Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article dresse un état de l’art actuel des technologies et stratégies d’électrification des aéronefs en cours d’étude. Il traite à la fois de l’électrification pour l’avionique et pour la propulsion, en partant des démonstrations « tout-électrique» actuelles jusqu’à l’hybridation des avions types régionaux dans 15-20 ans, de la technologie de stockage au système complet (électronique de puissance et chaîne de traction électrique) avec la redéfinition de la plateforme avion (basse tension-haute tension), et de son impact sur la maintenance.
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This article sets out the current state of the art and the technologies and strategies of aircraft electrification. We look at electrification for avionics and for propulsion, from “full electric” demonstrations to hybridization of regional aircraft in the next 15–20 years, from storage technology to the complete system (power electronics and electric power train) with a redefined aircraft platform (low-voltage–- high-voltage) and impact on maintenance.
Auteur(s)
-
Florence FUSALBA : Responsable Programme - CEA TECH – LITEN, Grenoble, France
-
Jean ORIOL : Responsable Partenariat Industriel - CEA-CTREG-DNAQ, Pessac, France
INTRODUCTION
Selon la classe de l’aéronef électrique et son degré d’électrification, celui-ci pouvant aller de l’alimentation des équipements de bord à la propulsion, différents systèmes de puissance peuvent être envisagés et intégrés avec différentes architectures électriques.
Alors que les performances des technologies de stockage de l’énergie peuvent dès aujourd’hui permettre d’initier des développements commerciaux d’avions légers entièrement électriques, des stratégies d’hybridation électrique de la propulsion d’avions commerciaux tels que ceux affectés aux lignes régionales sont déjà à l’étude.
Quelle que soit leur mission, de l’alimentation du système auxiliaire à la propulsion, les paramètres dimensionnants pour le système de stockage de l’énergie sont la sécurité, la fiabilité, le ratio énergie/puissance, la durée de vie (en cyclage et calendaire) ainsi que le niveau de certification requis. Plus particulièrement le ratio énergie/puissance requis diffère d’une application en mode tout électrique à une application en mode de propulsion électrique hybride, conditionnant ainsi la sélection de la technologie.
Les performances en sécurité du système de stockage nécessitent en effet d’être qualifiées selon des normes non seulement pour leurs applications aéronautiques (DO) mais aussi pour leurs manutentions et transports terrestres (UN 38.3). Les normes pour la propulsion électrique du secteur aéronautique sont actuellement en cours de définition notamment dans le groupe de travail SAE International.
Cet article dresse l’état de l’art actuel et détaille les technologies/stratégies d’électrification des aéronefs en cours d’étude. Il apporte un regard de la technologie de stockage au système complet (électronique de puissance et chaîne de traction électrique) ainsi que sur la plateforme avion (basse tension-haute tension), sur la maintenance et le modèle économique liés à l’électrification.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
stockage d'énergie avions électriques hybridation dans les aéronefs chaîne de traction électrique
KEYWORDS
energy storage | electric aircrafts | hybridation of aircrafts | electric power train
DOI (Digital Object Identifier)
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Glossaire
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5. Conclusion
Alors que beaucoup de technologies innovantes de ruptures développées pour l’aérospatiale (matériaux, procédés, modélisations, imagerie, systèmes embarqués…) ont été ces dernières années transférées vers des applications terrestres (énergie, automobile, santé…), des technologies et procédés d’industrialisation du terrestre sont aujourd’hui intégrées dans les développements de l’aérospatiale. C’est une révolution industrielle à l’image de l’automatisation dans l’aéronautique déjà adoptée dans l’industrie automobile. Cette révolution s’applique maintenant au stockage de l’énergie, devenu nécessaire pour des fonctions clefs des aéronefs, qui bénéficie déjà des développements pour les véhicules électriques terrestres. Ces technologies terrestres rendues plus robustes doivent encore être fiabilisées et sécurisées pour répondre aux exigences des normes aéronautiques.
Parallèlement, le secteur maritime opère également une mutation énergétique importante. Aujourd’hui ce mode de transport est le moins polluant par tonne de marchandises et par kilomètre parcouru. Il contribue à 2,5 % des émissions totales mondiales de gaz à effet de serre (similaire pour le secteur aéronautique).
L’optimisation du couple énergie/puissance, la sélection des technologies adaptées et l’intégration des technologies innovantes suivent le même processus que pour le secteur aéronautique. Bien que certaines contraintes soient différentes (masse, volume, coût, normes…), de nombreuses similitudes existent (durabilité, fiabilité, environnement sévère, maintenance…). L’ensemble de ces filières évoluent donc de façon concomitante selon une volonté sociétale, environnementale et industrielle remarquable.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AIRBUS - Delivering the future - Global market Forecast 2011 – 2030. S.1 AIRBUS (2011).
-
(2) - Le transport aérien et la problématique du CO2 : enjeux des mécanismes ETS et des biojets, - Panorama (2013), http://www.ifp.fr
-
(3) - - http://www.iata.org/about/Documents/iata-annual-review-2015.pdf
-
(4) - - http://www.cleansky.eu/content/homepage/about-us
-
(5) - - http://perso.univ-lemans.fr/~yauregan/these/Manuscrit_Renou.pdf
-
(6) - - http://sites.onera.fr/aussois2011/sites/sites.onera.fr.aussois2011/files/presentations/introduction_compositev2.pdf
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Le transport aérien et la problématique du CO2 : enjeux des mécanismes ETS et des biojets, Panorama, 2013, http://www.ifp.fr
Émission mondiale de CO2 et axes de réductio, http://www.iata.org/about/Documents/iata-annual-review-2015.pdf
Schéma de principe d’un turboréacteur à double flux, http://perso.univ-lemans.fr/~yauregan/these/Manuscrit_Renou.pdf
Évolution de la fraction massique de matériaux composite pour la gamme BOEING et AIRBUS, http://sites.onera.fr/aussois2011/sites/sites.onera.fr.aussois2011/files/presentations/introduction_compositev2.pdf
Comparaison des technologies basses et hautes températures de piles à combustibles, http://www.fuelcelltoday.com/technologies/pemfc
PEMFC pour l’aéronautique, http://www.popsci.com/military-aviation-amp-space/article/2009-07/antares-dlr-h2-first-plane-run-exclusively-fuel-cell-power http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10203/339_read-8244#/gallery/12337
Vol d’essai d’un système PEMFC embarqué...
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