Comment Airbus prépare l’avion à hydrogène

Trois avions de « papier » ont suffi à mettre en émoi la filière aéronautique. Il y a trois ans, pour annoncer la troisième révolution aérienne, celle de la propulsion à hydrogène, Airbus présentait trois images de synthèse : un bimoteur à hélice, un monocouloir classique à deux réacteurs et puis… une mystérieuse aile volante. Le géant européen de l’aviation promettait alors que l’un de ces avions virtuels s’envolerait dans un ciel bien réel, à l’horizon 2035, grâce à l’énergie de l’hydrogène.

Jusqu’à présent, ce projet était l’apanage de jeunes entreprises, comme ZeroAvia , Universal Hydrogen ou Destinus , dont les ambitions étaient scrutées avec un intérêt réel bien que prudent, tant les déclarations fracassantes font partie de l’ADN des start-up. Mais l’entrée d’Airbus dans la danse donne soudain du poids à la promesse de l’avion à hydrogène. « Depuis 2018, nous avons analysé tous les types de carburants et de propulsions pour trouver la combinaison d’énergie qui aurait le moins d’impact sur le climat. Nous avons étudié le butane, le propane, les bactéries, les différents carburants durables, raconte Glenn LLlewellyn, vice-président d’Airbus chargé du projet d’avion zéro émission, ZEROe. Et nous avons conclu que l’hydrogène était la solution avec le plus de potentiel ». En effet, utilisé comme carburant, l’H2 ne rejette que de l’eau et non pas du CO2, à la différence du kérosène.

Aujourd’hui, rappelons que l’aviation est responsable de près de 3 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Et si les aéronefs sont de plus en plus efficaces, notamment dans la consommation de carburant, la croissance exponentielle de la flotte aérienne planétaire efface les gains environnementaux. À l’horizon 2040, le nombre d’avion pourrait même doubler par rapport à 2020, passant de 22 880 appareils à 46 560, selon une projection d’Airbus.

Autant dire que pour garder ses émissions de gaz à effet de serre sous un seuil soutenable, il devient urgent que le secteur pousse tous les curseurs, du carburant durable (SAF) à l’hydrogène. Mais les marches à gravir sont hautes et les obstacles nombreux. Aussi l’avionneur a-t-il mis ses troupes en ordre de bataille car, malgré un savoir-faire indiscutable et une place de numéro un mondial, il s’agit pour cette fois de tout reprendre, ou presque, de zéro.

D’immenses défis technologiques

« Le plus gros défi réside dans la faible densité de l’hydrogène, explique Philippe Novelli, responsable du programme Propulsion à l’Onera, l’organisme public français de recherche aéronautique. Il faut le stocker à -253°C pour le maintenir sous forme liquide, et il nécessite encore quatre fois plus de volume que le kérosène. En outre, l’hydrogène pose des problèmes d’étanchéité et de fragilisation des matériaux du fait de la très petite taille de cette molécule qui s’infiltre facilement ». C’est pourquoi Airbus a fait le choix fort de fabriquer des nouveaux avions spécialement conçus pour l’hydrogène plutôt que d’adapter le système aux aéronefs existants.

La grande différence résidera notamment dans le réservoir, situé dans la carlingue plutôt que dans les ailes comme c’est le cas dans les appareils actuels. Mais avant de donner forme à l’avion lui-même, l’industriel doit déjà mettre au point les éléments clefs de la propulsion à hydrogène, comme le stockage et la distribution de l’H2, ainsi que la motorisation. Chez l’avionneur, on aime à les désigner sous le sobriquet rassurant de « petites briques », expression un brin euphémisante tant le saut technologique pour maîtriser la petite molécule rétive est important.

« C’est pourquoi nous sommes entrés dans ce projet avec beaucoup d’humilité en nous tournant vers d’autres industriels pour accélérer notre montée en compétence », assure Glenn LLlewellyn. L’avionneur a ainsi réuni le gratin de l’industrie européenne et mondiale pour mettre au point ces fameuses « petites briques » qui formeront, pièce par pièce, le futur avion à hydrogène. Dans le cercle restreint, citons d’abord ArianeGroup, dont Airbus est l’un des principaux actionnaires, car l’entreprise est déjà familière du stockage et de la distribution d’hydrogène cryogénisé pour propulser ses fusées.

