Les avions étranges et économes en carburant que vous pourriez voler en une journée

Des conceptions non conventionnelles telles que les formes «à ailes mixtes» maintenant utilisées pour certains jets militaires, qui combinent la cabine et les ailes en une seule pièce, ont été proposées pendant des années comme des possibilités pour les avions de passagers. Aujourd’hui, la montée des préoccupations liées au changement climatique et l’émergence de nouveaux matériaux de fabrication ont rapproché la réflexion de la réalité, selon des scientifiques de la National Aeronautics and Space Administration.

À peu près toutes les efficacités aérodynamiques permettant d’économiser du carburant ont été arrachées aux avions existants. La prochaine génération aura besoin de conceptions plus audacieuses pour répondre aux nouvelles normes environnementales et économiques des compagnies aériennes, ce qui oblige les constructeurs d’avions à revenir à la planche à dessin.

Les dessins existent maintenant principalement sous forme de rendus d’artistes, de modèles et de prototypes à petite échelle. Cela pourrait être réglé pour enfin changer. La NASA a lancé en juin un concours destiné aux entreprises américaines pour concevoir et construire un démonstrateur à grande échelle. Les règles exigent que les participants ciblent des avions de la taille d’un Boeing Co.

737 pouvant transporter 150 passagers. L’agence veut un prototype qui pourrait voler dès 2027 et être prêt pour une production de masse au cours de la prochaine décennie.

L’agence ne commentera pas les propositions soumises avant la date limite de septembre, mais souligne l’histoire récente des conceptions alternatives par les chercheurs et les constructeurs d’avions. Ceux-ci incluent des corps d’avion qui ressemblent à des ailes volantes avec des passagers assis à 10 ou plus, par rapport aux rangées de six sur un Boeing 737. D’autres ont de longues ailes minces qui devraient se replier pour s’adapter aux portes de l’aéroport. Dans certaines conceptions, les jets sous l’aile sont remplacés par des hélices orientées vers l’arrière montées à l’arrière de l’avion.

La NASA a organisé il y a 10 ans un concours similaire qui se concentrait davantage sur l’efficacité des conceptions que sur la capacité de les rendre commercialement réalisables. Désormais, il se concentre sur les avions qui sont plus efficaces et peuvent entrer dans la flotte pour faire une différence dans les émissions de l’industrie aéronautique. “Nous travaillons sur des configurations avancées depuis 20 ans, mais la dernière fois que je suis allé à l’aéroport, je n’en ai vu aucun voler”, déclare Brent Cobleigh, responsable du projet Flight Demonstrations and Capabilities de la NASA.

Les concepteurs d’avions se sont regroupés autour de trois conceptions principales, qui, selon les personnes impliquées dans le dernier concours, devraient figurer en bonne place dans les candidatures. Ils portent des noms exotiques, tels que des ailes à contreventement transsoniques, des corps à ailes mixtes et des doubles bulles, qui reflètent à quel point ils sont éloignés de la plupart des avions conventionnels qui transportent désormais des passagers commerciaux dans le monde entier.

La NASA n’a affecté qu’environ 1 milliard de dollars sur sa demande de budget de 26 milliards de dollars pour l’exercice 2023 aux activités liées aux aéronefs, conformément aux années précédentes, mais les responsables affirment que son travail a influencé chaque partie des avions qui volent actuellement. L’agence prévoit également de puiser dans son budget spatial pour financer une partie de la construction et des tests du design gagnant, qu’elle prévoit d’annoncer en janvier. De nouveaux avions développés ce siècle par Airbus SE et Boeing ont nécessité des investissements de 10 milliards de dollars ou plus, de sorte que tout futur avion nécessitera un financement externe important.

De telles conceptions promettent une meilleure efficacité énergétique et une réduction des émissions, principalement grâce à la réduction de la traînée aérodynamique, déclare le professeur R. John Hansman, directeur du Centre international du transport aérien au Massachusetts Institute of Technology.

Les modèles à ailes mixtes et les doubles bulles – qui combinent deux fuselages presque ronds – utilisent le corps principal de l’avion pour assurer la portance, plutôt que de s’appuyer principalement sur les ailes, explique le professeur Hansman. Ils n’ont pas non plus besoin d’empennages induisant de la traînée.

