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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Florence FUSALBA : Responsable Programme - CEA TECH – LITEN, Grenoble, France
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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
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Contexte
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6. Glossaire
Pile ; pile
Système accumulant de l’énergie électrique sous forme chimique et la restituant sous forme électrique.
Accumulateur ; accumulator
L’accumulateur est basé sur un système électrochimique réversible, c’est-à-dire qu’il est rechargeable, contrairement à la pile.
Ion ; ion
Atome ayant gagné ou perdu un électron (particule neutre), qui porte une charge électrique positive ou négative.
Électrode ; electrode
Composant à base de matériaux actifs permettant l’insertion et la désinsertion d’ions (pour la batterie utilisant l’insertion d’ions pour le stockage) au pôle positif et négatif d’un générateur électrique.
Électrolyte ; electrolyte
Mélange liquide, gel ou solide qui permet le passage des ions entre les électrodes.
Réaction d’oxydo-réduction ; oxydo reduction reaction
Réaction chimique au cours de laquelle se produit un transfert d’électrons. L’espèce chimique qui capte les électrons est un « oxydant » ; celle qui les cède est un « réducteur ».
Fonctionnement de l’accumulateur ; accumulator operation
En charge (charge)
Réaction d’oxydation dans l’électrode+ qui libère des ions lithium Li+ dans l’électrolyte et des électrons e- dans un circuit extérieur.
Réaction de réduction dans l’électrode- qui intègre ces ions Li+ en consommant les électrons du circuit extérieur.
En décharge (discharge)
Réactions inverses aux électrodes : libération des ions Li+ par l’électrode- et réinsertion dans l’électrode+. Ce principe de fonctionnement est appelé : mécanisme rocking-chair.
Réalisation du pack batterie ; battery pack assembly
Assemblage des accumulateurs (ou piles) dans des modules assemblés en série et en parallèle pour atteindre la tension de fonctionnement et l’énergie (kWh) nécessaires au véhicule.
Système de gestion de la batterie ; battery management system (BMS)
Gestion de l’électronique dans les modules pour contrôler la charge et la décharge des accumulateurs et ainsi garantir la sécurité et...
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Glossaire
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 (DLR,...
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