Vers une aviation plus verte

Grâce à la technologie, les efforts de réduction des émissions de GES dans le secteur de l’aviation ne cessent de progresser. La recherche et le développement pour mettre au point des vols à faibles voire zéro émissions portent notamment sur la technologie des batteries et des piles à hydrogène. Conjuguées aux carburants aéronautiques durables (SAF), ces technologies répondent au besoin en solutions durables permettant la réduction des émissions de carbone.

Mattias Frithiof, Directeur, Services-Conseils, WSP Suède, et Gaël Le Bris, C.M., P. E., Senior Aviation Planner et Senior Technical Principal, WSP États-Unis, ont répondu à nos questions sur les défis que ce secteur doit relever pour faire de ces carburants et vecteurs énergétiques de substitution (c’est-à-dire non basés sur des combustibles fossiles) des options viables. Ils ont également discuté des implications potentielles plus larges de ces changements à venir.

Comment pensez-vous que les carburants alternatifs non produits à partir de ressources fossiles façonneront le futur de l’aviation?

Mattias Frithiof : De manière générale, le transport aérien fournit une mobilité rapide sur de grandes distances, ce qui augmente l’accessibilité et la connectivité. Cela représente une composante essentielle des processus qui contribuent au développement sociétal et économique dans un monde globalisé. Ainsi, ce mode de transport comporte indéniablement des valeurs et des avantages tangibles. Cependant, l’aviation génère aussi des externalités négatifs.

Il est important de reconnaître que l’introduction de techniques de propulsion et de carburants alternatifs permet d’améliorer davantage l’équilibre entre les coûts et les bénéfices de l’aviation. 

Comme pour toute transition technologique, le changement se fera progressivement. La mise en œuvre commencera à petite échelle avant de s’intensifier. Actuellement, le déploiement des SAF augmente et améliore les performances du transport aérien en matière environnementale. Il est probable que les SAF feront l’objet d’une attention particulière à court et à moyen termes – avec une transition vers des technologies disruptives à l’horizon alors que l’industrie se dirige vers l’adoption d’avions électriques. Là aussi, cette transition se fera progressivement, au fur et à mesure que les essais d’avions de petite et moyenne tailles sont réalisés sur des distances courtes et moyennes.

La technologie disruptive suscite non seulement l’enthousiasme et l’intérêt, mais elle présente aussi un réel potentiel avec des effets positifs comportant de multiples facettes, rendus possible par un développement progressif. Cela dit, les flottes, les systèmes et les infrastructures actuels ne deviendront pas obsolètes en un seul jour. Cette évolution est bénéfique pour l’économie, tant du point de vue des acteurs publics que privés, car elle permet une collaboration réfléchie et des initiatives innovantes. Avec l’introduction progressive de nouvelles technologies, ce seront d’abord les petits véhicules aériens sur de plus courtes distances qui changeront le paysage de l’accessibilité régionale. L’augmentation des connexions ouvrira de nouvelles opportunités, ce qui permettra d’améliorer les relations économiques et l’activité commerciale, ainsi que l’accessibilité vers de nouvelles directions. Il sera possible de revitaliser des zones autrefois « coupées du monde », puisqu’elles pourraient désormais concurrencer des zones géographiques plus accessibles sur le plan structurel. Un développement économique mieux réparti sur le plan géographique et moins monocentrique pourrait être l’un des résultats très positifs de ce processus.                     

Gaël Le Bris : Une meilleure accessibilité ainsi que de meilleurs résultats économiques renforceraient certainement le rôle déjà bien établi du secteur aérien dans le monde. La communauté aéronautique a été pionnière en matière de lutte contre le changement climatique et à l’avant-garde de la recherche pour une transition climatique. Le rapport spécial de 1999 sur l’aviation et l’atmosphère planétaire du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC, document en anglais seulement) a été largement discuté au sein de l’OACI¹. Les premières initiatives nationales et régionales de recherche et de développement sur la réduction des émissions de carbone en particulier ont été engagées dès 2001. Ces initiatives sont à l’origine de politiques, de pratiques et de technologies se rapportant à l’aviation à faibles émissions. Elles ont été introduites depuis le milieu des années 2000 avec succès.

