MEA2015

L’avion plus électrique, préfigurant le tout-électrique ? 15/03/2016
Publication REE REE 2016-1 Dossier MEA2015
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2016-1:16260

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MEA2015

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	    <date dateType="Updated">Thu 26 Jan 2017</date>
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MEA 2015 L’avion tout électrique est déjà une réalité, comme en témoignent les vols très médiatisés de Solarimpulse ou de l’E-fan ; le premier n’est toutefois qu’un dé- monstrateur technologique qui n’aura pas de prolon- gement commercial avant longtemps, tandis que le second est déjà en phase de production – comme plusieurs concurrents étrangers de même gabarit – et s’attaque au créneau des écoles de pilotage. Il souffre cependant d’une autonomie encore trop réduite pour percer réellement dans le monde de l’aviation générale. Mais les investissements de l’automobile pour développer des batteries à plus forte densité d’énergie auront à l’évidence des retombées sur l’aéronautique, et ce d’autant plus que la moto- risation électrique se prête au fractionnement, qui peut concrétiser l’un des rêves des aérody- namiciens, « l’aspiration de couche limite », qui renforce dans un large domaine de vol l’effica- cité des voilures. Cette propriété justifie une étape intermédiaire à la propulsion décarbonée, envisagée même pour des avions de transport beaucoup plus lourds que les précédents : la pro- pulsion hybride. Celle-ci exploitera le principe de la motorisation électrique répartie sur une grande partie de la voilure, associée à une production électrique par une pile à combustible alimentée en kérosène, en attendant la mise au point de procédés fiables de production, distribution et stockage de l’hydrogène, développés eux aussi pour les transports terrestres1 . Sans attendre l’exploitation des ruptures tech- nologiques que nous venons d’évoquer – mais dont la mise en œuvre nécessitera de longues étapes de 1 Voir le dossier sur ce sujet dans l’édition 2015-2 de la REE démonstration de sécurité avant l’indispensable certi- fication aéronautique – des progrès incrémentaux sont régulièrement enregistrés depuis plusieurs années pour réduire la consom- mation de kérosène. Ces progrès se traduisent par du « plus électrique » dans les modèles récemment mis en service, comme le Boeing 787 qui dispose à bord de plus de 1 MW soit cinq fois plus que ses équivalents de la génération précédente. Cette évolution se tra- duit notamment par le remplacement de tout ou partie des équipements hydrauliques (trains, com- mandes de vol) et à air comprimé (conditionne- ment d’air par prélèvement moteur) qui ont fait leurs preuves depuis des décennies mais sont loin de présenter la souplesse, la maintenabilité, les possibilités d’allègement liées aux générateurs, moteurs ou actuateurs électriques, et à l’électro- nique de puissance actuellement disponibles. En outre, le “green taxiing” est désormais possible grâce à la motorisation électrique du train avant, permettant le roulage au sol « réacteurs éteints » ce qui présente un avantage environnemental certain pour les usagers et les riverains des aéroports, ain- si qu’un gain en consommation qui peut atteindre 5 % sur des vols court courrier. La conférence More Electric Aircraft organisée conjointement par 3AF et SEE en février 2015 à Toulouse a réuni 260 participants avec une centaine de présentations et une quinzaine de stands industriels qui ont permis une couverture exhaustive de l’état de l’art en Europe et au-delà, ainsi que des perspectives de ce vaste domaine. Nous avons retenu quelques-unes de ces pré- sentations pour constituer le présent dossier, après mise à jour et compléments éventuels par leurs auteurs. Introduction 70 REE N°1/2016 L’avion plus électrique, Florent Christophe Jean-Charles Gautherot Introduction MEA 2015 Une équipe de chercheurs grenoblois et toulou- sains – qui entretient des collaborations régulières avec Airbus – présente dans le premier document une méthodologie de concep- tion optimisée des filtres que le réseau électrique doit incor- porer pour faire face à la pro- blématique de l’électronique de puissance et des charges non linéaires introduisant des taux d’harmoniques impor- tants en présence de fortes va- riations de charge rencontrées dans l’avion plus électrique. Le document normatif RTCA DO160 qui sert de base à la qualification des équipements et systèmes aéronautiques est d’ailleurs régulièrement mis à jour pour prendre en compte ces évolutions. Le document rédigé par des chercheurs du CEA-Tech présente l’état de l’art et les perspectives d’évolution des différentes technologies de batteries et évoque au pas- sage celle des piles à combus- tible. L’augmentation d’énergie massique des batteries par un facteur 2 à 5 selon l’échéance considérée, élargit clai- rement leur domaine d’application en aéronautique, mais des verrous potentiels sont identifiés, liés aux conditions d’environnement, à la sécurité, au nombre maximal de cycles et au coût des consti- tuants. Un exercice de prospec- tive, conduit conjointement avec le CEA, a servi de point de départ aux travaux de l’ONERA qui expose, dans la dernière présentation de ce dossier, une vision moyen terme d’aviation légère tout électrique qui s’élargit au transport régional et précise l’ensemble des technologies critiques qui restent à adap- ter ou à mettre au point. Nul doute que la pro- chaine édition de la confé- rence More Electric Aircraft, à Bordeaux début février 2017, apportera de nouvelles infor- mations autant sur les déve- loppements industriels en cours que sur les travaux des laboratoires de recherche. Dimensionnement optimal d'un réseau électrique aéronautique Par D. Hadbi, X. Roboam, B Sareni, N. Retiere, F. Wurtz ............................................................................. p. 72 Key Drivers for Aeronautic Batteries Par Florence Fusalba, Jean Oriol & Eric Pinton ........................................................................................... p. 80 Electric Distributed Propulsion for Small Business Aircraft Par Jean Hermetz, Michael Ridel ........................................................................................................................ p. 86 LES ARTICLES REE N°1/2016 71 Florent Christophe, membre émérite SEE, dirige le département DEMR - Electroma- gnétisme et radar, à l’ONERA Toulouse, dont l’équipe Compatibilité électromagnétique est impliquée dans des travaux sur l’avion plus électrique et la prospective vers le tout électrique. Il est membre du Conseil de la science et de la technologie de l’OTAN. Ancien président du groupe régional Midi-Pyrénées de la SEE, il a créé ce qui est devenu le cycle des conférences More Electric Aircraft organisées conjointement par 3AF et SEE en alternance entre Toulouse (2009, 2015) et Bordeaux (2012, 2017). Jean-Charles Gautherot, membre senior de la SEE et de la 3AF, retraité de la DGA, a dirigé le département Environnement élec- tromagnétique puis la division Equipements et systèmes du CEAT (Centre d’essais aéro- nautique de Toulouse, à présent DGA/TA) qui avait notamment en charge la qualifica- tion en environnements mécanique, clima- tique et électromagnétique (foudre, champs forts, CEM) des systèmes électroniques embarqués sur aéronefs militaires. Compte tenu de ces compétences, il a été également sollicité par les autorités de certification pour divers programmes civils (A320, A340, hélicoptères divers…) notamment lors de la mise en service de systèmes électroniques critiques ou essentiels (calculateurs de commandes de vol électriques, régulation moteur pleine autorité, etc.).