Avion électrique

Un avion électrique est un aéronef dont la propulsion est assurée par un ou des moteurs électriques, alimentés par des batteries, des panneaux solaires ou des piles à combustible.

Jusqu'à la décennie 2010, les avions alimentés par batteries sont surtout des prototypes, des drones ou des modèles réduits. Leur production en série n'est pas envisageable à cause de leurs performances modestes et de la concurrence des technologies plus anciennes non électriques plus performantes et adaptées au transport aérien, la densité d'énergie du stockage électrique restant à ce stade trop faible.

French Electric Aircraft Electra
Avion électrique BL1E Electra

Le prototype de Solar Impulse 2 du suisse Bertrand Piccard, alimenté par sa propre production électrique par panneaux solaires, réussit en 2015-2016 l'exploit historique, pour un avion électrique, de réaliser le tour du monde. En 2017, l'intérêt pour l'avion électrique est relancé avec des annonces par Airbus ou EasyJet de la réalisation de vols commerciaux à courte distance à l'horizon 2027.

Histoire

Le ballon électrique des frères Tissandier au départ d'Auteuil.

En 1883, Gaston Tissandier et son frère Albert dirigent un ballon grâce à un moteur électrique[1],[2].

La France de Charles Renard et Arthur Constantin Krebs est le premier dirigeable entièrement contrôlable utilisant la propulsion électrique. Il effectue son premier vol le [3],[4].

Le PKZ-2, prototype d'hélicoptère électrique.

Pendant la Première Guerre mondiale, en Autriche-Hongrie un hélicoptère électrique construit par Petróczy, Kármán et Žurovec effectue son premier vol. Le PKZ-1 dispose d'un moteur de 195 kg, avec 6 000 tours par minute et une puissance de 140 kW, alimenté du sol par un câble électrique. Son but est de pallier les faiblesses des ballons d'observation, cependant le moteur n'était pas assez puissant et prend feu après quelques vols[5].

Depuis les années 1960, des objets plus lourds que l'air volent à l'aide de moteurs électriques. Il s'agit d'abord de modèles réduits télécommandés[1]. C'est le que le colonel britannique H. J. Taplin fait voler le premier avion radiocommandé. Sa Radio Queen utilise un moteur à aimant permanent et une batterie Zinc-Argent[6].

En 1973, Fred Militky et Heino Brditschka transforment un motoplaneur Brditschka HB-3 en un avion électrique appelé Militky MB-E1. C'est le premier avion électrique à accepter une personne à bord. Heino vole pendant 14 minutes[7],[8].

Le , le AstroFlight Sunrise  effectue son premier vol. Il s'agit d'un prototype sans pilote utilisant des panneaux solaires pour alimenter son moteur[9].

Le , le Mauro Solar Riser effectue son premier vol. C'est un avion solaire à un seul pilote disposant de batteries NiCd. Trois heures de recharge au sol lui assurent une autonomie de 10 minutes en vol[10],[11],[6].

Le , L'Electra pilotée par Christian Vandamme est le premier avion électrique à franchir 50 kilomètres[1].

La première traversée de la Manche est effectuée le par Hubert Latham à bord de l'avion E-fan de la société Airbus[12].

L'avion solaire Solar Impulse dans un hangar en 2013.

Le projet Solar Impulse fait la démonstration d'un avion solaire sans apport externe de carburant, fonctionnant avec des moteurs électriques. Un tour du monde de 40 000 km où deux pilotes se relaient pour piloter l'appareil est effectué en 2016[13].

L'hélicoptère électrique Aquinéa Volta effectue ses premiers vols en février 2016. Il dispose d'une autonomie d'un quart d'heure assurée par une batterie de 150 kg[14],[15].

Motoplaneurs

Article détaillé : motoplaneur.

Les planeurs disposant d'un moteur d'appoint sont appelés motoplaneurs et peuvent disposer d'un moteur électrique, par exemple le Lange Antares 20E[16].

Modélisme

Article détaillé : Modélisme aérien.
Des petits avions électriques sont utilisés pour du modélisme.

La démocratisation de l'utilisation de nouvelles technologies de batteries, notamment les accumulateurs Lithium-Polymère (LiPo), qui, avec un poids réduit et une meilleure endurance[17] remplacent les batteries NiMH ou NiCd ; ainsi que les moteurs brushless permettent de meilleures performances[18] pour les avions électriques modèle réduit.