Reste, bien sûr, à adapter la technologie car les exigences du spatial, au vol plus brutal et plus éphémère, ne sont pas les mêmes que pour le secteur aérien. Ensuite, l’industriel a créé une joint-venture avec l’Allemand ElringKlinger pour fabriquer des piles à combustibles spécialement conçues pour les avions. Enfin, la partie motorisation fait l’objet d’un partenariat avec CFM International, coentreprise entre Safran et l’américain General Electric.

Pour la motorisation, deux choix s’offrent en effet à Airbus. Le premier est d’utiliser une pile à combustible pour transformer l’hydrogène en électricité et faire tourner un moteur électrique. « Mais le gros défi est de fabriquer des piles plus puissantes que ce qui existe actuellement tout en étant plus légères pour être installées dans un avion », indique Mathias Andriamisaina, responsable des tests et démonstrateurs essais vol/sol du projet ZEROe. L’autre solution est de brûler directement l’hydrogène dans une turbine classique, moyennant quelques adaptations dans le fonctionnement du moteur. Mais l’option est moins satisfaisante en matière environnementale car elle entraîne le rejet d’oxyde d’azote, les fameux et toxiques NOx.

Premières réussites, premiers vols annoncés

En plus des installations existantes, à Saint-Martin-du-Touch, près de Toulouse, et à Ottobrunn en Allemagne, Airbus a créé quatre centres de développement ZEROe, à Nantes, Brème, Madrid et Filton (Royaume-Uni), où ses équipes testent actuellement les technologies en laboratoire. Une phase certes peu spectaculaire pour le profane, mais couronnée jusque-là par quelques succès salués par les spécialistes. « Pour le stockage, nous travaillons sur des systèmes d’isolation avec des couches de vide pour maintenir la température de l’hydrogène à -253°C, fait savoir Mathias Andriamisaina. Nous sommes parvenus à montrer que nous étions capable, avec une dizaine de kilos d’hydrogène, de garder la température pendant plus d’une dizaine d’heures. Nous allons maintenant tenter de changer d’échelle pour arriver aux mêmes résultats avec plusieurs centaines de kilos ».

Il y a un peu moins d’un an, Airbus faisait également part d’une avancée majeure avec la mise au point de la plus puissante pile à combustible jamais créée pour l’aviation . Parallèlement, l’avionneur mène des tests pour garantir la sécurité de son système à hydrogène, en travaillant sur la détection d’éventuelles fuites, les vannes de sûreté, la ventilation… Enfin, en début d’année prochaine, des essais seront effectués sur deux planeurs, l’un fonctionnant à l’hydrogène, l’autre au kérosène, pour vérifier que les émissions d’eau du futur avion ne participent pas à l’effet de serre.

Cette batterie d’essais devrait aboutir, lors de la période 2026-2028, à une série de tests en vol pour les nouvelles technologies développées par l’avionneur et ses partenaires. « Nous sommes en train de convertir notre laboratoire volant, l’A380 MSN 1, pour qu’il puisse accueillir tous les éléments à hydrogène, le stockage cryogénique, le circuit de distribution, les deux systèmes de motorisation, électrique avec une pile à combustible ou à combustion d’hydrogène », déclare Mathias Andriamisaina. Ce super-jumbo blindé de capteurs devrait prendre son envol en 2026 pour entamer la phase cruciale du projet ZEROe. C’est en effet à l’issue de ces deux années d’essai qu’Airbus décidera ou non de poursuivre son programme d’avion à hydrogène.

Mais déjà, plusieurs critiques s’élèvent contre le projet de l’avionneur, émises notamment par des anciens de la maison. Carlos Lopez de la Osa, après dix ans passés chez Airbus, est désormais responsable de l’avion durable au sein de l’ONG Transport & Environment. Il se fait le porte-parole de son association pour pointer, selon lui, deux problèmes majeurs du projet. « Nous savons que l’avion à hydrogène ne se fera pas du jour au lendemain, mais il faut que les déclarations soient appuyées par des faits, estime-t-il. Or, Airbus mène deux programmes de front : l’avion à hydrogène et le successeur de l’A320. Malgré cela, le budget R&D d’Airbus n’a pas beaucoup augmenté ».

