Les carburants d’aviation durables, l’avenir du transport commercial ?

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Qu’est-ce que le carburant aviation actuel ?

Avant d’examiner les carburants d’aviation durables et le rôle qu’ils pourraient jouer dans l’avenir de l’aviation commerciale, il est important de comprendre comment fonctionne le carburant que nous utilisons actuellement.

Le carburant utilisé pour alimenter un avion commercial doit être suffisamment volatil pour s’enflammer facilement dans la chambre de combustion des moteurs, mais pas au point de s’enflammer en cas de déversement de carburant ou d’accident. En même temps, il doit être facile à produire en masse, simple à transporter, mais aussi capable de résister aux températures élevées qu’il subira au cours des différentes étapes du vol.

En quoi le carburant aviation est-il différent du carburant pour véhicules ?
Si le carburant que vous mettez dans votre voiture provient également du pétrole, celui qui est utilisé dans un avion est quelque peu différent. Vous vous souvenez peut-être de vos cours de chimie au lycée : le pétrole brut est chauffé dans une raffinerie. Les vapeurs ainsi créées se condensent en liquides à différentes températures, qui constituent ensuite la base de carburants tels que l’essence, le diesel et le kérosène. C’est le kérosène qui est ensuite utilisé pour fabriquer le carburant Jet A-1 (ou Jet A aux États-Unis) utilisé dans les moteurs à turbine, pour un certain nombre de raisons.

Tout d’abord, le Jet A-1 a un point d’éclair beaucoup plus élevé que l’essence, généralement autour de 240°C. L’aviation commerciale est une affaire de sécurité, et cela inclut le carburant. Lorsque vous transportez 90 tonnes de carburant, vous voulez qu’il soit aussi stable que possible. Cela signifie qu’en cas d’accident, le carburant a moins de chances de s’enflammer.

Deuxièmement, (et le plus important d’un point de vue quotidien), il a un point de congélation très bas. Alors que vous êtes assis en train de regarder un film dans une cabine agréable à 21°C, il fait un froid glacial à l’extérieur de votre fenêtre (environ moins 55°C). À des latitudes plus élevées, il peut faire encore plus froid : mon record personnel est de moins 72°C au-dessus de la Sibérie. Lorsque les températures sont aussi basses, un carburant conventionnel gèle. Le Jet A-1 qui alimente les moteurs a un point de congélation de moins 47°C. Le Jet A, utilisé uniquement aux États-Unis, a un point de congélation légèrement plus élevé de moins 40°C.

Si la température extérieure est de moins 55°C, pourquoi le carburant ne gèle-t-il pas ?

Lorsque l’avion monte, la température de l’air extérieur diminue. Nominalement de 2°C, tous les 1000 pieds. Cela signifie qu’au moment où il atteint 35 000 pieds, la température extérieure sera d’environ moins 55°C. C’est la température de l’air statique (SAT) et c’est la température que vous ressentiriez si vous vous détendiez sur un nuage qui passe.

Cependant, l’avion n’est pas immobile. Il vole à travers cette masse d’air froid à des centaines de kilomètres par heure et c’est ainsi que nous surmontons l’énigme du carburant gelé.

La vitesse de l’air sur les ailes crée une friction qui réchauffe les surfaces. Cela réduit la température du carburant dans les ailes, que l’on appelle la température totale de l’air (TAT). À 38 000 pieds, la TAT est normalement d’environ moins 21°C, suffisamment chaude pour empêcher le carburant de se rapprocher de son point de congélation de moins 47°.

La structure en carbone composite des ailes contribue à réduire encore plus l’effet de refroidissement.

Que se passe-t-il si la température du carburant s’approche de moins 47°C ?

Il est possible, en cas de vol prolongé dans des masses d’air extrêmement froides, que la température du carburant descende vers le point de congélation. Cependant, les pilotes sont conscients de cette possibilité et prennent des mesures proactives pour s’assurer que cela ne se produise pas. Chaque type d’avion a un seuil à partir duquel l’équipage est alerté d’une température de carburant basse.

