L’aviation et la course technologique

La domination des combustibles fossiles sur les moyens de transport semble être bientôt affectée par la jeune propulsion électrique, ce qui est clairement visible dans une série d’avions légers destinés principalement à la formation des pilotes. Avec ses moteurs électriques avancés, légers et ultra-sophistiqués, qui entraînent directement les hélices, dans une gamme de 50 kW à 2 mW, la société allemande Siemens AG a ouvert la voie à cette rupture de paradigme. Elle a donné naissance à des modèles prêts à être fabriqués en série, comme le Pipistrel Alpha Electro slovène, de même qu’elle a été à l’origine d’une véritable révolution en cours, celle des avions eVTOL pour le transport aérien urbain.

DÉFIS TECHNOLOGIQUES
Siemens ne doute pas de l’acceptation progressive de la propulsion électrique, considérée par les Allemands comme « le futur standard de la plupart des transports aériens dans près de 45 ou 50 ans ». Pour l’instant, à l’exception de rares cas, Siemens a développé une série de prototypes dans les gammes de puissance les plus diverses afin de rendre viables des projets d’aéronefs à voilure fixe destinés à démontrer la polyvalence de la propulsion électrique, tels que le « E-Fan » d’Airbus (un avion avec deux hélices carénées montées sur la queue), le déjà connu Extra 330LE acrobatique (maintenant avec motorisation électrique) et le Magnus eFusion, pour n’en citer que quelques-uns. Les résultats sont au rendez-vous. Par exemple, l’Extra, équipé d’un moteur Siemens de 260 kW, a battu des records de vitesse et de montée.

Avec Airbus, le constructeur développe huit moteurs pour le projet « City Airbus », un véhicule révolutionnaire d’atterrissage et de décollage vertical (eVTOL) pour quatre passagers, considéré comme ce qui serait peut-être le précurseur de la « mobilité aérienne urbaine », à propulsion électrique. Avec le même Airbus et le britannique Rolls-Royce, le développement se concentre sur un modèle de 2 mW, le moteur le plus puissant actuellement, qui devrait voler en 2020.

Malgré les batteries lithium-ion modernes et les avancées d’entreprises comme Siemens, les défis technologiques restent un obstacle à un développement plus ambitieux de l’aviation électrique, car leurs sources d’énergie sont loin de reproduire les performances des combustibles fossiles. Kilogramme par kilogramme, le kérosène a près de 100 fois plus d’énergie qu’une batterie. D’autre part, le rendement d’un moteur électrique par rapport à un turbofan est supérieur de 90%, contre près de 45% pour les turbines.

Il existe encore la solution hybride pour les besoins en énergie, car pendant longtemps, ils n’ont pas pu être fournis par les batteries que nous connaissons aujourd’hui : un turbogénérateur relativement petit, incorporé à la cellule du futur véhicule aérien, piloté ou autonome, pour recharger les batteries ou même fonctionner en parallèle avec elles. Cette solution n’aura guère de succès dans le transport aérien urbain, où l’on souhaite un faible niveau de bruit et de polluants et une automatisation maximale pour l’autopilotage ou l’autonomie complète.

Des drones à l’eVTOL Les véhicules non pilotés ou pilotés à haut degré d’endurance sont les maîtres mots du mouvement mondial impliquant des industries aéronautiques de renom et une plus grande quantité de startups et d’innovateurs. Ils n’ont rien à voir avec les amateurs fascinés par ce que les petits drones plus sophistiqués peuvent leur offrir en matière de raids et de photos télécommandées.

Dans cette nouvelle industrie, les performances et le potentiel des drones se révèlent plus complets. Ils sont génériquement connus sous le nom de véhicules eVTOL, une dénomination qui s’explique par la capacité à décoller et à atterrir verticalement, à se déplacer à des vitesses comparables à celles d’un hélicoptère en vol de croisière et à utiliser l’énergie de la batterie pour la propulsion.

