E. LES APPLICATIONS DES AVIONS 100 % ÉLECTRIQUES
En raison des limitations imposées par la technologie, un seul avion entièrement électrique est aujourd'hui certifié dans le monde : le Pipistrel Velis Electro71(*). La certification a été délivrée en juin 2020 par l'AESA. Ce biplace développé en Slovénie est principalement destiné à la formation des pilotes. Doté d'un moteur de moins de 60 kilowatts, il peut voler durant 50 minutes à une vitesse maximale de 170 km/h et à une altitude allant jusqu'à 3 600 mètres.
Plusieurs constructeurs développent également de nouveaux avions d'entraînement entièrement électriques destinés aux écoles de pilotage.
En France, la start-up toulousaine Aura Aero devrait être le premier constructeur à commercialiser un avion de voltige et de formation à motorisation électrique : l'Integral E. Ce biplace 100 % électrique est motorisé par le moteur électrique Safran ENGINeUS de 100 kilowatts. L'Integral E pourrait entrer en service d'ici 2026.
Aura Aero Integral E
Source : Aura Aero
L'entreprise a levé 60 millions d'euros en 2023 et emploie actuellement environ 300 personnes. Sous réserve de rassembler les fonds nécessaires, elle devrait prochainement déposer un permis de construire pour une usine située aux environs de l'aéroport Toulouse-Francazal, qui pourrait employer jusqu'à 1 500 personnes d'ici 2028.
Safran collabore aussi avec la société américaine Bye Aerospace, qui développe un avion destiné aux écoles de pilotage.
Malgré les limitations actuelles de la technologie électrique, certaines start-up envisagent d'ores et déjà d'étendre l'utilisation de l'avion électrique aux liaisons régionales, avec un nombre significatif de passagers.
En France, la start-up Enuee, basée à Saint-Étienne, développe ainsi un avion électrique destiné au segment des avions navettes (en anglais commuters). Capable de transporter jusqu'à 19 passagers sur 500 kilomètres, cet avion pourrait voler d'ici 2030.
Aux États-Unis, la société Eviation Aircraft propose un avion destiné à transporter 9 passagers sur une distance de près de 500 kilomètres. La certification et la commercialisation de cet avion sont prévues pour 2027.
La start-up néerlandaise Elysian Aircraft est encore plus ambitieuse, puisqu'elle conçoit un appareil destiné à transporter 90 passagers sur une distance de 800 kilomètres, sur la base de batteries dont la densité serait de 360 Wh/kg. La démonstration de faisabilité de cet avion se fonde sur deux études publiées avec l'université de Delft72(*) 73(*).
Ces entreprises considèrent que la faible densité massique des batteries est susceptible d'évoluer durant leur phase de développement et qu'elle n'est pas le seul facteur à prendre en compte dans l'évaluation du potentiel de l'aviation électrique. D'autres aspects techniques, comme le rendement des moteurs électriques et l'amélioration des performances aérodynamiques doivent aussi être intégrés.
Le rendement d'un moteur thermique « du réservoir à la roue » est estimé en moyenne à environ 28 %, alors que celui des moteurs électriques est de l'ordre de 90 %. Ce différentiel réduit le rapport entre les batteries et le kérosène de 1 pour 48 à 1 pour 15. Si des batteries avaient une densité énergétique de 600 Wh/kg, le rapport ne serait plus que de 1 pour 6,2. L'optimisation aérodynamique résultant de la propulsion distribuée et de l'injection de couche limite, adaptées à l'aviation électrique, pourraient diviser par un facteur 3 à 5 la consommation d'énergie en vol. En utilisant la valeur moyenne de 4, le rapport des batteries au kérosène se trouverait ramené à 1 pour 1,5, comme illustré ci-après.
Caractéristiques comparatives de la propulsion électrique par rapport aux aéronefs conventionnels74(*)
Les taxis volants électriques ou eVTOL
Parallèlement au développement des premiers avions 100 % électriques, quelque 1 000 projets d'avion électrique à décollage et atterrissage vertical (eVTOL) ont été recensés à travers le monde75(*). Le déploiement de ces aéronefs à grande échelle pourrait aboutir à la création de réseaux de taxis volants dans 60 à 90 villes, pour un total d'environ 50 000 eVTOL, à l'horizon 203576(*).