Des drones de loisir, popularisés à partir de la décennie 2010[19], sont presque toujours alimentés à l'électricité[20].

Le record du monde de durée d'un vol sans couper le moteur est établi en France le à Selles-Saint-Denis par l'équipe Vincent Labrouve et Daniel Lentin avec un appareil Volenbulle XXL, avec un temps de 12 h 36 min 46 s[21].

Le record mondial en temps et en distance à l'énergie solaire est effectué le par Roger Thierry et Patrick Vallet avec h 55 de vol et 130 km parcourus[22].

Prototypes et avions de loisir

Articles connexes : Aviation de loisirs et Prototype.

Lors de la décennie 2010, plusieurs prototypes ou petits avions fonctionnant à l'électricité ont été construits. Ils ont pour caractéristiques un poids réduit et le fait de n'emporter qu'un faible nombre de passagers.

Le SoLong UAV est un avion électrique disposant de batteries et de panneaux solaires. Il effectue un vol d'une durée de plus de 24 heures, puis plus de 48 heures en Californie en 2005[23].

Le a lieu le premier vol de l'avion BL1E Electra, immatriculé F-WMDJ, équipé d'un moteur électrique de 26 ch (19 kW) et de batteries Lithium-Polymère. Le pilote–ingénieur d'essais Christian Vandamme a réalisé ce vol de 48 min à partir de l'aérodrome d'Aspres sur Buëch (Alpes du Sud)[24],[25].

En 2009, le projet Solar Impulse de tour du monde en avion solaire est en développement en Suisse. Les 7 et , l'avion effectue un vol de 26 heures et 9 minutes sans interruption incluant une nuit entière.

French Electric Aircraft MC15E Cri-Cri
MC15E Cri-Cri électrique

Le , le bimoteur de construction amateur MC15E Cri-Cri établit un record absolu de vitesse en avion 100 % électrique à 262 km/h lors du meeting de Pontoise, en présence des commissaires de l'Aéro-Club de France[26]. Puis ce même appareil atteint 283 km/h le lors du Salon Aéronautique du Bourget, record attesté par l'Aéro-Club de France.

Le MC30E en vol, lors de la campagne d'essais d'août 2011.

Le , le démonstrateur MC30E établit lors du salon Aero Friedrischafen le premier record FAI impliquant un aéronef à propulsion électrique, en volant à 135 km/h sur un aller retour de deux fois 15 km (catégorie RAL1E ID 16214). Toutefois la FAI n'a pas retenu cette tentative pour des raisons liées à des erreurs lors de la constitution du dossier d'homologation. Ce démonstrateur a depuis subi un chantier de modifications pour installer une motorisation mieux adaptée et plus performante, en vue d'une nouvelle campagne de records FAI à l'horizon de fin 2011. Les trois tentatives suivantes en altitude, vitesse sur circuit et distance sur circuit (ID FAI 16495, 16496 et 16497 du ) ont par contre bien été homologuées par la FAI[27] en catégorie RAL1E, devenant les premières du genre hors aéronef à propulsion solaire et paramoteurs. Un compte rendu technique de la campagne d'essais de début août 2011 peut être consulté sur le site du motoriste Electravia[28]. Il faut noter qu'avec une efficacité énergétique équivalente à 3,4 g de carburant fossile dépensé par kilomètre parcouru en ligne droite et à altitude constante (soit 5 kWh à la vitesse de finesse max de 125 km/h), cet aéronef est l'objet volant piloté le plus économique jamais mis en opérations. Son potentiel d'améliorations est loin d'être épuisé, l'ambition à court terme étant de descendre sous la barre des 3 g équivalents/km et à moyen terme 1 g/km de H2 physique toujours à 120 km/h. Un dernier record de vitesse sur aller/retour de 15 km a été établi en RAL1E à 189,97 km/h le (ID FAI 16638), puis homologué, le MC30E devenant de ce fait le véhicule aérien électrique piloté le plus rapide bénéficiant d'une homologation FAI. Il a depuis été dépassé dans une autre catégorie par le Long-ESA de Chip Yates avec 225,88 km/h sur 15 km et 324,02 km/h sur 3 km ce dernier record ayant été battu par l'Extra 300 à propulsion électrique de l'expérimentation menée par la société Siemens avec 337,50 km/h. Il est à noter que les records du MC30E sont toujours d'actualité (10/06/2018) même si l'équipe qui l'avait mis en oeuvre essaye de se tourner vers d'autres technologies de stockage d'énergie suite à la destruction intégrale du démonstrateur par incendie des cellules Lithium Polymère, lors d'une charge, début 2015.[réf. nécessaire]

Le RX1E est un avion chinois monoplan et biplace. Il effectue son premier vol le . Sa masse maximale au décollage est de 600 kg et sa vitesse maximale 160 km/h[29].

