Parmi les concepts d’avion fonctionnant sans combustible fossile, il y a celui de l’avion à hydrogène. Loin de n’être qu’une idée théorique, des prototypes volent bel et bien. Et H2FLY a récemment revendiqué une première mondiale.
C’est à la rentrée 2023 que la société H2FLY a fait voler un avion bien particulier. Il s’agissait d’un prototype de petite taille, qui lui a permis de revendiquer une première mondiale : celle du premier vol piloté d’un avion électrique à hydrogène liquide. L’avion a décollé de l’aéroport de Maribor en Slovénie, et il a pu réaliser quatre vols de test, dans des conditions que H2FLY a décrites comme sûres et efficaces. Et il ne s’agit pas de sauts de puce : le vol le plus long a duré plus de trois heures.
Vol à l’hydrogène liquide du HY4 / Image : H2FLY.
Le prototype, baptisé HY4, est une version rétrofitée (modifiée) du TAURUS 4G du constructeur slovène Pipistrel. Il s’agit d’un planeur autopropulsé par un moteur électrique situé au centre de l’avion, et doté de deux fuselages de chaque côté pouvant emporter chacun deux passagers. Dans la version modifiée par H2FLY, l’un des deux fuselages contient le réservoir d’hydrogène liquide, fourni par Air Liquide.
L’avion consomme environ 3 kg d’hydrogène liquide par heure. Il utilise cet hydrogène pour alimenter une pile à combustible, qui alimente ensuite en électricité le moteur électrique de l’avion. Il s’agit donc d’un concept de type « électrique-hydrogène ».
L’hydrogène liquide permet un gain de place
Dans le domaine du combustible pour l’aviation, le poids du combustible est bien entendu important, mais son volume l’est tout autant car les frottements de l’air seront d’autant plus importants que le volume des réservoirs sera grand. L’hydrogène liquide présente des avantages par rapport à l’hydrogène gazeux, car il est plus dense en énergie : son pouvoir calorifique supérieur est de l’ordre de 2,4 kWh/L à l’état liquide, à comparer avec 1,3 kWh/m3 à l’état gazeux pressurisé à 690 bar.
Par comparaison, la densité énergétique du kérosène est de 8,7 kWh/L, nettement supérieure même à celle de l’hydrogène liquide, et c’est bien là que réside la difficulté principale de tout concept d’avion à hydrogène : la plus faible quantité d’énergie par unité de volume de ce dernier. Pour compenser en partie l’écart, H2FLY a donc misé sur l’utilisation d’hydrogène liquide. Avant les 4 vols de début septembre, le HY4 avait volé avec de l’hydrogène gazeux et sa portée était alors de 1 500 km. Depuis la conversion de l’avion à l’hydrogène liquide, sa portée a été étendue à plus de 2 000 km.
À lire aussi L’avion à hydrogène est une chimère !H2FLY a annoncé en juin développer un avion de type régional, d’une capacité de 20 à 80 siège, capable de voler à une altitude de 27 000 pieds (environ 8 000 m), et sur une distance de l’ordre de 2000 km. Il s’agit donc de performances qui se rapprochent de l’aviation commerciale conventionnelle. Ce développement est basé sur une nouvelle génération de piles à combustible à haute puissance, destinée à alimenter l’avion avec une puissance électrique de l’ordre du mégawatt. Un vol de test à bord d’un avion d’essai est prévu en fin d’année. La mise en service commerciale est toutefois prévue pour une échéance plus lointaine, en 2029-2030.
L’article semble comporter une erreur dans les unités (il faut lire 1,3 kWh/litre à l’état gazeux pressurisé à 690 bar et non KWh/m3). La densité énergétique de l’hydrogène liquide est à peine le double de celle de l’hydrogène à 700 bars. Ce qui rend d’ailleurs relativement coûteux (et donc douteux) l’emploi d’hydrogène liquide par rapport au bénéfice attendu.
La densité énergétique du carburant est une chose mais il faut prendre en compte le rendement de la chaîne de conversion.
Quel est ce rendement pour un moteur d’avion ? Pour une pile à combustible ?
Ma préférence va à l’ammoniac. Une molécule d’ammoniac contient 3 atomes d’hydrogène. On le stocke à température ambiante sous une pression de moins de 10 bars, comparable à du propane. On n’a pas le problème de la taille de la molécule H2 qui provoque des fuites partout. O n’a pas le problème de la température de stockage. On peut le stocker sur de longues durées (donc le produire en été avec les excédents d’électricité photovoltaïque) pour le consommer le reste de l’année. On casse la molécule d’ammoniac (avec catalyseur) juste avant de s’en servir, pour récupérer l’hydrogène qu’on utilisera dans… Lire plus »
Sans oublier le coût énergétique (fabrication d’h2, liquéfaction, puis conversion en électricité, pour alimenter le moteur …
Déjà qu un avion est un cercueil volant, avec de l H2 liquide je ne suis pas prêt de monter à bord. Faut pas oublier que l H2 liquide s évapore rapidement sans pouvoir contenir le gaz. Et puis gare aux précautions pour le remplissage du réservoir, a mon avis c est utopique et ça finira à la poubelle.
Sans oublier que l’hydrogène n’est liquide qu’à- 251°C.
Un petit détail comme ça, sans importance….
C’est en effet le principal problème technique à résoudre mais les applications commerciale vont sûrement arriver plus rapidement que beaucoup ne pensent. Le principal problème à résoudre à ces températures est le remplissage des réservoirs qui doit être très lent pour éviter les contraintes mécaniques trop importantes. La solution choisie par exemple par Universal Hydrogen est « simplement » d’externaliser le processus: et ne pas remplir les réservoirs sur le tarmac mais plutôt charger les réservoirs déjà remplis directement dans l’avion. Il y a de grande chances que cela deviennent la solution standard utilisé par tout les avions à hydrogène liquide.
C’est bizarre, je pense exactement le contraire ! Selon moi, aucun avion commercial ne volera à l’hydrogène: trop cher, trop dangereux, trop complexe, trop tard. Les avions H2, du fait de la plus faible densité énergétique et de la difficulté à stocker cet H2, auront un rayon d’action faible (2000 à 3000 km). Impossible de faire un long courrier H2. Or les avions à batterie arriveront bien avant et auront la même contrainte (court courrier uniquement). On verra donc très probablement 2 technos pour décarboner l’avion: des avions à batterie d’abord 50 places / 1000 km puis 100 places /… Lire plus »
Intéressant! Ça semble être la voie a suivre en effet. A court et moyen terme je vois plus le biofuel comme solution que les e-fuels. Il y a déjà une filière pour les voitures, il faut juste rediriger ça vers l’aviation (le biofuel pour les voitures est une absurdité car l’électrique est bien plus efficace)
Pour l’aviation de loisir et le court courrier, oui ça va être l’électrique mais ça va durer avant d’avoir les batteries necessaires pour le moyen courrier. Le E-fuel va être necessaire pour decarboner la génération actuelle d’avions. Mais les e-fuel ou biofuel ne résoudent pas le problème des traînée de condensations, qui sont responsables de la moitié du forçage radiatif du à l’aviation. Sur le long terme ce n’est donc pas non plus la solution. Le long courrier en H2, ça devrait marcher mais il faut abandonner le concept des avions actuels: il faut passer à un design d’avion type… Lire plus »