Actuellement, l’aviation représente environ 2 % des émissions de carbone et 3,5 % des facteurs de changement climatique.²  En tant qu’industrie, nous devons poursuivre nos efforts afin de réduire encore notre empreinte carbone de manière substantielle. L’objectif global est de continuer à adopter des mesures pour réduire les émissions et atteindre la neutralité carbone (document en anglais seulement) au plus tard en 2060. Des aéroports et transporteurs aériens se sont engagés individuellement à atteindre cette neutralité dès 2030. Les SAF sont déjà une réalité. Ces carburants sont fabriqués en recourant à une variété de déchets et de matières premières renouvelables et durables afin d’éviter la déforestation et toute concurrence avec la production alimentaire. Ils permettent de réduire jusqu’à 80 % des émissions provenant du cycle de vie des vols commerciaux.³  La bonne nouvelle est qu’il existe déjà des technologies et des normes permettant de produire des SAF abordables répondant aux critères des carburéacteurs existants. Cela signifie qu’ils peuvent être mélangés avec les carburéacteurs Jet A-1 conventionnels. En outre, les fabricants d’aéronefs et de moteurs certifient désormais leurs aéronefs pour voler avec 100 % de SAF.

La prochaine étape est l’avion électrique. Des prototypes volent depuis plusieurs années. Les premiers avions commuter (dits de « troisième niveau ») électriques équipés de batteries sont en voie d’être certifiés en 2022 ou 2023. Ils pourraient marquer le début d’une nouvelle ère de mobilité aérienne régionale à zéro émission. Il est probable que, vers 2025-2030, les avions régionaux équipés de piles à combustible convertissant l’hydrogène en électricité soient certifiés à leur tour. Sur la base des technologies actuelles, il n’est pas encore certain que les avions commerciaux plus larges puissent être propulsés uniquement avec des moteurs électriques. Toutefois, les systèmes de propulsion hybrides sont prometteurs, car ils recourent à une motorisation électrique pour la majeure partie du trajet et à une motorisation thermique classique pour fournir une plus grande poussée au décollage et à l’atterrissage. Bien que les technologies électriques évoluent rapidement et que des percées soient régulièrement observées, pour l’instant, nous n’avons encore exploré qu’une petite fraction du potentiel de la propulsion électrique.

Un futur où l’aviation moyen et long-courrier emploie l’hydrogène comme carburant à la place du kérosène est possible. Airbus s’est engagée à faire voler un avion de démonstration à hydrogène d’ici 2035. Cependant, le chemin à parcourir pour passer de la faisabilité technique à l’introduction d’un tout nouveau carburant dans l’aviation commerciale, ainsi qu’à sa large diffusion sur les terrains d’aviation, est long. Parallèlement à l’effort de développement des technologies aéronautiques, il convient d’établir une chaîne d’approvisionnement en hydrogène viable pour l’aviation. Aussi, les aéroports doivent s’adapter afin de stocker et de délivrer de grandes quantités d’hydrogène jusqu’au poste de stationnement avion.

Outre le développement de la chaîne d’approvisionnement, quels sont les défis actuels que le secteur aéronautique doit relever pour faire de ces carburants alternatifs des options viables?

Gaël Le Bris : De nombreuses questions doivent être solutionnées, et notamment celle des normes aéronautiques et aéroportuaires qui devront évoluer afin tenir compte de ces nouveaux vecteurs énergétiques. Par exemple, il existe aux États-Unis des normes de la National Fire Protection Association (NFPA) qui s’appliquent à l’hydrogène, et d’autres relatives à l’avitaillement des avions, mais ces normes figurent dans des documents entièrement distincts. 

