Aviation décarbonée : le futur des eVTOL en débat – Air & Cosmos

| HEGUY Jean-Baptiste 1546 mots
Les 21 et 22 septembre, l'AAE (Académie de l'Air et de l'Espace) a organisé à la DGAC (Direction Générale de l'Aviation Civile), un colloque sur "le transport urbain des passagers par aéronefs électriques". L'occasion de faire un point d'avancement général sur le développement des eVTOL (Aéronefs à décollage et atterrissage verticaux électriques) et toutes les problématiques qui l'accompagnent. Et le moins qu'on puisse dire est qu'il y a encore de très nombreux points d'interrogations.
La course aux eVTOL est engagée. Il ne se passe plus une semaine sans qu’un nouveau constructeur aéronautique ou une start-up annonce le lancement d’un nouveau projet et la réalité des ciels de grandes métropoles mondiales peuplés de ces petits aéronefs semble de moins en moins hypothétique.
Selon Kolin Schunk, consultant spécialiste pour le cabinet Roland Berger, un des intervenants qui ont ouvert la première journée du colloque  sur « le transport urbain des passagers par aéronefs électriques », organisé par l’Académie de l’Air et de l’Espace (AAE) les 21 et 22 septembre derniers, le marché de la mobilité aérienne urbaine (« Urban air mobility » ou « UAM ») pourrait représenter un total de 96 Md$ en 2050, avec 160 000 aéronefs en circulation. Un nombre en augmentation par rapport à une précédente étude du même cabinet Roland Berger datant de novembre 2018 et qui tablait sur un total de 100 000 aéronefs en circulation à l’horizon. Cette flotte globale s’étendrait sur un total d’une centaine de grandes métropoles, avec chacune un millier d’eVTOL en circulation. « Il est vrai qu’il y a une très forte accélération sur le sujet ces dernières années. Il y avait ainsi 200 concepts en développement en 2019. En août 2022, nous étions à 700 concepts en développement, venant de 350 opérateurs », précise Parker D. Vascik, professeur au MIT (Massachussets Institute of Technology).
Ces estimations peuvent sembler surévaluées, tant les problématiques qui sont liées au développement des eVTOL sont complexes. Le dossier 53 de l’Académie de l’Air et de l’Espace (AAE) sur « la viabilité des aéronefs électriques de transport urbain », pose clairement ces problématiques dans son avant-propos : « Concernant les eVTOL de transport urbain, on arrive à la conclusion qu’ils peuvent tout juste satisfaire le cahier des charges visé sur les plans des performances, du bruit et de la sécurité, les inter-cités étant encore hors de portée. Toutefois il reste de grosses interrogations concernant leurs coûts et leur capacité de vol tout temps. Il en va de même pour la possibilité de développer les infrastructures indispensables. En outre, la recharge des batteries est identifiée comme un problème significatif qui devra recevoir des solutions acceptables ». Rappelons que la spécification des besoins pour les taxis aériens a été amplement détaillée par la société Uber. Comme le précise l’AAE dans le dossier 53 : « Uber Elevate était le porteur du concept global en jouant à la fois le rôle de futur opérateur de ces machines et le rôle de « systémier » en appréhendant l’ensemble de problématiques liées aux opérations en milieu urbain. Le « Uber Elevate White Paper », publié en 2016, constitue le document fondateur du développement du système. Cette spécification, ambitieuse dans de nombreux domaines, a été retenue comme référence pour la définition du cahier des charges « interurbain ». Elle est censée couvrir les besoins d’une cinquantaine de mégapoles ». Le cahier des charges, rappelé dans le dossier 53 est le suivant : « Ces véhicules intra-urbains, de type e-VTOL, décolleraient et atterriraient sur des vertiports avec plateformes aménagées situées au sommet d’immeubles. Ils transporteraient jusqu’à quatre passagers (ou 500 kilos de charge marchande) sur des distances minimales de 100 km (60 miles) à une vitesse nettement supérieure à celle des véhicules terrestres, de l’ordre de 200 à 300 km/heure, à 300 m au-dessus du sol. Il est aussi demandé de pouvoir réaliser également une succession d’étapes plus courtes (40 km) avec recharge partielle des batteries en temps masqué (pendant le déchargement-chargement aux escales de la charge marchande ou des passagers), pendant au moins trois heures continues. Pour limiter la dimension des vertiports, les dimensions hors tout, incluant les parties mobiles, doivent s’inscrire dans un cercle de diamètre de 13,70 m ; la mobilité motorisée au sol doit être réalisée rotors arrêtés. Les vertiports doivent assurer une capacité de recharge rapide (600 kW). Enfin, la masse maximale au décollage (MTOM) doit être inférieure à 3 175 kg, limite des « petits » hélicoptères ». Même si leur développement est plus lointain, les spécifications des véhicules intercités, selon l’AAE, seraient une longueur d’étape d’au moins le double de celle de la spécification Uber, soit 200 km avec des règles de déroutement adaptées, une capacité qui serait idéalement de neuf passagers, limite supérieure autorisée par la condition spéciale de l’EASA, une altitude de vol inférieure à 3 000 m, une vitesse qui devra être d’au moins 300 km/heure pour assurer des durées de trajets nettement inférieures à celles des transports terrestres, des opérations à partir de vertiports conduisant à des objectifs de bruit identiques à celles d’une mission intra-urbaine, un conditionnement cabine plus élaboré avec, éventuellement, une certification de vol en conditions givrantes.