Airbus Group dévoile en 2014 un prototype d'avion léger électrique E-Fan. Le 10 juillet, l'avion tout électrique E-Fan 2.0 du groupe Airbus a traversé la Manche entre Lydd (Angleterre) et Calais. Cet avion de tourisme biplace est destiné à l'entrainement ; propulsé grâce à ses batteries lithium-ion-polymère qui alimentent deux moteurs électriques, est capable de rester une heure dans les airs pour un vol d'entraînement et 30 minutes pour un vol acrobatique. Il sera fabriqué à Pau, sur un site d'assemblage dont la construction débutera en 2016, qui sera en mesure de produire environ 10 avions par an dans un premier temps. Les premiers modèles commerciaux de l'E-Fan devraient prendre les airs entre fin 2017 et début 2018[30].

Vue d'artiste d'un X-57.

En juin 2016, l'avion expérimental X-57 Maxwell construit par la NASA est présenté au forum américain de l'aéronautique. Il dispose de deux gros moteurs utilisés en vol de croisière à 280 km/h, et douze petits destinés au décollage et à l’atterrissage[31].

La piste des piles à combustible fonctionnant grâce à de l'hydrogène est également étudiée. En 2008, la recherche de Boeing a fait voler un motoplaneur pendant 20 minutes à l'aide de cette technologie[32].

Aviation commerciale

Articles détaillés : Transport aérien et Avion de ligne.

En septembre 2017, la société Easyjet annonce la mise en exploitation commerciale à l'horizon 2027 sur des trajets courts, en association avec la start-up américaine Wright Electric, d'appareils presque uniquement électriques dotés d'une autonomie maximum de 540 kilomètres et d'une capacité de 120 à 220 passagers. Les vols avec zéro émission de CO2 sont prévus avant 2037[33]. Deux jours plus tard, Bertrand Piccard réagit en affirmant que les vols commerciaux en avion électrique sont tout à fait possibles[34].

La société Zunum Aero, aidée de Boeing et JetBlue, annonce en octobre 2017 la réalisation d'un avion hybride capable de transporter 12 personnes en 2022, avec une vitesse de 550 km/h et une autonomie de 1 100 km[35].

Après l'abandon en avril 2017 de l'E-Fan, Airbus, Rolls-Royce et Siemens annoncent en novembre 2017 le projet E-Fan X[36] qui consiste à tester la propulsion hybride sur un avion de type régional (90 sièges). Les trois groupes vont réaliser un démonstrateur de vol à l'horizon 2020 ; ils vont remplacer un réacteur sur les quatre de l'avion d'essai BAE146 par un moteur électrique de deux mégawatts. Puis, si cela fonctionne, avec deux moteurs de 2 MW. En comparaison, l'E-Fan tournait avec deux réacteurs de 30 kilowatts[37],[38].