Il est difficile de suivre les projets eVTOL qui, en grande quantité, proviennent de partout. Leur degré d’évolution jusqu’au premier vol de prototype ou de démonstrateur peut également prêter à confusion. En contrepoint, il existe des exemples comme ceux d’Airbus avec son CityAirbus, qui sont les produits d’un nouveau centre d’innovation appelé A3, déployé dans la Silicon Valley des États-Unis. Son premier vol est attendu pour fin 2018, à Donauworth, en Allemagne. Le CityAirbus pour quatre passagers est à peine plus petit qu’un hélicoptère de même capacité mesurant 8,0 x 8,0 m. Dans une phase précédente, le démonstrateur Vahana pour un passager est également une création d’A3 et volera en 2020.

Les eVTOL proposés à la mobilité aérienne urbaine, qu’ils soient pilotés ou autonomes, ne rappellent pas les avions et les hélicoptères que nous connaissons aujourd’hui, bien qu’ils puissent être adaptés à un fonctionnement par télépilotage. En général, de nombreux modèles proposés s’inspirent des drones achetés dans les magasins de loisirs : multirotors, fonctionnant avec des hélices à pas fixe à l’intérieur de carénages en forme d’anneau (ventilateur canalisé) ou totalement libres. Le prototype CityAirbus est surdimensionné pour permettre des adaptations et des modifications rapides. Il y a huit moteurs Siemens de 100 kW pour quatre anneaux, chacun avec deux jeux d’hélices contrarotatives, avec une puissance suffisante même en vol stationnaire et alimentée par des batteries au lithium de 100 kWh.

UBER INVESTIT DANS LES TAXIS AÉRIENS
Lors du deuxième séminaire Uber Elevate, qui s’est tenu cette année dans la ville de Los Angeles pour évaluer les nouveautés en matière de mobilité urbaine, les yeux du monde entier se sont tournés vers les maquettes d’avions eVTOL. Six entreprises ont présenté leurs concepts. Uber prévoit d’exploiter un petit réseau d’avions électriques dans un certain nombre de villes du monde afin de permettre des vols pour quatre personnes maximum dans des zones urbaines densément peuplées. Ces véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) diffèrent des hélicoptères car ils se veulent nettement plus silencieux, plus accessibles et plus écologiques.

L’un des projets conceptuels est le Pipistrel eVTOL, développé en partenariat avec le programme Uber Elevate. Il utilise des systèmes de propulsion dédiés à la fois pour la croisière et l’ascension verticale, et devrait pouvoir transporter entre deux et six passagers. Située en Slovénie, Pipistrel produit déjà, parmi ses 13 modèles d’avions, deux qui n’ont qu’une propulsion totalement électrique. Plus récemment, l’entreprise a mis au point le Panthera, un avion de l’aviation générale à quatre places et à hautes performances, doté de systèmes de propulsion modulaires et disponible en trois versions : totalement électrique, hybride ou à carburant.

Autre partenariat du programme Uber Elevate, EMBRAER X a présenté son concept de véhicule de transport aérien urbain, issu des études de ses unités d’innovation indépendantes dont le siège est aux États-Unis. En tant que branche d’EMBRAER destinée aux entreprises disruptives, la société indique que le concept eVTOL prévoit la création d’un « avion de transport de passagers pour un environnement urbain, basé sur la sécurité et l’expérience des personnes, l’accessibilité économique et un faible impact sur les communautés, en termes d’émissions et de bruit ».

En tant que partenaire supplémentaire du projet, Aurora donne plus de détails sur son eVTOL. Fabriqué en fibre de carbone et dérivé de programmes tels que le X-24A X-plane, actuellement en cours pour le département de la défense des États-Unis, le véhicule Aurora sera utilisé pour le transport de passagers ou de marchandises sur de courtes distances, uniquement à des fins civiles dans un premier temps, mais avec la possibilité de servir des missions militaires à l’avenir. La configuration actuelle permet d’accueillir deux passagers, dont le pilote et les bagages. Le plan d’infrastructure prévoit des « vertiports » urbains pour l’embarquement des passagers et l’entretien des véhicules, qui répondront aux services « hub-to-hub ». Les premiers vols d’essai devraient commencer en 2020 à Dallas, au Texas, et à Dubaï, aux Émirats arabes unis.