Les modèles d’ailes transsoniques à renfort en treillis utilisent un tube de passager conventionnel, qui est aérodynamiquement efficace et d’une forme facile à pressuriser afin que les passagers puissent respirer de l’oxygène en altitude. Ils incorporent des ailes longues et fines qui ont moins de traînée en vol que les ailes conventionnelles, mais sont plus délicates et ont besoin d’entretoises de soutien pour réduire le stress là où elles rejoignent le corps.

Alors que Boeing et son rival Airbus ont travaillé sur des conceptions radicales pendant des années, les compagnies aériennes ont préféré l’option moins chère d’améliorations progressives des avions conventionnels. Les constructeurs d’avions ont été réticents à agir en premier, étant donné l’énorme investissement requis pour de toutes nouvelles conceptions.

Les gros acheteurs d’avions, comme l’ensemble de l’industrie, soutiennent les objectifs de réduction de son empreinte climatique. Mais ils remettent en question l’économie des nouvelles conceptions. “Le monde battra-t-il un chemin jusqu’à sa porte?” déclare John Plueger, directeur général d’Air Lease Corp.

l’une des plus grandes sociétés de location d’avions de ligne au monde.

“Si nous ne le faisons pas, il n’y aura jamais de changement”, déclare Rich Wahls, responsable de l’intégration de la mission de la NASA pour son programme Sustainable Flight National Partnership, qui comprend le concours de conception d’avions. “Nous devons intégrer cela rapidement dans la flotte pour avoir un impact sur le climat.”

Les participants au concours de la NASA devaient démontrer que leurs conceptions pouvaient être produites en série à raison de 60 avions par mois, explique M. Wahls. Le concours est organisé parallèlement aux efforts de l’industrie pour développer de nouveaux systèmes d’alimentation, y compris des alternatives au carburéacteur comme l’hydrogène et l’électricité, ainsi que des matériaux composites et de nouveaux systèmes de fabrication.

« Je crois que dans 20 ans, nous verrons quelque chose de différent », dit-il.

La NASA affirme que l’un de ses objectifs est de créer un «champion national» pour donner au secteur d’exportation de la fabrication d’avions – le plus important des États-Unis – un avantage de premier arrivé. Les pays européens, notamment la France, l’Allemagne et le Royaume-Uni, ainsi que la Chine, le Japon et la Corée du Sud envisagent également le grand pas vers un tout nouveau design d’avion.

L’agence affirme que ce sera un véritable concours, malgré la domination de Boeing sur le marché américain dans la production de gros avions commerciaux. La société travaille déjà avec la NASA sur une conception d’aile à renfort en treillis.

Boeing affirme qu’il étudie le concept depuis plus d’une décennie et voit des avantages potentiels significatifs en termes de consommation de carburant et d’émissions. “Parce que nous sommes dans une compétition active, nous ne pouvons pas commenter davantage pour le moment”, a déclaré la société.

Dans la compétition pour construire un nouveau type d’avion de ligne, M. Wahls dit qu’il ne s’attend pas à voir quelque chose comme les plus de 300 entreprises rivalisant pour créer des taxis aériens, mais qu’il ne manque pas d’acteurs non traditionnels. « Il y a beaucoup de gens riches là-bas. Vous obtenez le bon… », dit-il.

Mais un nouveau design d’avion de ligne sera probablement confronté à l’un des mêmes défis que ceux rencontrés dans le secteur naissant des taxis aériens : convaincre les gens de voler sur quelque chose d’inconnu. La NASA affirme que l’acceptabilité des passagers est l’un des critères intégrés à son concours.

Des études antérieures sur les conceptions d’ailes volantes ont révélé qu’être sur les sièges extérieurs n’était pas plus cahoteux que de voler sur le siège arrière d’un Boeing 747, dit M. Wahls. Certaines études ont également montré que de telles conceptions pouvaient être évacuées aussi rapidement qu’une conception conventionnelle, dit-il.

En tant que leaders du concours, M. Wahls et M. Cobleigh ne discuteront pas du type d’avion qu’ils s’attendent à voir dans les aéroports à la fin des années 2030. Dans une interview vidéo pour cette histoire, ni l’un ni l’autre n’avaient de photographies, de rendus ou de modèles visibles en arrière-plan, pas tant que le dessin d’un enfant. « J’ai peur de montrer n’importe quelle configuration, car j’ai l’impression d’en privilégier une », déclare M. Cobleigh, dont les présentations présentent actuellement des photos de la nature plutôt que des avions.