Cela vous intéressera aussi[EN VIDÉO] Un kérosène neutre en carbone pour nos avions Des chercheurs ont mis au point un réacteur qui permet de produire un carburant liquide,…Il y a quelques semaines, l’Union européenne (UE) annonçait avoir trouvé un accord autour du programme RefuelEU Aviation, qui doit rendre obligatoire l’incorporation d’une proportion de carburants durables dans le kérosène exploité par les acteurs du transport. Il s’agit là d’un des leviers incontournables pour atteindre la décarbonation du transport aérien, principalement parce qu’ils sont utilisables dans les moteurs actuellement en service et ceux en développement. Concrètement, d’ici deux ans, tous les vols au départ d’un aéroport de l’UE seront obligés d’intégrer au minimum 2 % de carburants d’aviation durables (aussi appelés SAF, pour carburants d’aviation durables). En 2030, cette part devra augmenter à 6 %, pour atteindre progressivement les 70 % d’ici à 2050.
« Cet accord historique constitue en effet une première étape vers une décarbonation significative de l’aviation. Toutefois, il demeure des points de vigilance, parmi lesquels le coût plus élevé des carburants durables. Cela étant dit, pour atteindre l’objectif de neutralité carbone d’ici 2050, il faudra encore travailler sur d’autres aspects, notamment celui de la performance des moteurs, qui tourneront avec des combustibles de nouvelle génération, la production d’hydrogène et d’électricité décarbonée », analyse Christophe Bianchi, Chief technologist Ansys.
Plutôt que de résumer les différentes initiatives de fabrication de carburant durable et voir comment les industriels comptent les produire de façon aussi neutre que possible, nous nous sommes intéressés au rôle de la simulation numérique. Nous avons donc souhaité, avec Ansys, comprendre comment la simulation peut accompagner le développement de ces nouveaux carburants et aider à relever plusieurs défis, dont l’incorporation de ces carburants de synthèse dans le kérosène et, plus généralement, comment la technologie peut agir plus efficacement sur l’empreinte écologique globale de l’aviation avec le « jumeau numérique ». En effet, aujourd’hui, la technologie permet de comprendre les propriétés thermodynamiques des mélanges de carburants et de leur performance en vol afin de concevoir des moteurs et des systèmes de propulsion.
Artemis I : comment la simulation numérique a joué un rôle important dans le succès de la mission
La parole à Mariano Morales, Director, Technical Account Management, Aerospace and Defense, Global, chez Ansys.
Futura : C’est quoi un « carburant durable » et y a-t-il plusieurs sortes de « carburant durable » ?
Mariano Morales : Les carburants durables sont des carburants alternatifs qui sont moins néfastes pour l’environnement que le kérosène sur l’ensemble de leur « cycle de vie ». Parmi ces carburants durables, nous pouvons citer des biocarburants ou même de nouveaux carburants comme l’hydrogène.
Les biocarburants peuvent être fabriqués à partir de déchets alimentaires, agricoles ou encore grâce à la biomasse. Ces méthodes de production émettent beaucoup moins de CO2 que l’extraction et le raffinage du pétrole ; c’est pourquoi ils sont considérés comme une alternative solide aux carburants traditionnels.
Concernant l’hydrogène, son utilisation comme carburant est très attrayante. En effet, les piles à combustible à base d’hydrogène ne rejettent aucune émission, fonctionnent silencieusement, ne posent aucun problème de charge et ont un bon rendement thermique (jusqu’à 60 %). Cependant, le défi principal est que la densité énergétique de l’hydrogène est faible. Cela signifie que pour obtenir le même niveau de production d’énergie, un volume plus important d’hydrogène doit être stocké dans le véhicule.
Futura : Quelles conséquences pour les moteurs actuels ?
Mariano Morales : Aujourd’hui quasiment tous les moteurs d’avion, quelle que soit leur génération, peuvent fonctionner avec des mélanges de kérosène et de carburants alternatifs, comme les biocarburants. Toutefois, la limite d’incorporation des biocarburants est de 50 %, car ils posent encore des problèmes d’étanchéité au niveau des circuits du moteur. Pour lever ce verrou, il faut ajouter des molécules aromatiques qui vont prodiguer l’étanchéité nécessaire, ou bien développer de nouveaux joints moteurs.
Des technologies comme la simulation peuvent aider à convertir plus facilement les matériaux biosourcés en carburants durables et à établir les degrés de mélanges appropriés pour maximiser leur efficacité énergétique.
Futura : En quoi la simulation numérique peut-elle vous aider et quel est son rôle dans leur mise au point ?
Mariano Morales : La simulation permet aux ingénieurs d’évaluer les infrastructures actuelles et de concevoir des changements pour garantir la sécurité des avions tout en réduisant les coûts et la taille des moteurs.
Futura : Pour améliorer la performance de ces « carburants durables », sera-t-il nécessaire de développer de nouveaux moteurs ?
Mariano Morales : Pour que les avions puissent fonctionner avec 100 % de carburants durables, les essais doivent encore être achevés et validés pour convertir les moteurs actuels. La simulation numérique joue un rôle important dans ce parcours. Alors que de nouvelles sources de carburant sont évaluées en vue de leur utilisation sur des aéronefs, les moteurs doivent faire l’objet de tests pour garantir des performances et une sécurité optimale. Grâce à la simulation, les fabricants peuvent explorer et prédire comment les moteurs réagiront aux nouveaux carburants, en prenant en compte par exemple les caractéristiques de combustion. Ils peuvent également prévoir l’impact de l’utilisation de ces carburants sur les traînées de condensation et les émissions de carbone de l’avion.
En revanche, utiliser l’hydrogène comme principale source d’énergie est complexe et nécessite de repenser en profondeur les moteurs et les infrastructures de stockage. L’hydrogène est hautement inflammable et pour les constructeurs, dont la sécurité est la priorité numéro un, tout risque d’accident doit donc être écarté. De plus, il est quatre fois plus volumineux que le kérosène à densité énergétique égale. Pour gagner de la place, il faut le conserver sous forme liquide dans des réservoir
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