Les motoristes constatent rapidement que leurs nouveaux turbosoufflantes sont nettement plus efficaces que ceux qu’ils remplacent.
Peut-être que oui, mais le vieil adage « Qu’as-tu fait pour moi dernièrement? » sonne toujours vrai, comme en témoigne la demande du gouvernement et du public pour des avions de ligne de nouvelle génération offrant une efficacité révolutionnaire.
Pour une industrie qui atteint historiquement une efficacité supérieure de peut-être 15% à chaque génération d’avions, «révolutionnaire» ne signifie pas que les prochains avions à fuselage étroit, attendus dans les années 2030, bourdonneront sur batterie.
Mais l’industrie aérospatiale a des objectifs ambitieux : que ces avions soient 20 à 30 % plus efficaces que les Airbus A320neos et Boeing 737 Max actuels.
« Je pense que nous sommes sur la bonne voie pour offrir plus de 20 % (supplémentaires) d’efficacité énergétique. C’est juste le système de propulsion. L’avion ajouterait à cela », déclare le directeur général des technologies avancées de GE Aerospace, Arjan Hegeman. « Le reste de cette décennie va être rempli de démonstrateurs pour assurer la maturité de toutes ces technologies. »
La NASA soutient les efforts de l’industrie à travers divers projets, y compris son partenariat national pour le vol durable, dans le cadre duquel elle et Boeing développent un démonstrateur d’aile à contreventement.
Mais pour se rapprocher d’une réduction de CO2 de 30 %, les fabricants de moteurs comme GE Aerospace et Pratt & Whitney (P&W) doivent tenir leurs promesses.
Hegeman a déclaré que GE Aerospace et sa filiale CFM International poursuivent une approche en trois volets vers l’objectif de 20 % : développer un moteur à ventilateur ouvert, travailler à la réduction des cœurs de moteur et faire progresser l’état des systèmes d’avions électriques.
«Il y a 400 à 500… tests dans notre plan», dit Hegeman. « Chaque jour, nous en avons 20 ou 30 qui courent. »
Nombre de ces tests concernent le moteur à soufflante ouverte que CFM (détenu conjointement par GE Aerospace et Safran Aircraft Engines) développe dans le cadre de son programme Revolutionary Innovation for Sustainable Engines (RISE), lancé en 2021.
Considérant que les changements technologiques sont lents comme la mélasse dans l’industrie aéronautique, les moteurs à ventilateur ouvert sont assez radicaux. Ils sont similaires aux turbosoufflantes traditionnelles, sauf d’une manière flagrante : leurs ventilateurs ne sont pas enfermés dans des nacelles, mais tournent plutôt librement dans l’air extérieur.
L’amerrissage forcé des nacelles signifie moins de poids et de traînée, offrant une amélioration immédiate de l’efficacité, déclare Hegeman. Mais aussi, sans nacelles encombrantes et contraignantes, les ingénieurs peuvent donner aux moteurs à soufflante ouverte des soufflantes plus larges (et donc des taux de dilution plus importants), ce qui améliore l’efficacité – le tout sans augmenter la largeur hors tout.
De telles conceptions ne sont pas nouvelles. Le test de GE Aerospace a fait voler un tel moteur dans les années 1980, mais a abandonné l’effort car les prix du carburant ont baissé. Les ventilateurs ouverts ont également été bloqués par leur propension à crier fort et en raison du risque que, faute d’anneaux de confinement, des pannes de moteur puissent projeter des composants dans les cabines des passagers.
Mais Hegeman dit que GE Aerospace et ses partenaires ont des solutions.
« Notre capacité de calcul a considérablement augmenté (jusqu’à) où nous pouvons maintenant être si exacts et précis dans nos prédictions analytiques », dit-il. « Nous avons pu optimiser ces formes de profil aérodynamique pour obtenir des niveaux sonores inférieurs aux moteurs à fuselage étroit d’aujourd’hui ».
Il dit que les fuselages d’avions blindés peuvent atténuer les risques de défaillance et que les pales de ventilateur composites sont exceptionnellement durables.
CFM vise cette décennie à lancer les essais en vol de son démonstrateur à rotor ouvert avec le soutien d’Airbus, en utilisant un A380.
GE Aerospace et P&W, une filiale de Raytheon Technologies, s’efforcent également chacun d’obtenir plus de puissance à partir de cœurs de turbosoufflantes plus petits. Ils ont tous deux remporté des contrats dans le cadre de l’effort HyTEC (Hybrid Thermally Efficient Core) de la NASA pour développer un moteur plus petit avec un taux de dérivation de 15: 1 qui brûle 5 à 10% de carburant en moins que les turbosoufflantes d’aujourd’hui. Il cherche également à extraire 10 à 20 % de la puissance du moteur sous forme d’électricité, ce qui permet l’expansion des systèmes électriques.
La NASA espère commencer les démonstrations au sol HyTEC vers 2026 et avoir de telles technologies prêtes pour les heures de grande écoute dans les années 2030.
Les entreprises créent également des systèmes de propulsion hybrides électriques avec des moteurs électriques de classe mégawatt, qui pourraient potentiellement être installés sur des avions régionaux à turbopropulseurs ou couplés à des turbosoufflantes sur des jets plus gros.
Collins Aerospace, filiale de Raytheon, a développé un système hybride électrique de classe mégawatt pour les tests en partenariat avec Pratt & Whitney Canada et De Havilland Aircraft.
Cet effort consiste à installer le système sur un turbopropulseur Dash 8. P&W travaille également dans le cadre d’un projet de l’Union européenne pour développer une modification hybride-électrique de son turbosoufflante à engrenages.
GE Aerospace, quant à lui, mène ses travaux hybrides électriques en partie dans le cadre du programme EPFD (Electric Powertrain Flight Demonstration) de la NASA, dont l’agence espère qu’il aboutira à l’entrée en service de nouveaux systèmes électriques au plus tard en 2035.
Des progrès sont en cours, GE Aerospace ayant testé son système hybride électrique de classe mégawatt à des altitudes simulées allant jusqu’à 45 000 pieds. La société prévoit au milieu des années 2020 de commencer les essais au sol et en vol à l’aide d’un turbopropulseur Saab 340B.
De plus, GE Aerospace a annoncé en mai son intention d’investir 20 millions de dollars pour étendre ses capacités de test hybride-électrique.
Hegeman souligne que les technologies en cours de développement par son équipe seraient capables de moteurs brûlant soit de l’hydrogène, soit du carburant d’aviation durable (SAF) – qui ont tous deux suscité un battage médiatique récent en tant que solutions potentielles aux problèmes d’émissions de l’aviation.
« Pour couronner le tout, tout cela est indépendant de la source d’énergie, qu’il s’agisse d’hydrogène ou de SAF », dit-il.
L’industrie aéronautique s’est appuyée le plus sur le SAF, qui est généralement un biocarburant, comme son sauveur. Cela, bien que le SAF reste prohibitif, largement indisponible en raison des faibles volumes de production et ayant des avantages environnementaux discutables.
La viabilité de l’hydrogène reste également incertaine. Bien qu’Airbus ait lancé le développement d’avions de ligne à hydrogène entrant en service dans les années 2030, Boeing s’est retenu.
Hegeman est également plus sceptique quant à l’hydrogène.
« Nous ne sommes pas si loin dans le voyage (de l’hydrogène)… L’hydrogène est le moins mature et a le plus long chemin à parcourir », dit-il.