Côté conception technique, le poids limite de 3 175 kg pour les taxis urbains est un point dur car les eVTOL nécessitent un emport de batteries très lourdes, ce qui oblige de limiter le poids du reste de l’aéronef. Le lithium, utilisé dans les batteries, pose déjà par ailleurs un problème environnemental. « Le lithium, en tant que matière première, provient en majorité des croûtes des lacs salés, le reste des roches dures ; des recherches d’extraction à partir de l’eau de mer sont en cours », explique-t-on dans le dossier 53 de l’AAE. « La demande s’accélère suite aux applications au transport routier (il faut 4 kg pour une voiture électrique, vraisemblablement vingt fois plus pour un petit véhicule aérien). ll n’est pas encore question de pénurie mais les prix suivent la loi de l’offre et de la demande. Le recyclage des batteries pour une deuxième application non aéronautique, favoriserait le bilan carbone et le bilan économique. Il faut d’abord accumuler les batteries usagées ». Par ailleurs, les cellules lithium-ion posent toujours des problèmes de sécurité de fonctionnement. « Les cellules lithium-ion ont mauvaise presse pour le grand nombre d’incidents hautement publicisés qui ont eu lieu au cours de ces dernières années. C’est principalement l’inflammabilité de l’électrolyte liquide qui pose des enjeux de sécurité et cause la plus grande part des dommages. La mitigation pratique de ces risques entraîne une limitation des performances des batteries et introduit des contraintes d’installation ». Enfin, au-delà des problèmes liés aux certifications (véhicules, opérateurs, vertiports, pilotes etc… ), à l’intégration des eVTOL dans un trafic aérien déjà très chargé, celui de l’acceptabilité sociale (nuisances sonores, sécurité etc… ), celui des coûts réels des aéronefs et des tarifs qui seront proposés aux passagers sont encore très loin d’être réglés. « Une des raisons invoquées pour expliquer le peu de succès du transport de passagers par hélicoptère est le coût d’exploitation trop élevé (coût d’acquisition, coût de l’équipage, coût de maintenance, coût de l’énergie, redevances vertiports et de gestion de la circulation). Il faut donc que les eVTOL apportent une amélioration très significative sur ce point : les hypothèses permettant une évaluation réaliste complète des coûts sont très incertaines ».
Les opérateurs qui communiquent sur les tarifs indicatifs qui seraient proposés s’appliquent à se situer dans une fourchette plus élevée que le prix d’une course d’un taxi terrestre, mais plus basse que celle d’une course d’hélicoptère. Cet argument cadre avec l’avantage comparatif que sont censés fournir les eVTOL aux passagers pour réduire le temps des transferts aéroports-centres urbains ou des courses intra-urbaines dans les grandes métropoles congestionnées par le trafic automobile terrestre. Mais, hormis les coûts de la mission elle-même, il y a beaucoup de coûts annexes qu’il faut prendre en compte. « Il n’est pas aisé de comparer le coût d’une mission en eVTOL avec une course en taxi terrestre, car il faut prendre les coûts additionnels dans leur totalité », explique Claude Le Tallec, de l’Association aéronautique et astronautique de France (3AF). « Au moins dans un premier temps, le manque de vertiports disponibles en milieu urbain devrait nécessiter l’utilisation d’un taxi pour y accéder. Cela sera aussi le cas des vertiports accessibles sur les aéroports. Au début de l’exploitation des e-VTOL, il faudra aussi prendre en compte le coût d’utilisation des pilotes, leur formation et le maintien des compétences. Selon Uber, ce coût se situerait entre 50 et 90 000 $ par an. Mais d’autres études parlent plutôt de 280 000 $, auxquels il faudrait rajouter 90 000 $ pour maintenir les compétences. Selon une étude du cabinet McKinsey, le coût d’un pilote doublerait le coût au siège pour un passager », précise-t-il. « Par ailleurs, il faut aussi ajouter les coûts d’infrastructure (redevances d’atterrissage et de décollage, le traitement des passagers, la billetterie, le prix de la recharge des batteries, les coûts de maintenance des véhicules), sans parler des coûts d’opération (temps de rotation, taux d’occupation etc… ) ou ceux liés au contrôle aérien ». Autant de coûts supplémentaires qui pourraient fortement faire monter les tarifs proposés aux passagers, simplement pour que le modèle économique et financier des opérateurs soit tenable sur la longueur. Si ces tarifs remontaient fortement, ce qui est plus que probable, cela remettrait parallèlement en cause la pertinence de l’utilisation des eVTOL qui pourraient perdre tout ou partie de leur avantage comparatif par rapports aux transports terrestres.
Retrouver cet article dans le n°2798 d’Air&Cosmos, du 29 septembre 2022
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