L’infrastructure est également un enjeu de taille. Pour que l’aviation électrique soit viable, il faut que les aéroports soient en mesure d’accueillir ces avions. Aujourd’hui, les infrastructures de recharge ou d’avitaillement en hydrogène pour les avions restent à développer. Elles sont nécessaires pour assurer l’accessibilité des aéroports aux aéronefs électriques, et la réalisation des opérations au sol. Les mécanismes de financement nationaux ou locaux existants ne s’appliquent pas aux infrastructures de chargement électrique. Dans le cas des aéroports commerciaux, les opérateurs aéroportuaires et les transporteurs aériens pourraient avoir intérêt à investir ensemble dans le développement de ces infrastructures. En revanche, pour les plus petits aéroports, il faudra probablement sortir des sentiers battus et envisager des approches innovantes en matière de financement. De manière similaire à ce que nous avons vu avec Tesla en matière de véhicules électriques, les fabricants d’équipements d’origine (OEM) pourraient prendre en charge le déploiement des chargeurs. 

Avec l’avènement de la mobilité aérienne avancée et des aéronefs électriques zéro émission et moins bruyants, de nombreux aérodromes d’aviation générale de taille moyenne pourraient être transformés en centres de mobilité fournissant des services réguliers et à la demande de point à point vers les communautés rurales. Le fait que les déplacements en avion seront plus verts et plus accessibles à tous est une excellente nouvelle. Toutefois, ces aéroports devront résoudre la question épineuse du financement des adaptations s’ils veulent répondre à cette nouvelle demande. La planification et les politiques futures devraient prendre en compte dès maintenant ces enjeux émergents.

Les lois et les règlements devront aussi être revus. En effet, les réglementations sur les services d’aviation et celles sur les commodités (et en particulier l’électricité) peuvent entrer en conflit, ce qui pourrait soulever des questions juridiques et prévenir l’émergence de modèles commerciaux viables pour les services spécifiques à l’aviation électrique. En outre, il ne faut pas sous-estimer l’impact à long terme des nouveaux vecteurs énergétiques aéronautiques sur les revenus provenant de la vente des carburants aéronautiques dont bénéficient les gouvernements et les parties prenantes. À ce stade, l’effort s’est concentré principalement sur les levées de fonds et le développement de technologies aérospatiales. Il est maintenant temps pour le secteur de l’aviation de s’unir et de se préparer de manière holistique aux avions à faibles émissions, à plaider en faveur de l’aviation plus verte, à sensibiliser les décideurs et les législateurs à ces enjeux et à chercher à surmonter les obstacles qui freinent leur introduction.

Mattias Frithiof : Les pays nordiques se sont dotés de plans ambitieux pour l’abandon des carburants aéronautiques d’origine fossile. La Suède vise à ce que tous les vols intérieurs fonctionnent entièrement sans combustibles fossiles d’ici 2030 et à ce que tous les vols internationaux décollant des aéroports suédois n’utilisent pas de carburants fossiles d’ici 2045.⁴ 

Les SAF sont un élément clé de ces efforts continus visant à réduire l’impact de l’aviation sur le climat. Le déploiement des avions électriques accélérera encore cette réduction. 

Un certain nombre d’initiatives, tant publiques que privées, s’efforcent de concrétiser le développement nécessaire sur le plan de la réglementation, des infrastructures et des technologies aéronautiques.

Comme je l’ai mentionné plus tôt, le développement de technologies et de carburants alternatifs pour des avions se fera au fur et à mesure et sera d’abord déployé à petite échelle. Il faudra du temps et des fonds pour réajuster les infrastructures au sol, les systèmes aéroportuaires, les flottes d’aéronefs ainsi que les modèles commerciaux. 