L’aéronef eVTOL d’Aurora comprend huit rotors grimpants pour le décollage vertical, ainsi qu’une hélice et une aile pour faire la transition vers un croiseur à grande vitesse. Au centre de destination, l’avion effectue de nouveau la transition vers le vol vertical avec le rotor d’atterrissage. Le fonctionnement totalement électrique réduit ou élimine les émissions et la pollution sonore pour un vol plus silencieux. Initialement opéré par un pilote de sécurité, l’eVTOL a été conçu pour fonctionner en mode totalement autonome. La capacité de vol des aéronefs eVTOL est trois fois plus efficace que celle d’un avion multicoptère.

Uber travaille également avec sa propre vision d’un avion eVTOL. Connu sous le nom d’eCRM-003, ce modèle combine des éléments de drone et d’avion, et peut accueillir jusqu’à quatre passagers et leurs bagages. Il est doté de quatre paires d’hélices contrarotatives pour l’élévation verticale. À une altitude de croisière, entre 1 000 et 2 000 pieds, le système revient à un fonctionnement en aile fixe, avec la poussée d’un seul moteur arrière, capable de développer une vitesse de 241 km/h et un maximum de 321 km/h. Tout électrique.

L’idée de base est que l’utilisation de plusieurs petits rotors électriques rendrait l’appareil plus silencieux qu’un hélicoptère conventionnel, tout en assurant une redondance en cas de panne, ce qui signifie une meilleure sécurité. L’endurance de l’Uber eVTOL serait de 100 km par charge électrique, avec des missions prévues de près de 25 miles, et une recharge de 5 minutes entre chaque voyage. Uber prévoit de maintenir ses eVTOLs en fonctionnement continu pendant près de 3 heures, en période de pointe. Bell et Karem complètent la liste des partenaires d’Uber.

Malgré toutes ces répercussions, le départ à la retraite de l’idéateur du projet Uber Elevate, Jeff Holden, directeur de produit, peu après la conférence de l’entreprise, annoncé par les principaux journaux économiques américains, laisse planer le doute sur ce que cela pourrait signifier pour l’avenir du projet. Ce qui est certain, c’est qu’Uber Elevate va désormais continuer sous le commandement d’Eric Allison, qui a de l’expérience dans le développement de voitures volantes.

DES PROJETS PLUS AVANCÉS
Malgré la frilosité autour des projets Uber, qui est plus avancé en termes de vol est l’allemand Volocopter, qui attire les investissements de Daimler (propriétaire de Mercedes) et du fabricant de puces Intel. Elle fait voler son véhicule à 18 rotors depuis 2016 et conçoit un modèle de taxi autonome.

Parmi les autres promoteurs, citons Joby Aviation, de Californie, qui a pour partenaires JetBlue Airways et Toyota, AeroMobil, de Slovaquie, et l’Allemand Lilium, dont le partenaire est Tencent, un investisseur géant chinois. À propos, la société chinoise EHang de Guangzhou a déjà enregistré avec son modèle 184 une vitesse de 130 km/h, une ascension jusqu’à 300 m et un fonctionnement en milieu orageux.

Les organismes de réglementation de la sécurité aérienne de plusieurs pays ont une aversion raisonnable pour les risques. Ce qui signifie que même si l’objectif final de la mobilité aérienne urbaine est l’autonomie ou l’autoguidage des véhicules de tourisme, leurs premiers drones seront équipés de commandes manuelles, exigeant la présence d’un pilote breveté à bord. Les fabricants et les organismes gouvernementaux débattent déjà de la manière d’alléger les exigences de l’éventuel fonctionnement initial.

Par exemple, Volocopter attend que l’AESA classe son « 18-rotor » comme un avion de sport léger (LSA), qui pourra alors avoir comme pilote le détenteur d’une simple licence, sans l’exigence d’une formation spéciale ou d’un examen médical plus rigoureux. Volocopter a fait une démonstration, sans passagers à Dubaï l’année dernière sans avoir en tête la congestion urbaine, mais le désir du gouvernement des Emirats d’instituer un taxi aérien urbain dans la ville.

— simulateur de vol