Aviation du futur

Bien que les émissions de dioxyde de carbone de l’aviation représentent moins de 2 % de la contribution totale au réchauffement climatique, l’impact climatique global des vols est bien plus important. L’aviation a produit environ 2,14 % des émissions mondiales totales de CO₂ en 2024 ^A,B (un peu moins d’un milliard de tonnes métriques), mais les avions émettent aussi de la vapeur d’eau, des oxydes d’azote, de la suie, ainsi que d’autres particules et aérosols à haute altitude, où ils interagissent avec la chimie atmosphérique et la formation des nuages de façon à piéger à la fois le rayonnement solaire entrant et le rayonnement infrarouge renvoyé par la Terre, l’empêchant de s’échapper, ce qui amplifie le réchauffement. Les traînées de condensation et les cirrus qu’elles provoquent, en particulier, renforcent l’effet de serre en piégeant le rayonnement infrarouge (voir la note de référence ci-dessous pour [17,18]), tandis que les oxydes d’azote favorisent la formation d’ozone, un autre gaz à effet de serre. Lorsque ces effets autres que le CO₂ sont ajoutés aux émissions directes de CO₂, le forçage radiatif total de l’aviation est estimé à environ 3,4-4 % du réchauffement causé par les humains, ce qui fait que l’empreinte climatique de l’aviation est environ deux fois plus élevée que ne le laisseraient penser ses seules émissions de dioxyde de carbone.

Les traînées de condensation sont des nuages de cristaux de glace formés par les avions en altitude de croisière, à partir de traînées de vapeur d'eau condensée (issues de la combustion du carburant et de l'atmosphère autour). La vapeur d'eau peut se condenser sur les émissions d'aérosols des avions, comme les particules de suie (carbone). Ces nuages ne durent pas longtemps, mais plus l'air est froid et humide, plus ils persistent.

Ces nuages peuvent influencer le bilan énergétique de la Terre de deux façons opposées. Le jour, leurs surfaces claires et réfléchissantes peuvent diffuser et renvoyer vers l'espace une partie du rayonnement solaire entrant, créant un effet de refroidissement de courte durée en réduisant la quantité de lumière solaire qui atteint la surface. Mais en même temps, les traînées de condensation agissent comme de fins nuages de cirrus, absorbant et réémettant efficacement le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde émis par la surface de la Terre. Ce processus piège la chaleur dans les basses couches de l'atmosphère, créant un effet de réchauffement net particulièrement marqué la nuit, quand l'absence de rayonnement solaire entrant signifie qu'il ne reste que l'effet qui piège la chaleur. Globalement, l'effet de réchauffement des traînées de condensation tend à l'emporter sur leur effet de refroidissement par réflexion. Mais les mécanismes derrière cet effet restent mal compris, et des recherches sont menées en continu pour mieux quantifier l'impact global et les conditions nécessaires.

Les chiffres cités de 15 à 25 % décrivent généralement le gain d’efficacité énergétique des avions et moteurs de nouvelle génération par rapport aux avions qu’ils remplacent, plutôt que le simple changement de moteur sur une cellule existante. Les résultats varient selon la catégorie d’avion, la liaison et les conditions d’exploitation ^{[11,22,36,37]}.

La comparaison « 50 fois » oppose l’énergie stockée par unité de masse dans les batteries actuelles à l’énergie chimique contenue dans le kérosène par kilogramme. C’est une comparaison utile de la masse brute de carburant, plutôt qu’une comparaison complète des systèmes de propulsion : les moteurs électriques sont nettement plus efficaces que les moteurs à turbine, tandis que les packs de batteries ont aussi besoin d’un boîtier et d’une gestion thermique, et gardent leur masse une fois déchargés. La masse relative peut donc varier, même si les batteries stockent toujours bien moins d’énergie utilisable pour leur poids, ce qui reste la principale limite ^[74-79].

Des essais en vol de prototypes d'avions électriques ont été menés dans plusieurs endroits, notamment au Royaume-Uni, aux États-Unis et en Chine. Ces essais comprenaient de courts vols entre des aérodromes proches, ou des vols plus longs faisant des tours d'aérodromes, dans des espaces aériens soigneusement contrôlés. Ces essais ont été réalisés par des entreprises privées ou les forces aériennes concernées, montrant les capacités des avions électriques. Mais les avions commerciaux entièrement électriques sont encore en développement, avec des projets de mise en vol d'ici dix ans. Il s'agira de vols régionaux de moins de 500 km, avec une capacité d'accueil de passagers très limitée, comme le montrent [89-93]. Les vols électriques moyen et long-courriers (des vols internationaux aux distances intercontinentales et transatlantiques) devraient être commercialement viables dans les années 2090 ^{[14,74,75,94]}. Mais certains experts du secteur et du monde universitaire ont dit que cette estimation est très optimiste, et certains pensent que les avions électriques sur de longues distances ne seront jamais commercialement viables.

