Aviation : l’hydrogène tiendra-t-il ses promesses ?

Le 21 sep­tembre der­nier, Air­bus a dévoi­lé trois concepts d’avions « zéro émis­sion » des­ti­nés à entrer en ser­vice en 2035¹. S’ils dif­fèrent par leur taille, leur desi­gn ou leur por­tée, tous trois uti­li­se­raient le même car­bu­rant : l’hydrogène. Air­bus, pre­mier construc­teur mon­dial d’avions en 2019, estime que l’hydrogène « est extrê­me­ment pro­met­teur comme car­bu­rant propre pour l’aviation, et sera pro­ba­ble­ment une solu­tion pour le sec­teur aérien et bien d’autres pour rem­plir [leurs] objec­tifs de neu­tra­li­té car­bone ». Par ailleurs, la France va allouer 7 mil­liards d’euros à cette nou­velle filière d’ici à 2030². 

Effec­ti­ve­ment, Air­bus n’est pas le seul à s’intéresser à l’hydrogène car c’est le seul mode de pro­pul­sion hors kéro­sène qui semble adap­té à l’aviation de masse. Si Boeing doute de son poten­tiel à court terme, de petites socié­tés s’y inté­ressent. La start-up ZeroA­via a ain­si réa­li­sé en sep­tembre 2020 un vol d’essai avec un avion de six places doté d’une pile à com­bus­tible. De son côté, le construc­teur israé­lien d’avions-taxis Urban Aero­nau­tics tra­vaille avec la start-up cali­for­nienne HyPo­int pour déve­lop­per le City­Hawk, un aéro­nef à décol­lage ver­ti­cal pro­pul­sé par une pile à com­bus­tible ali­men­tée en hydrogène.

Il y a deux manières d’utiliser l’hydrogène. La pre­mière consiste à le brû­ler dans un moteur adap­té. C’est une tech­no­lo­gie éprou­vée, notam­ment dans le domaine spa­tial. La deuxième manière consiste à uti­li­ser l’hydrogène pour pro­duire de l’électricité grâce à une pile à com­bus­tible. Dans les deux cas, il reste plu­sieurs freins tech­no­lo­giques à lever. 

La dif­fi­cul­té prin­ci­pale est liée au sto­ckage de ce com­bus­tible. « L’hydrogène gazeux est très peu dense, rap­pelle John­ny Des­champs, ensei­gnant-cher­cheur à l’unité Chi­mie et Pro­cé­dés (UCP) de l’ENSTA Paris (IP Paris), spé­cia­liste du sto­ckage d’hydrogène. Même en le sto­ckant sous pres­sion, il faut dans le cadre des appli­ca­tions auto­mo­biles, 210 litres pour sto­cker 5 kg d’hydrogène sous une pres­sion de 350 bars (125 litres sous 700 bars) – ça reste très volumineux. »

Deuxième solu­tion : sto­cker l’hydrogène sous forme liquide. « Mais cela signi­fie des­cendre à une tem­pé­ra­ture de ‑253°C, donc dépen­ser de l’énergie pour le liqué­fier. De plus, aucun réser­voir cryo­gé­nique n’est par­fait au niveau de l’isolation, une par­tie de l’hydrogène liquide se vapo­rise et doit être cana­li­sée, c’est ris­qué. » Il faut donc déve­lop­per des maté­riaux légers et résis­tants pour les réservoirs.

De plus, ces der­niers doivent être cylin­driques ou sphé­riques et impliquent donc de revoir entiè­re­ment la forme des avions dont le car­bu­rant est actuel­le­ment sto­cké dans les ailes. Compte tenu de ces contraintes, l’arrivée sur le mar­ché d’un avion de ligne long-cour­rier de plu­sieurs cen­taines de pas­sa­gers fonc­tion­nant à l’hydrogène est dif­fi­cile à ima­gi­ner. On se dirige plu­tôt vers des avions de quelques dizaines de places pour des vols courts.

Alors que le moteur à hydro­gène dégage moins d’émissions de CO₂ que ceux à pro­pul­sion clas­sique, il n’est pas dit que ce car­bu­rant soit tota­le­ment propre. La com­bus­tion de cette molé­cule à haute tem­pé­ra­ture pro­duit des oxydes d’azote pol­luants (NO_x), et de la vapeur d’eau, qui contri­bue à la for­ma­tion de traî­nées de conden­sa­tion et de cir­rus, néfastes pour le climat.

La pro­duc­tion d’hydrogène peut se faire à par­tir de l’eau (H₂O) par élec­tro­lyse ou à par­tir d’hydrocarbures comme le méthane (CH₄). Pour autant, même si l’électrolyse est un pro­cé­dé propre, la tech­no­lo­gie n’est pas encore au point pour être déployée à un niveau indus­triel. « On sait en faire à par­tir de l’électricité via l’électrolyse de l’eau, sur­tout lorsque cette élec­tri­ci­té est pro­duite de manière stable, dans des cen­trales, dit Samuel Says­set, conseiller tech­nique en chef chez Engie. Mais si l’on veut de l’hydrogène « vert », pro­ve­nant de sources renou­ve­lables donc inter­mit­tentes, il faut trou­ver des tech­no­lo­gies plus adap­tées. ~95% de l’hydrogène est actuel­le­ment pro­duit à par­tir de pétrole, de gaz ou de char­bon, et cela émet du CO₂ », pour­suit-il.

La ques­tion du prix est éga­le­ment cen­trale : le coût n’est pas le même en fonc­tion de la source. Aujourd’hui, l’hydrogène pro­ve­nant du méthane coûte 1,5 à 2 €/kg, contre quatre à dix fois plus pour l’hydrogène obte­nu par élec­tro­lyse. Et c’est jus­te­ment pour cela que le gou­ver­ne­ment fran­çais inves­tit : une pro­por­tion impor­tante des 7 mil­liards d’euros est des­ti­né à rendre le prix de l’hydrogène plus accessible.

Il existe éga­le­ment d’autres coûts : l’hydrogène entraî­ne­ra des inves­tis­se­ments lourds liés à sa pro­duc­tion, la mise en place des infra­struc­tures de trans­port et de sto­ckage, le déve­lop­pe­ment de nou­veaux avions et de nou­veaux maté­riaux ain­si que le sur­coût dû au poids des réservoirs.

Mal­gré cela, l’hydrogène semble inté­res­ser le monde de l’aviation – les construc­teurs comme Air­bus et le gou­ver­ne­ment fran­çais s’y engagent. Cepen­dant, on ne sait pas encore com­ment les pro­blèmes en sus­pens seront réso­lus. Avec quel moto­riste les avions seront-ils déve­lop­pés ? Quel sera leur ren­de­ment et leur consom­ma­tion ? Seront-ils à com­bus­tion directe ou uti­li­se­ront-ils des piles à com­bus­tible ? Sous quelle forme sera sto­ckée ce car­bu­rant ? L’hydrogène doit encore prendre son envol.