Selon les documents financiers de l’entreprise, celui-ci se chiffrait à 2,607 milliards d’euros en 2022, contre 2,816 milliards d’euros en 2019, avant la pandémie. Une pique qui agace Glenn Llewellyn : « C’est une mauvaise interprétation des chiffres, qui ne prend pas en compte les priorisations en interne. Nous avons déjà dévoilé des succès importants, nous sommes sur les rails pour l’objectif 2035 ».

Président exécutif du groupe Airbus, Guillaume Faury, a récemment souhaité lever ce doute dans les colonnes des Echos en précisant que « ce ne sera pas la première fois » que l’avionneur mène de front deux projets, citant les binômes A380-A350 et A320neo-A400M. Reste que l’estimation du coût final du projet ZEROe est un secret sur lequel l’industriel se garde bien de communiquer. Tandis que Transport & Environnement donne le chiffre de 15 milliards d’euros, le cabinet spécialiste AirInsight l’évalue plutôt à 20 milliards d’euros. Bien plus cher, dans tous les cas, que dernier-né d’Airbus, l’A350, dont le programme a coûté environ 10 à 12 milliards d’euros. La soutenabilité du financement des deux projets, l’avion classique et l’avion à hydrogène, sera donc probablement une question lancinante pour l’avionneur dans le futur.

Autre critique émergeant de l’ONG Transport & Environment, le lobbying d’Airbus pour intégrer ses avions derniers-nés propulsés au kérosène au sein de la taxonomie verte européenne, censée classer les activités à l’impact favorable sur l’environnement pour orienter les futurs investissements dans l’économie durable. « Au lieu d’inscrire seulement son avion à hydrogène dans cette taxonomie, Airbus souhaite y intégrer des avions conventionnels. Cela envoie un mauvais signal politique, et risque de disperser les investissements alors qu’il aurait fallu les concentrer sur l’avion à hydrogène » , regrette Carlos Lopez de la Osa. Peut-être faut-il y voir une conduite prudente de l’industriel, ne souhaitant pas tout miser sur l’avion à hydrogène étant donné l’incertitude qui entoure encore cette technologie très innovante.

Construire un écosystème

D’autant plus que l’un des principaux défis reste extérieur aux performances industrielles ou financières d’Airbus, car il s’agit de construire de toutes pièces une filière inexistante. « Il faut mettre en place un écosystème en intégrant les compagnies aériennes et les aéroports pour le stockage et l’approvisionnement, tout en s’assurant que la production d’hydrogène, et notamment d’hydrogène vert, soit suffisante », indique Philippe Novelli. Bien conscient des enjeux, Airbus se démène sur tous les fronts. L’avionneur travaille avec des aéroports, des compagnies aériennes et des sociétés de production d’hydrogène du monde entier pour installer cet écosystème au sein des aéroports.

« En France, nous discutions par exemple avec Engie et Air Liquide, en lien avec les aéroports de Paris, Toulouse ou Lyon Saint-Exupéry », fait savoir le directeur du projet ZEROe. L’idée serait ainsi d’installer, avant l’arrivée des avions à hydrogène, des infrastructures de ravitaillement pour les navettes, camions ou pour les étranges véhicules sillonnant en permanence les aéroports qui pourraient être convertis à l’H2. Enfin, l’avionneur mise sur l’explosion, d’ici 2030, de la production d’hydrogène, notamment sous l’impulsion de la Commission Européenne. Et pour être sûr que la molécule fasse son chemin vers les pistes, Airbus a rejoint le fonds HY24 pour accélérer la mise en place des infrastructures au niveau mondial.

Au vu de l’énergie déployée par l’industriel, peut-on alors espérer qu’au moins l’un des trois avions de papier se matérialise pour prendre son envol en temps et en heure ? Réponse affirmative de Mathias Andriamisaina : « L’avion à hydrogène en 2035 se situera quelque part entre un avion de 100 places avec 1.000 miles nautiques [1882 kilomètres, NDLR] de rayon d’action et un avion de 200 places et 2.000 miles d’autonomie. L’aile volante est plutôt un concept pour tester des technologies disruptives, comme un show-car. ». Rendez-vous donc en 2026 sur le tarmac des pistes d’essai d’Airbus, pour une première rencontre cruciale entre l’hydrogène et l’azur.