Cependant, des opportunités résident aussi dans ces contraintes. La région nordique compte environ 120 aéroports régionaux dont le trafic est de faible ampleur, qui souvent alimentent les aéroports plus larges dans le cadre d’un réseau traditionnel « hub-and-spoke ». À long terme, en partie à cause des limites initiales des nouvelles technologies, l’occasion se présentera d’établir de nouvelles liaisons et relations économiques – avec en somme un système mieux réparti et décentralisé. Cette situation en évolution permet de mieux « gérer les actifs » de plus de 100 aéroports régionaux et structures de soutien environnantes dans la région nordique, afin de générer une plus grande valeur provenant de l’actif aéroportuaire lui-même et de renforcer l’activité économique dans toute la région.   

Quelles mesures les aéroports peuvent-ils prendre dès maintenant pour favoriser la réduction des émissions? 

Gaël Le Bris : Les SAF sont déjà disponibles dans certains aéroports d’Europe occidentale et d’Amérique du Nord, notamment aux aéroports internationaux de Los Angeles, d’Oslo et de Stockholm-Arlanda. De plus petits aéroports comme celui de Clermont-Ferrand Auvergne (CFE) en France et celui d’Ängelholm-Helsingborg en Suède se joignent au mouvement de transition vers l’utilisation des SAF (disponible en anglais). La chaîne d’approvisionnement, et en particulier la production, représente le principal obstacle à une mise en œuvre plus large. Les efforts doivent se concentrer autour de la production. Les exploitants d’aéroports, notamment l’aéroport international de San Francisco et l’aéroport d’Amsterdam Schiphol, plaident activement en faveur de ces carburants alternatifs. À titre d’exemple, l’aéroport international de San Francisco dispose d’un groupe de travail rassemblant toutes les parties prenantes pour accélérer le déploiement local des SAF. Ce groupe inclut des représentants de l’aviation et de l’industrie des carburants.

La mobilité aérienne avancée (AAM)⁵  n’est pas encore une réalité commerciale. On ne connaît pas encore avec certitude quand ces nouvelles façons de voler émergeront. Quoi qu’il en soit, les professionnels aéroportuaires devraient commencer à étudier des premiers scénarios de planification en ce sens. Ils doivent aussi consulter leurs compagnies aériennes, les autres exploitants d’aéronefs, ainsi que les fournisseurs de services aéronautiques à l’aéroport en faisant usage des conseils et des outils disponibles.⁶  

Bien que le partage et la gestion intelligente de l’énergie électrique constituent une solution à court terme, la production et le stockage de l’électricité sur place doivent être considérés pour augmenter la résilience des installations. En ce qui concerne l’hydrogène, il y a toute une chaîne d’approvisionnement à développer. À plus long terme, l’émergence d’une économie fondée sur l’hydrogène créera une chaîne d’approvisionnement à grande échelle qui bénéficiera à l’aviation. D’ici là, nous devons élaborer un process rentable et spécifique à l’aviation, qui doit être capable de répondre à la demande limitée des premiers exploitants d’aéronefs à hydrogène, notamment dans les petits aéroports éloignés. Par exemple, l’aéroport de Groningen Eelde aux Pays-Bas cherche à mettre en place une unité de production d’hydrogène alimentée par une centrale solaire de 22 MW installée sur place.

Vous avez précédemment mentionné les bénéfices induits potentiels de l’aviation électrique. Pouvez-vous nous expliquer en détail comment le vol électrique peut avoir un effet positif sur l’accessibilité et la vitalité économique des territoires ?

Mattias Frithiof : La connectivité et l’accessibilité sont des concepts clés dans le contexte généralement appelé « nouvelle géographie économique », une formule inventée par l’économiste Paul Krugman, lauréat du prix Nobel. Grâce aux progrès technologiques rapides, aux moyens plus économiques de transport des personnes et des marchandises ainsi qu’aux communications innovantes, les barrières géographiques reculent. Cela crée les conditions nécessaires pour projeter la compétitivité des individus et des entreprises au-delà de l’horizon local. Au début, cette théorie avait pour but d’expliquer les relations commerciales internationales et la macroéconomie, mais le concept apporte également un éclairage sur le développement régional et local. Selon la nouvelle théorie de la géographie économique, une accessibilité accrue améliorera la performance des économies régionales.

