaine dernière. Cette semaine, le gouvernement britannique a investi 31,6 millions de livres sterling dans cette technologie, qui est actuellement beaucoup plus chère que les éoliennes conventionnelles au sommet de tours en acier.
- En parlant d’énergie éolienne, comment est-ce un fait époustouflant ? L’année dernière, la Chine a installé autant de nouvelles capacités éoliennes offshore que le monde entier en a installé au cours des cinq dernières années, note Simon Evans sur le site Carbon Brief. C’est rapide même pour un pays de 1,4 milliard d’habitants, mais avant de vous exciter trop, n’oubliez pas que la Chine a également vu ses émissions augmenter de plus de 5 % l’an dernier.
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