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RÉSUMÉ
Les kérosènes Jet A-1 et Jet A sont les carburants les plus utilisés à travers le monde et alimentent l’ensemble de la flotte aérienne civile et militaire. Leur utilisation en toute sécurité est garantie par deux normes internationales. Jusqu’à très récemment, les carburéacteurs étaient uniquement produits à partir de ressources fossiles. L’émergence de carburants alternatifs pour des raisons environnementales et/ou d’indépendance énergétique contraint à la mise en place d’un processus de certification dédié. Ce document décrit la composition chimique des carburéacteurs ainsi que les principales normes associées, ceci pour les kérosènes civils et militaires. Ensuite, le processus de certification et les principales filières autorisées d’emploi seront présentées.
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Jet A-1 and Jet A kerosene are the most widely used jet fuels around the world and propel almost the entire civil and military airplane fleet. Their quality is mainly guaranteed by two international standards which make their use safe. Until very recently, jet fuels were produced only from fossil resources. The emergence of alternative fuels for environmental reasons and/or energy independence has made it necessary to set up a dedicated certification process. This document describes the chemical composition of jet fuels, as well as the main associated standards for civil and military kerosene. Then, the certification process and the main certified alternative fuels will be presented.
Auteur(s)
-
Mickaël SICARD : Maître de Recherche - Office National d’études et recherches aérospatiales (ONERA), département MultiPhysique pour l’énergétique, Palaiseau, France
-
Alain QUIGNARD : Expert carburants - Institut Français du Pétrole Énergies Nouvelles (IFPEN), Établissement de Lyon, Solaize, France
INTRODUCTION
Le plus souvent, les carburants sont issus d’une coupe de distillation du pétrole, ayant un point initial et un point final de distillation. Ces produits sont des mélanges de nombreux composés hydrocarbonés (plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de molécules) dont les longueurs de chaîne carbonée sont directement liées à la plage de distillation. Plus rarement, les carburants peuvent résulter de la conversion du gaz naturel ou du charbon.
Un carburéacteur est spécifiquement destiné à l’alimentation des avions et des hélicoptères équipés de turbomachines (turboréacteurs, turbopropulseurs ou encore turbomoteurs). Sa composition chimique varie en fonction de l’origine des pétroles bruts, des méthodes de raffinage ou des procédés utilisés.
Le principal grade de carburéacteur utilisé en Europe est le carburéacteur appelé Jet A-1. Il est constitué essentiellement de molécules ayant entre 9 et 15 atomes de carbone. Sa coupe dans le raffinage se situe entre l’essence et le gazole. Il convient à l’ensemble des aéronefs commerciaux et représente le carburant habituel pour les turbines utilisées pour le transport aérien dans le monde.
En raison de fortes contraintes liées à l’utilisation aéronautique (propriétés en altitude, absence impérative d’eau et de matières en suspension, stabilité à basse et haute température…) et aux conséquences dramatiques qu’aurait un carburant ne répondant pas strictement aux critères de qualité décrits dans les normes, ces kérosènes sont des produits aux spécifications internationales civiles particulièrement exigeantes. Les gouvernements de nombreux pays maintiennent des spécifications distinctes pour le carburéacteur à usage militaire, pour des raisons opérationnelles, logistiques ou d’exigence de fonctionnement des moteurs militaires. Le carburéacteur militaire reste en général assez proche des propriétés du carburéacteur civil pour la plupart des usages.
Les fluctuations du prix du baril de pétrole, les perspectives d’épuisement des ressources d’énergie fossile, les éventuels problèmes géopolitiques d’approvisionnement ainsi que des considérations environnementales amènent les nations à se poser la question de la diversification des ressources d’énergie et à se tourner vers des carburants alternatifs.
Les enjeux sont donc de minimiser les impacts environnementaux tout en réduisant la dépendance énergétique, et en anticipant la raréfaction de la ressource.
La recherche de carburants de substitution concerne de nombreux pays et touche divers domaines, dont celui des carburants aéronautiques, civils et militaires.
Dans tous les cas, il y a un impératif essentiel à respecter pour le transport aérien, encore plus que pour les autres modes de transport : la sécurité. Celle-ci ne doit en aucune manière être remise en question par le carburant qui est, à la différence de tous les autres modes de transport, le seul fluide utilisé à bord pour de multiples usages : équilibrage de l'avion, fluide caloporteur, refroidissement du lubrifiant... Cela représente ainsi une contrainte supplémentaire sur les propriétés du carburant, notamment en matière de stabilité thermique. Par ailleurs, la règle principale pour la sécurité des vols est la redondance des équipements des aéronefs, ce qui n’est pas possible de réaliser pour le carburant. La qualité et la compatibilité du carburéacteur sont donc beaucoup plus critiques que pour tout autre mode de transport.