Les services de transport aérien sont assurés là où la demande est élevée et où la connectivité est jugée essentielle, que ce soit à l’échelle internationale, nationale ou régionale. Et, sans aucun doute, les grands centres économiques resteront des destinations importantes. Mais, la question est de déterminer jusqu’à quel point le secteur de l’aviation qui a été initialement limité par des contraintes technologiques peut créer de nouvelles relations économiques. La réduction de la durée des trajets et l’augmentation des fréquences peuvent-elles ouvrir le marché des vols moyen-courriers à des groupes supplémentaires de voyageurs ? Une transition vers des vols plus verts peut favoriser la connectivité et apporter des avantages encore plus importants.

Quels sont les principaux points à retenir en ce qui concerne la prise en compte de ces technologies émergentes en planification aéroportuaire?

Gaël Le Bris : L’effort de réduction des émissions doit également prendre en compte les solutions plus vertes qui touchent l’ensemble de l’écosystème aéroportuaire de la desserte de l’aéroport au sol jusqu’à l’espace aérien. Il faut donc travailler à cette décarbonisation de manière holistique. Mais, pour y parvenir, les parties prenantes doivent collaborer davantage afin de lever tous les obstacles qui guettent le développement des infrastructures au sol et des vols plus verts. Les services d’assistance en escale ne sont qu’un exemple. La transition des apparaux (ou GSE) vers l’électricité gagne du terrain. Les compagnies aériennes ainsi que les fournisseurs de serviceen escale se tournent de plus en plus vers les GSE électriques. Les aéroports adoptent également des politiques visant à accélérer ce processus. Pratiquement, il est possible d’électrifier tous les véhicules aéroportuaires, des bus aux camions de dégivrage d’aéronefs. Des modèles sont déjà disponibles sur le marché et les fabricants travaillent à étendre les performances de ces technologies pour les appliquer aux véhicules spécialisés très performants, tels que les véhicules de lutte contre les incendies et ceux destinés aux opérations hivernales. 

Mattias Frithiof : Les vols avec des technologies moins émettrices est essentiel pour soutenir l’environnement et la santé publique. De plus, ils ouvrent la voie à une activité économique mieux répartie et plus décentralisée, autant qu’ils favorisent la durabilité sociale.  Il est nécessaire de promouvoir la mise en œuvre de nouvelles technologies visant à la fois à réduire les émissions de carbone et à fournir des solutions durables qui garantissent le rôle essentiel joué par le secteur d’aviation à l’échelle mondiale.

_{1  Organisation de l’aviation civile internationale}

_{2 Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, Organisation météorologique mondiale, Programme des Nations unies pour l’environnement (en anglais); en outre, selon une étude internationale menée par l’Université métropolitaine de Manchester (en anglais) : après prise en compte des impacts autres que le CO2, le rôle du secteur d’aviation a été évalué à 3,5 % de l’ensemble des activités humaines entraînant des changements climatiques.}

_{3  IATA, Developing Sustainable Aviation Fuel (en anglais)}

_{4 Fossil-Free Aviation 2045 (en anglais)}

_{5 La mobilité aérienne avancée comprend la mobilité aérienne urbaine ainsi que la mobilité aérienne régionale. Elle englobe une gamme étendue de véhicules avec des performances différentes : les aéronefs à décollage et atterrissage verticaux (ADAV ou VTOL), les aéronefs à décollage et atterrissage courts sur des pistes de moins de 1 500 mètres (ADAC ou STOL) ainsi que les aéronefs à décollage et latterrissage classiques (CTOL en anglais).}

_{6 WSP est en train de développer un guide pour planifier l’émergence des aéronefs électriques sur les aéroports pour le compte du Transportation Research Board aux États-Unis. Le rapport de recherche sera accompagné d’un outil d’évaluation permettant d’estimer la demande en électricité à long terme pour la totalité de l’écosystème aéroportuaire, c.-à-d., « l’électrification de tout », de l’accès routier à la piste de décollage.}