Sur certains avions, ce seuil est de moins 37. Si cela se produit, l’équipage a plusieurs options. Il peut soit voler plus vite pour augmenter l’effet de réchauffement de l’air, soit descendre dans un air plus chaud. Comme les avions ont tendance à voler aussi vite qu’ils sont conçus, la seule option viable est normalement de descendre.

Qu’est-ce que le carburant aviation durable ?

Le carburant aviation durable (SAF) est un terme générique utilisé pour couvrir une variété de types de carburants non fossiles qui sont développés pour faire évoluer l’aviation vers un avenir plus vert et plus respectueux de l’environnement. Une partie essentielle du développement du SAF consiste à s’assurer que les propriétés chimiques et physiques sont presque identiques à celles du carburant aviation actuel.

Cela signifie qu’ils peuvent ensuite être mélangés au carburant d’aviation classique, qu’ils peuvent utiliser les mêmes infrastructures et, surtout, qu’ils ne nécessitent pas d’adaptation des avions ou de leurs moteurs. Ces carburants sont dits « drop-in » car ils peuvent être facilement intégrés dans les systèmes de ravitaillement en carburant existants des aéroports.

Cependant, être durable ne signifie pas seulement qu’ils sont meilleurs pour l’environnement lorsqu’ils sont utilisés dans les moteurs. Il ne sert à rien de développer un carburant moins polluant lorsqu’il est brûlé si l’empreinte carbone créée pour le produire est encore pire que celle des carburants classiques.

Le carburant aviation durable se compose de trois éléments clés : la durabilité, une alternative au pétrole brut et la qualité du carburant.

Durabilité

Pour être durable, un carburant doit pouvoir être fabriqué de manière répétée et durable sur le plan environnemental, social et économique. Il doit maintenir un équilibre écologique en évitant l’épuisement des ressources naturelles. Un carburant qui nécessite une déforestation massive pour faire pousser les cultures nécessaires à sa fabrication ne peut être considéré ni comme durable ni comme respectueux de l’environnement.

Alternative au pétrole brut

L’objectif d’une SAF est d’utiliser une matière première qui n’est pas un combustible fossile. C’est ce que l’on appelle la « matière première ». Celles-ci sont variées, allant de l’huile de cuisson aux déchets municipaux et des gaz résiduels aux résidus agricoles.

Qualité du combustible

En termes simples, tout SAF créé pour les avions commerciaux doit répondre à certaines exigences techniques et de certification. Comme mentionné ci-dessus, le Jet A-1 est utilisé en raison de son point d’éclair élevé et de son faible point de congélation. Tout SAF doit être capable de répondre aux mêmes normes, afin de ne pas compromettre la sécurité.

Quels sont les avantages des SAF ?

Par rapport aux combustibles fossiles, l’utilisation de SAF peut entraîner une réduction considérable des émissions de carbone tout au long du cycle de vie du combustible. Dans le cas des combustibles issus de la biomasse, c’est-à-dire créés à partir de plantes, le dioxyde de carbone créé par la combustion du combustible est à peu près le même que celui qui est absorbé par les plantes cultivées pour produire le combustible.

Par conséquent, la création nette de dioxyde de carbone est presque nulle avec l’utilisation de ce type de carburant et la réduction des émissions de carbone par rapport au carburant actuel est de 80 % si l’on tient compte d’éléments tels que le transport et le raffinage du carburant. En outre, les SAF contiennent moins d’autres impuretés telles que le soufre, ce qui réduit les émissions de dioxyde de soufre.

En ce qui concerne les SAF produits à partir de déchets municipaux, les avantages proviennent de l’utilisation de matières qui seraient normalement laissées à l’abandon dans des sites d’enfouissement, créant des gaz nuisibles à l’environnement tels que le méthane.

L’utilisation de SAF réduirait également l’impact environnemental de la production de carburants d’aviation. Dans sa forme actuelle, le carburant doit provenir de l’un des rares pays producteurs de pétrole. Avant de pouvoir être converti en carburant d’aviation, il doit être transporté par bateau, un processus qui crée en soi d’énormes émissions de carbone.

Si un pays est capable de cultiver sa propre biomasse pour créer de la SAF, il n’est plus dépendant de l’importation de pétrole pour créer du carburant d’aviation. En fonction de l’environnement local, diverses matières premières de SAF peuvent être cultivées dans le monde entier, partout où l’industrie aéronautique en a besoin.