Le carburant d'aviation durable libère toujours du CO₂ quand il est brûlé. Son bénéfice potentiel pour le climat est surtout évalué sur l'ensemble de son cycle de vie, car du carbone biogénique ou du carbone capté dans l'air peut remplacer le rejet de nouveau carbone fossile extrait. Mais les économies d'émissions réelles dépendent du type de matière première utilisé pour produire le carburant, des changements d'utilisation des terres concernés, de l'énergie utilisée pour la production et le transport, de l'additionnalité (si les économies indirectes revendiquées auraient eu lieu de toute façon) et de la part mélangée à du carburant fossile classique. Les différentes filières de SAF peuvent donc permettre des réductions d'émissions très différentes ^{[95-100,135,136]}.

CORRECTION : Environ 55 % des engagements publics et accords d'approvisionnement en SAF des compagnies aériennes européennes devraient reposer sur des huiles et graisses usagées, dont des graisses animales, des huiles de cuisson usagées et d'autres huiles usagées. Cela décrit des accords et contrats prévus, plutôt que du carburant déjà utilisé comme le laisse entendre la vidéo.

L'hydrogène ne contient pas de carbone, donc les piles à combustible à hydrogène ne produisent que de l'eau au point d'utilisation. La combustion de l'hydrogène produit de la vapeur d'eau et peut aussi faire réagir l'azote et l'oxygène de l'air pour former des oxydes d'azote.

La réduction d'environ 86 % des NOₓ signalée par [124] s'applique à la configuration d'avion qu'il précise et n'est pas un taux de réduction universel.

Les émissions sur l'ensemble du cycle de vie (et donc les économies d'émissions par rapport au carburant d'aviation classique) liées au carburant hydrogène dépendent d'une production d'hydrogène alimentée par des énergies renouvelables plutôt que par des méthodes à forte intensité carbone, ainsi que des émissions indirectes liées à l'énergie et aux infrastructures nécessaires pour produire, refroidir, comprimer, transporter et stocker l'hydrogène ^[122-126].

Des estimations ont été faites sur la date à laquelle les premiers avions à hydrogène seront disponibles commercialement. Les premiers scénarios de l'industrie et des gouvernements situaient leur mise en service vers 2035-2040 ^[131-133] : McKinsey & Company ^[133] estimait que, dans un scénario optimiste, des avions à hydrogène pourraient être disponibles dès 2035, mais les scénarios Business-as-Usual et Prudent suggéraient une arrivée sur le marché plus tardive, en 2040. Cet optimisme était partagé par l'aéroport d'Heathrow et le gouvernement britannique ^[131] qui suggéraient que cet avion pourrait être utilisé sur des liaisons intérieures dès 2035, puis régionales d'ici 2040. Mais il s'agit de projections, pas de calendriers de livraison confirmés. La source britannique elle-même est désormais archivée, ce qui pose la question de savoir si des mises à jour plus récentes ont rendu ces prévisions peu probables.

Le programme ZEROe d'Airbus ^[132] visait à mettre en service un avion à hydrogène d'ici 2035, mais en février 2025, l'entreprise a annoncé que ce projet était reporté, expliquant que la technologie avançait moins vite que prévu, ce qui indiquait un retard de 5-10 ans ^[134]. Plusieurs mois plus tard, elle n'avait toujours pas donné de calendrier clair pour son premier avion à hydrogène, tout en réduisant le budget du projet.

Le chiffre de 3:1 décrit le ratio chimique entre les molécules, plutôt que leur poids ou volume relatif. Pour simplifier, produire de l'e-SAF demande environ trois molécules d'hydrogène pour chaque molécule de dioxyde de carbone capté. L'équilibre précis varie un peu selon le procédé de production et le carburant final. Par exemple, [136] indique un ratio d'alimentation H₂/CO d'environ 2:1 - le CO₂ capté peut d'abord être transformé en CO, ce qui consomme de l'hydrogène en plus. Aucun ratio d'entrée unique ne vaut pour toutes les voies de production, mais 3:1 donne un repère utile sur la chimie en jeu.

Le chiffre de Project SkyPower est une projection du secteur pour l'avenir, fondée sur une forte expansion de l'e-SAF avec assez d'investissements et de soutien politique. Ce n'est pas une prévision de marché établie ni une garantie. Le résultat dépendra de la vitesse à laquelle la production augmente, mais cette projection montre le rôle important que l'e-SAF devrait jouer d'ici 2050.