Aviation décarbonée : l’ONERA a déjà carburé !

On parle souvent du « temps long de la recherche », et pour l’ONERA, aujourd’hui, cela signifie qu’en terme de préoccupations environnementales, il ne répond pas à un phénomène de mode. Ses travaux, nombreux et éprouvés, sont le socle indispensable pour prendre le virage serré de l’aviation décarbonée.

Si le plan de relance aéronautique annoncé par le gouvernement apporte à l’ONERA les moyens indispensables à la préparation de l’aviation verte à l’horizon 2035, et que cela constitue une formidable accélération pour l’ONERA, ce dernier a exploré des concepts innovants pour rendre les avions moins polluants depuis de nombreuses années.

Les études antérieures comme des étapes intermédiaires

Il a analysé dès 2008 des configurations d’intégration motrice innovantes avec le projet NOVA, dont la nouveauté était de penser la cellule avion et le moteur en même temps. En partant d’un moyen-courrier, l’idée était de positionner les moteurs à l’arrière de façon semi-enterrée : cette intégration partielle permet d’ingérer la couche limite du fuselage et de réduire ainsi la puissance nécessaire, et donc la consommation.

D’autres innovations étaient envisagées : sur la forme de la voilure, et des ailettes dirigées vers le bas (winglets) pour une diminution de la traînée. Côté moteurs, NOVA proposait des moteurs à très fort taux de dilution (Ultra High Bypass Ratio) qui apportent une réduction du bruit et de la consommation de carburant.
Dans la même logique, le projet E2IM « Etude de concepts innovants pour l'intégration motrice » imaginait également un positionnement différent des moteurs par rapport au reste de la structure. L’idée : mieux intégrer le moteur dans les ailes ou dans le fuselage. La problématique est de savoir dans quelle mesure l'écoulement de l'air autour de l'aéronef est compatible avec des entrées d'air suffisantes dans la nacelle pour alimenter correctement le moteur et quel est le gain de traînée en résultant.

Des essais en soufflerie seront réalisés dans la grande soufflerie de Modane d'ici à fin 2020, en préparation d’essais sur des formules encore plus en rupture à l’horizon 2022/2023.
L’ONERA se pose en véritable maturateur de technologies, puisque dès 2017, il travaillait sur le projet AMPERE : un démonstrateur d'avion régional à propulsion électrique distribuée. Le projet a permis l’acquisition d’une base de données expérimentales importante dont l’analyse des résultats permettra de préparer au mieux l’intégration de cette technologie sur un avion futur pour une entrée en service après 2035.
Plus récemment, l’ONERA présentait au dernier Bourget 2019, son concept d’avion DRAGON, dont le but est d’évaluer les avantages et inconvénients de la propulsion électrique distribuée pour un avion de ligne.
Le concept : répartir la poussée, via un grand nombre de fan carénés électriques placés sous chaque aile, pour améliorer le rendement propulsif. Les moteurs électriques sont alimentés par de l’électricité produite par des turbines situées à l’arrière de l’appareil. Il s’agit d’une technologie de propulsion hybride, puisque le carburant embarqué serait transformé en électricité.

L’aile volante

 

Mais les leviers traditionnels ne suffisent plus à compenser la croissance du trafic aérien : aujourd’hui, l’objectif est la décarbonation du transport aérien

L’ONERA travaille sur l’aile volante, qui est une bonne candidate pour travailler sur les nouvelles sources d’énergie, telle que l’hydrogène par exemple.

Il s’agit d’une configuration d’aéronef en rupture totale par rapport aux avions classiques actuels : toutes les fonctions classiques d’un avion sont concentrées sur un seul élément géométrique qui est l’aile
Sur un avion classique, le fuselage accueille les passagers et la soute, tandis que l’aile génère la portance et permet de voler et l’empennage assure le contrôle de l’avion. Sur une configuration aile volante, il n’y a ni fuselage ni empennage, toutes les fonctions sont assurées par l’aile qui devient l’élément central

Cela permet une meilleure performance aérodynamique, une masse plus faible, et donc une très forte réduction de la consommation de carburant.

Atouts de l’ONERA

L’ONERA dispose d’atouts certains pour mener la réflexion : sa capacité à travailler sur des problématiques transverses, puisque seront à prendre en compte toutes les disciplines liées à la conception d’un aéronef : aérodynamisme, matériaux, propulsion, etc. Il dispose également des moyens d’essais complémentaires, expérimentaux et numériques pour tester les concepts. L’ONERA a d’ailleurs mis au point des méthodes de conception et d’optimisation multidisciplinaires pour prendre en compte toutes les interactions entre ces différentes disciplines.

Au-delà des compétences scientifiques, l’ONERA dispose d’une confiance sans cesse renouvelée des instances étatiques : alors que le Ministère des Armées allouait une subvention exceptionnelle à l’ONERA en 2020 (4,4 M€ en plus des 110 M€ de subvention pour charges de service public), la prise de commandes de la DGAC a atteint 14,5 millions d’euros

 

 

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