Les eVTOL étant avant tout destinés à remplacer des transports terrestres, ils ne répondent pas directement à la problématique de décarbonation de l'aviation actuelle, mais sont plutôt un nouveau domaine d'application de l'aéronautique. Toutefois, les innovations techniques développées pour ces appareils bénéficieront à l'électrification de l'aviation en général.
Les eVTOL, qui combinent les avantages de l'électrification avec la capacité de décollage et d'atterrissage vertical, sont généralement classés en trois grandes catégories, en fonction de leur configuration et de leur mode de propulsion.
Les eVTOL dits « multirotor », similaires aux drones quadricoptères, sont dotés de plusieurs rotors assurant le décollage, l'atterrissage et le vol. Chaque rotor est propulsé indépendamment par un moteur électrique. Ces eVTOL sont relativement simples de conception, maniables et la redondance des rotors permet de continuer le vol en cas de panne d'un moteur.
Volocopter Volocity
Source : Volocopter
Les eVTOL dits « tiltrotor » sont dotés de rotors qui peuvent pivoter (en anglais, tilt) pour permettre à l'appareil de décoller et d'atterrir verticalement comme un hélicoptère, puis de poursuivre en vol horizontal, comme un avion classique. Ces appareils sont plus efficaces que les « multirotor » pour les trajets longs mais plus délicats à mettre au point, compte tenu de la gestion du basculement d'un mode à l'autre.
Lillium Jet
Source : Lillium
Les eVTOL dits « lift+cruise » (en français, « ascension+croisière ») disposent de deux systèmes de propulsion distincts : un système dédié au décollage et à l'atterrissage vertical, un autre pour le vol de croisière horizontal, avec des ailes fixes et des moteurs séparés. Ces appareils sont rapides mais relativement lourds puisqu'ils combinent deux systèmes complémentaires.
Airbus NextGen
Source : Airbus
Les eVTOL pourraient prochainement transformer les déplacements autour des centres urbains sur de relativement courtes distances, de l'ordre de quelques dizaines de kilomètres. S'agissant d'aéronefs assez innovants destinés à être déployés dans un environnement densément peuplé, leur certification fait évidemment l'objet de beaucoup d'attention. Mais leur déploiement à grande échelle pourrait se heurter à l'hostilité des populations : elles ne verront pas nécessairement d'un bon oeil la multiplication d'engins volants qui, bien qu'assez silencieux et non polluants, perturberont leur environnement. Il sera aussi nécessaire d'imaginer un mode de gestion adapté de l'espace aérien et de recruter un grand nombre de pilotes, du moins pour les eVTOL non autonomes77(*).
Il n'en reste pas moins que les projets les plus avancés d'eVTOL devraient prochainement obtenir une certification pour leur exploitation commerciale. L'Administration de l'aviation civile de Chine (CAAC) a d'ailleurs certifié, au début du mois de mai 2024, un premier eVTOL sans pilote, l'EHang EH216-S.
En France, le développement des eVTOL est encouragé, sous la supervision de la DGAC. À l'occasion des Jeux olympiques de juillet 2024, le constructeur allemand Volocopter et le groupe ADP espèrent pouvoir réaliser des vols de démonstration entre plusieurs vertiports en région parisienne, afin de démontrer la fiabilité du service et de tester son intégration au trafic aérien.
* 71 EASA certifies electric aircraft, first type certification for fully electric plane world-wide, EASA, 10 juin 2020.
* 72 Wolleswinkel R. E. et al., A New Perspective on Battery-Electric Aviation, Part I : Reassessment of Achievable Range, AIAA 2024-1489. AIAA SCITECH 2024 Forum, janvier 2024.
* 73 de Vries R. et al., A New Perspective on Battery-Electric Aviation, Part II : Conceptual Design of a 90-Seater, AIAA 2024-1490. AIAA SCITECH 2024 Forum. January 2024.
* 74 Bright Appiah Adu-Gyamf et al., Electric aviation : A review of concepts and enabling technologies,
Transportation Engineering, Volume 9, 2022.
* 75 World eVTOL Aircraft Directory, Electric VTOL News.
* 76 Rapport ADEME, Élaboration de scénarios de transition écologique du secteur aérien, septembre 2022.
* 77 Hagag N. et Al., The feasibility of electric air taxis : balancing time savings and CO2 emissions - A joint case study of respective plans in Paris, 11 septembre 2023.