Les 2 plans, France Relance, puis France 2030, constituent une formidable accélération pour l’ONERA, déjà pleinement engagé sur le sujet de la décarbonation. Zoom sur les recherches ONERA pour une « propulsion plus verte ».
Les différents plans de relance gouvernementaux apportent à l’ONERA des moyens indispensables à l’atteinte de l’objectif ambitieux adopté par l’OACI de « zéro émission nette de CO2 en 2050 » pour le transport aérien. Modernisation des moyens expérimentaux en combustion et métrologie associée, amélioration des capacités des souffleries, recherches sur l’impact climatique de l’aviation, développement de nouvelles méthodes de modélisation pour les moteurs et aéronefs de demain : l’ONERA possède toutes les compétences interdisciplinaires pour prendre le virage environnemental de l’aviation.
L'ONERA, acteur historique sur les carburants alternatifs
Leader d'un des tout premiers projets européens sur les carburants d'aviation durables (CAD), l'ONERA apporte son soutien scientifique et technique pour étendre leur déploiement, et tracer les perspectives d'utilisation des différentes filières énergétiques dans l'aviation.
Ses compétences en physico-chimie des carburants et ses moyens de caractérisation de leur compatibilité avec les systèmes avion sont aujourd'hui mis en œuvre pour permettre l'utilisation de CAD purs dans les avions , condition nécessaire à la décarbonation de l'aviation.
L'ONERA maintient par ailleurs une vision d'ensemble sur la problématique des carburants durables pour l'aviation. Il a ainsi piloté le projet ENERGIA avec Airbus, Safran et Dassault pour analyser et mieux cerner les perspectives de production, la durabilité et les aspects économiques des différentes filières de combustibles bas carbone (biocarburants, électrocarburants et hydrogène).
Feuilles de route « décarbonation » de la filière aéronautique : les recommandations stratégiques n’auraient pu être rendues sans l’expertise de l’ONERA
L’article 301 de la loi « climat et résilience » impose aux acteurs économiques les plus émetteurs de dioxyde de carbone de construire une feuille de route de décarbonation de leur secteur d’activité. Rendue en février 2023 aux Ministres de la Transition Énergétique et en charge de l’Industrie et des Transports, la feuille de route du transport aérien, a été co-signée par les représentants de ses principaux acteurs, le GIFAS (Groupement des industries françaises aéronautiques et spatiales), la FNAM (Fédération nationale de l'aviation et de ses métiers) et l’UAF (Union des aéroports Français). Grâce à une coordination du GIFAS et la DGAC, les différents groupes de travail créés ont dégagé une vue d’ensemble et ont proposé différents scénarios de décarbonation possibles.
L’ONERA a eu toute légitimité à intervenir dans ce travail puisqu’il est en France l’acteur central de la recherche aéronautique.
Par ailleurs, l’ONERA a mis en œuvre un outil de calcul de trajectoires de décarbonation développé dans le cadre d’actions antérieures sur le sujet. L’ONERA l’a ensuite modifié pour l’adapter aux besoins de l’exercice et pour prendre en compte un contexte très dynamique, les hypothèses évoluant rapidement au gré des auditions d’experts ou des informations publiques qui pouvaient être révélées.
L’ONERA a apporté son expertise dans différents groupes de travail et a joué le rôle d’intégrateur des différents scénarios.
Hydrogène : l’ONERA creuse le sujet
Les avantages de l’hydrogène comme combustible sont nombreux : disponibilité de la ressource (production à partir de l’électrolyse de l’eau ou de l’oxydation de la biomasse), faible densité massique
(réduction de la masse de carburant à embarquer), bilan carbone extrêmement faible … Mais il présente un certain nombre d’inconvénients, dont le principal est sa très faible densité énergétique volumique, qui implique une utilisation sous forme d'un liquide cryogénique (-252,85 °C). Cela entraîne de multiples défis à surmonter, le premier étant celui de l’intégration de réservoirs quatre
fois plus volumineux (à contenu énergétique constant), qui nécessite de revoir la
conception des avions. Un second défi réside dans
la maîtrise d’une combustion stable à faible émission de NOx : sur ce sujet, l’ONERA a conçu, testé, validé et breveté, avec Safran dans le projet DGAC Hyperion, un système d’injection qui a permis d’obtenir en sortie de moteur des niveaux de NOx extrêmement faibles.
Autre challenge : les interactions entre l’hydrogène et les matériaux (fragilisation, impact sur la durée de vie) ou encore la problématique de l’oxydation des aubes de turbine soumises à des gaz riches en vapeur d’eau en sortie de combustion : autant de sujets sur lesquels l'expertise des équipes pluridisciplinaires de l'ONERA est reconnue.
Propulsion hybride électrique :
l’ONERA chef de file du projet européen IMOTHEP
En janvier 2020, la Commission européenne a sélectionné, dans le cadre d'Horizon 2020, le projet IMOTHEP sur la propulsion hybride électrique, coordonné par l'ONERA. Composé d’un
consortium de 29 acteurs clés du secteur, il étudie les technologies électriques, en relation étroite avec la conception de configurations innovantes développant de nouvelles synergies entre cellule et propulsion. L'ONERA pilote en particulier les études de configurations innovantes d'aéronefs, et contribue activement à l'intégration aéropropulsive des chaines de propulsion hybride électrique.
Grâce aux conventions de recherche financées par la DGAC, l’ONERA étudie également un thème connexe, la maîtrise des risques liés aux fortes intensités et tensions électriques mises en jeu, et notamment les phénomènes de compatibilité électromagnétique et d’échauffement des câbles.
1 Aujourd'hui, ces carburants d'aviation durables ne peuvent utilisés qu’avec un taux maximum d'incorporation de 50% dans le kérosène.