Notes et références

  1. a, b et c Jean-Luc Goudet, « Aviation électrique : le temps des pionniers », sur Futura-sciences, (consulté le 12 décembre 2017)
  2. « Le premier objet volant électrique des frères Tissandier », sur Archives de Croissy, (consulté le 12 décembre 2017)
  3. Georges Poisson, Combats pour le patrimoine, Pygmalion, (ISBN 978-2756402055, lire en ligne)
  4. Léonide Sazerac de forge, La conquête de l'air, Nancy, Berger-Levrault et Cie, (ISBN 978-84-9001-265-9, lire en ligne)
  5. (en) Peter M. Grosz, Helicopter pioneers of World War I, Air Enthusiast N°6, , p. 154-159
  6. a et b (en) André Noth, « History of Solar flight », sur École polytechnique fédérale de Zurich, (consulté le 15 décembre 2017)
  7. (en) John W. R. Taylor, Jane's All the World's Aircraft 1974-75, Londres, Jane's Yearbooks, (ISBN 0 354 00502 2), p. 573
  8. (en) Ron Moulton, « An electric airplane », Flight international,‎ (lire en ligne)
  9. (en) Roland Boucher, « Flight of the Worlds First Solar Powered Aircraft », sur proectsunrise.info (consulté le 15 décembre 2017)
  10. Emmanuelle Vibert, « Futur : fendre l’air à l’énergie solaire », sur Le Parisien, (consulté le 15 décembre 2017)
  11. (en) Natalie Evans, « World's first solar plane makes way for new Solar Impulse aircraft », sur Mirror, (consulté le 15 décembre 2017)
  12. « Qui a traversé en premier la Manche avec un avion électrique ? », sur arte, (consulté le 14 décembre 2017)
  13. Fabien Goubet, « L’avion solaire Solar Impulse 2 boucle le premier tour du monde aérien sans carburant », sur Le Monde, (consulté le 12 décembre 2017)
  14. Gil Roy, « L’hélicoptère électrique Volta n’est pas né de la dernière pluie », sur Aero buzz, (consulté le 17 décembre 2017)
  15. Cyril Doumergue, « Toulouse : le 1er hélicoptère 100% électrique a séduit Ségolène Royal », sur La Dépêche, (consulté le 16 décembre 2017)
  16. « Fiche technique de l'Antares 20E », sur technologixvehicles.com (consulté le 17 décembre 2017)
  17. Mathieu Lamelot, « Les batteries Lithium-Polymère remplaceront les Li-Ion », tomshardware.fr,‎ (lire en ligne)
  18. « Les nombreux avantages du moteur sans balai » [PDF], sur lmindustrie.col (consulté le 17 décembre 2017)
  19. Jérôme Cartegini, « La folie des drones de loisirs », sur Les numériques, (consulté le 14 décembre 2017)
  20. Juliette Raynal, « Un moteur hybride pour doper l'endurance des drones », sur Industrie&Technologies, (consulté le 14 décembre 2017)
  21. « Actualités - Record du monde F5S battu ! », sur topmodel.fr,
  22. Roger Thierry, « Aéromodélisme: record du monde du vol à l'énergie solaire », sur Club des Sports Aériens Airbus, (consulté le 15 décembre 2017)
  23. (en) Kenneth Korane, « Solar-powered UAV flies two days straight », sur MachineDesign.com, (consulté le 15 décembre 2017)
  24. « BL 1E ELECTRA », sur air-souris-set.fr, (consulté le 16 décembre 2017)
  25. Aurélien Bidot, Paul Kuentzmann et Gérard Théron, « Les avions électriques, un songe qui se concrétise », sur Conservatoire national des arts et métiers, (consulté le 16 décembre 2017)
  26. Lionel Arce-Manso, « L’avion électrique le plus rapide du monde », ledauphine.com,‎ (lire en ligne)
  27. « Copie archivée » [archive du ], (consulté le 31 mai 2012)
  28. Electravia MC30E
  29. F.M., « Le RX1E-A électrique chinois fait son premier vol », sur aerobuzz, (consulté le 14 décembre 2017)
  30. Avion électrique - L'E-Fan traverse la Manche, La lettre des énergies renouvelables du 15 juillet 2015.
  31. Romain Heuillard, « X-57 : la NASA prépare un avion électrique 5 fois moins polluant », sur Clubic, (consulté le 15 décembre 2017)
  32. Olivier James, « Demain, les avions voleront-ils grâce à l’hydrogène ? », sur L'Usine nouvelle,
  33. « Paris-Londres en avion électrique d'ici 2027 », lefigaro.fr,‎ (lire en ligne)
  34. « Vols commerciaux en avion électrique : "Tout à fait possible", affirme Bertrand Piccard », francetvinfo.fr,‎ (lire en ligne)
  35. Philippe Brochen, « Une start-up annonce un avion de ligne hybride électrique en 2022… », sur Libération, (consulté le 14 décembre 2017)
  36. « Toute l'actualité de l'E-Fan X », sur journal-aviation.com, (consulté le 5 février 2018)
  37. Airbus reprend l'E-Fan avec Siemens et Rolls-Royce, Les Échos, 28 novembre 2017.
  38. « Airbus scelle une alliance pour le futur avion hybride électrique », sur La Dépêche, (consulté le 13 décembre 2017)

Voir aussi

Articles connexes