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KEYWORDS
Jet A-1 kerosene | alternative fuels | DEF STAN 91-091 | ASTM D1655
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3. Conclusion
Autant l’essence est indéfectiblement liée aux moteurs à pistons pour l’aviation légère, autant le kérosène est lié aux turbomachines pour l’aviation commerciale, militaire ou privée, ainsi que pour la très grande majorité des hélicoptères. La coupe kérosène qui constitue le carburéacteur a été utilisée pour les turbomachines dès les années 1940. Idéalement située entre les coupes essence et gazole, cette coupe répondait aux exigences spécifiques de ce nouveau moteur pour ce qui est de sa tenue à froid, de sa viscosité, de sa volatilité… Depuis, le carburéacteur, toujours très majoritairement issu de la distillation du pétrole, a lentement évolué afin de répondre aux besoins nouveaux mais aussi pour prendre en compte les enseignements des accidents, parfois dramatiques, qui sont survenus.
Les industries pétrolière et aéronautique ont fait évoluer les spécifications décrivant le produit et les méthodes de caractérisation associées avec sérieux et rigueur afin de garantir son usage en toute sécurité. Ce critère reste au centre de toutes les préoccupations. Ainsi le carburéacteur utilisé aujourd’hui est issu d’un long processus de maturation qui en fait le carburant qui a les normes d’exigences les plus strictes. Le carburéacteur embarqué sur les avions est aussi le seul carburant présentant une qualité équivalente et constante dans le monde entier, quel que soit l’aéroport où s’approvisionne l’aéronef.
L’introduction de carburants alternatifs pour des raisons environnementales et/ou d’indépendance énergétique a complètement changé ce paradigme. Il a obligé à remettre en place tout un processus de certification assurant une utilisation en toute sécurité. Aujourd’hui, de nombreuses filières sont autorisées d’emploi et de nouveaux produits sont en cours de certification, dont certains seraient capables de remplacer complètement le carburant d’origine fossile. Il est même question d’utiliser des carburants alternatifs purs. Ceci nécessitera nécessairement la mise en place de programmes de recherches pour vérifier que l’absence de certains composés ne posera pas de problèmes et permettra d’atteindre les objectifs visés, notamment, de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de polluants, et de limitation des trainées de condensation (contrails)...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COORDINATING RESEARCH COUNCIL - Handbook of Aviation Fuel Properties. - Third Edition (CRC Report n° 635) (2004).
-
(2) - ASTM - Standard Specification for Aviation Turbine Fuels. - ASTM D1655.
-
(3) - MINISTRY OF DEFENCE - Turbine Fuel, Aviation Kerosine Type, JET A-1, NATO Code: F-35. - Defence Standard 91-091.
-
(4) - Aviation Fuel Quality Requirements for Jointly Operated Systems. - (AFQRJOS) : Issue 30 – JIG Bulletin Nov 2018.
-
(5) - CHEVRON - Aviation Fuels Technical Review. - Chevron (2006).
-
(6) - INTERSTATE STANDARD - Jet Fuels Specifications. - GOST 10227-86.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Standard Specification for Aviation Turbine Fuels - ASTM D1655 -
-
Turbine Fuel, Kerosene Type, Jet A-1 ; NATO Code : F-35 ; Joint Service Designation : AVTUR - DEF STAN 91-091 -
-
Standard Practice for Evaluation of New Aviation Turbine Fuels and Fuel Additives - ASTM D4054 -
-
Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons - ASTM D7566 -
ANNEXES
Consommation Airbus A350-900 et Boeing 787-10 : https://www.industrie-techno.com/article/le-match-787-10-vs-a350-900-egalite-presque-parfaite.41469
Données sur le trafic aérien par la Worldbank : https://data.worldbank.org/indicator/IS.AIR.PSGR
Tendance récente (depuis 2006) sur le trafic aérien : https://www.statista.com/statistics/193533/growth-of-global-air-traffic-passenger-demand/
Données Airbus sur sa flotte : https://www.airbus.com/aircraft/passenger-aircraft
Données Airbus A350 XWB 1000 (Wikipedia) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Airbus_A350_XWB
Données Boeing B787-10 (Wikipedia) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Boeing_787
Prévisions IATA du trafic aérien à l’horizon 2037 : https://www.iata.org/contentassets/db9e20ee48174906aba13acb6ed35e19/2018-10-24-02-fr.pdf
Programme d’action du GIACC : https://www.icao.int/environmental-protection/Pages/FR/Assembly_FR.aspx
Programme CORSIA : https://www.icao.int/environmental-protection/CORSIA/Documents/ CORSIA%20Brochure/CorsiaBrochure-FR-Mar2019_Web.pdf
Projet HERA Hybrid Electric Regional Airliner) : ...
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