Quelle est l’ampleur de son utilisation ?

Selon l’IATA, des SAF sont produits et utilisés chaque jour sur des vols commerciaux, par exemple Air France en utilise de plus en plus. On a appris cette semaine que des vols charters de fret entre Stuttgart et Atlanta étaient alimentés en SAF, l’opérateur affirmant que c’était la première fois que des vols charters étaient effectués avec des émissions nettes nulles. Pour effectuer ces vols, 1,2 million de litres de SAF ont été achetés et mélangés à du kérosène fossile afin de respecter les normes relatives au carburant aviation.

Au Japon, ANA a effectué un vol intérieur en utilisant un SAF développé à partir de microalgues et en France, un vol Air France vers Montréal a évité l’émission de 20 tonnes de dioxyde de carbone en utilisant un mélange de SAF provenant d’huile de cuisson usagée.

Au sol, les aéroports développent également leur infrastructure pour permettre l’utilisation des SAF. L’aéroport d’Heathrow en Angleterre a récemment testé sa capacité à ajouter des SAF à l’approvisionnement en carburant. Même si le test n’a permis de fournir du SAF que pour cinq à dix vols court-courriers, il a prouvé que les carburants « drop-in » de ce type peuvent fonctionner à plus grande échelle.

Quels sont les problèmes posés par le SAF ?

Jusqu’à présent, nous avons vu les avantages évidents des SAF, il semble donc bizarre que nous n’en utilisions pas davantage. Malheureusement, comme la plupart des choses dans l’aviation, tout est une question de coût. Pour l’instant, le SAF reste cher (environ deux à cinq fois plus cher que le carburant aviation classique). Avec des coûts aussi élevés, aucune compagnie aérienne ne pourra se permettre de voler exclusivement au SAF.

Une partie du problème réside dans l’augmentation de la production. À l’heure actuelle, les SAF ne représentent que 0,1 % du carburant mondial et même les estimations les plus optimistes ne prévoient qu’une augmentation de 8 % d’ici 2035. Le problème vient d’un manque de financement pour augmenter la production. Comme pour de nombreux nouveaux projets, les coûts ne commencent à diminuer que lorsque la production à grande échelle augmente.

En outre, toutes les compagnies aériennes ne sont pas convaincues que la SAF est la voie à suivre. Selon Johan Lundgren, PDG d’EasyJet, « les SAF et, en particulier, le power-to-liquid (PtL) joueront un rôle pour les vols long-courriers, mais ce n’est certainement pas quelque chose que nous, en tant qu’opérateur court-courrier, envisagerions dans le cadre de notre objectif final de vols sans émissions à travers l’Europe« .

Il a suggéré aux opérateurs de vols court-courriers de « se tourner vers des solutions électriques ou à hydrogène, ou une combinaison des deux« , car il est certain que des avions de taille similaire à celle des avions court-courriers actuels utilisant ces types de carburant seront bientôt disponibles.

Si de nombreuses compagnies aériennes adoptent cette approche des SAF, les agences pourraient avoir plus de mal à réunir les fonds nécessaires pour accélérer la production de SAF et réduire le coût pour les compagnies aériennes.

Conclusion

L’industrie aéronautique est bien consciente qu’elle doit évoluer et s’engager vers un avenir plus propre et plus respectueux de l’environnement. Les avantages de la SAF sont évidents, mais le chemin à parcourir est encore long. Sans investissement dans les infrastructures de production, le coût actuellement élevé de l’utilisation des SAF ne baissera pas.

Les compagnies aériennes sont désireuses d’utiliser les SAF, car elles constituent une alternative sûre et écologique à la combustion de combustibles fossiles. Cependant, le coût des SAF étant deux à cinq fois plus élevé, personne ne peut vraiment s’attendre à ce que les compagnies aériennes passent à une utilisation totale des SAF.

L’utilisation des SAF présente un potentiel certain, mais tant que les infrastructures de production et de transport ne seront pas modernisées, l’utilisation massive de ces nouveaux carburants est encore loin.Quelques articles annexes :

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