Depuis le premier vol dirigé, réalisé en 1903 par les frères Wright,
le transport aérien est passé d’une activité de pionniers à un moyen de
transport rapide, sûr et de masse. Aujourd’hui, le secteur de
l’aéronautique représente environ 8 % du produit mondial brut et
emploie, selon l’étude intitulée "Aviation: Benefits Beyond Borders" 56,6 millions de personnes dans le monde (dont 266 000 personnes en France).
Il y avait en 2013 environ 20 000 avions de ligne en état de voler
dans le monde et on estime qu’ils effectuent quelque 80.000 vols chaque
jour, soit un décollage et un atterrissage chaque seconde. La croissance
du trafic aérien, dopé notamment par le développement économique de
l’Asie, devrait permettre de constater un triplement d’ici 2050.
Concrètement, cela signifie que le nombre de passagers transportés
pourrait passer de 3 à 9 milliards par an ! A plus court terme, d’ici
2030, on estime que le nombre annuel de vols pourrait passer de 30 à 50
millions et le nombre annuel de passagers transportés de 3 à 5
milliards !
Pour les vingt prochaines années, Boeing estime pour sa part que la
croissance annuelle moyenne du transport aérien sera de 5 % et évalue
le marché à 35 280 nouveaux avions commerciaux (transports et fret),
soit 5 nouveaux avions par jour, pour une valeur totale de 4 800
milliards de dollars (Voir rapport).
Selon Boeing, le marché des avions monocouloir (737 et A320) va
poursuivre son essor et représentera 70 % du marché en 2050 cependant
que les nouveaux appareils bi-couloir (787 et A350) sont également
appelés à un fort développement et devraient représenter 22 % du marché
au milieu du siècle.
Toujours selon les prévisions de Boeing, le marché mondial des avions
commerciaux, boosté par la demande asiatique qui représentera au moins
un tiers de la croissance du secteur, restera massivement dominé par
Boeing et Airbus.
Mais ce développement massif de l’aviation commerciale civile ne sera
possible qu’à cinq conditions : 1°/ : réduire drastiquement le coût
d’exploitation moyen par passager transporté, 2°/ : réduire l’impact sur
l’environnement et le climat et enfin, 3°/ : réduire sensiblement les
nuisances pour les riverains, en dépit de l’augmentation de ce trafic
aérien. La quatrième condition concerne bien entendu l’amélioration de
la sécurité aérienne qui devra être poursuivie en dépit de
l’accroissement du nombre de vols. A cet égard, rappelons que 2013 a été
l’année la plus sûre dans le transport aérien depuis 2003, avec 224
décès, contre une moyenne de 703 entre 2003 et 2012, selon le dernier
bilan de l'Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA).
Enfin la cinquième et dernière condition concerne la préparation des
ruptures technologiques qui devront permettre l’avènement, à l’horizon
2040, d’appareils commerciaux hypersoniques qui viendront effacer la
régression technologique que constitue la fin des vols supersoniques
civils depuis l’arrêt du Concorde en 2003.
En juin 2011, Airbus a dévoilé sa conception de l’avion du futur,
prévu pour 2050. Pour ce constructeur européen, l’avion qui volera au
milieu de ce siècle devra posséder une structure bionique qui pourra
évoluer en fonction des conditions climatiques. La coque sera
transparente de manière à permettre aux passagers de bénéficier d’une
vision panoramique de l’espace extérieur. À l’intérieur de l’appareil,
les passagers pourront évoluer librement entre un espace de relaxation
et un espace de travail permettant la télé présence et les
téléconférences virtuelles.
Bien entendu cet avion devra être beaucoup plus sobre en carburant
que les avions actuels et émettre le plus faible niveau possible de gaz à
effet de serre, ce qui suppose des modes de propulsion hybride
associant biocarburants, ou hydrogène et propulsion électrique.
Au cours de la phase de décollage, cet avion du futur sera
probablement propulsé par un circuit d’induction magnétique intégré dans
le fuselage et alimenté par des pistes électromagnétiques au sol. Grâce
à ce système, les avions pourront décoller plus rapidement et se
stabiliser plus vite à leur altitude de croisière, tout en consommant
moins d’énergie et en réduisant les nuisances sonores.
Airbus prévoit également la généralisation des systèmes de navigation
4-D qui permettront aux avions de voler en formation, comme le font
les oiseaux, ce qui entraînera également une forte diminution de la
consommation de carburant.
Par exemple, les vols transatlantiques au départ de Londres, Paris et
Madrid convergeront au-dessus de l’Atlantique et se regrouperont en une
formation qui permettra à ces avions d’exploiter l’énergie provenant
des tourbillons en bout d’aile de l’avion de tête, réduisant ainsi la
traînée et augmentant l’efficacité des moteurs tout en diminuant les
émissions polluantes.
Bien entendu la phase d’atterrissage sera également entièrement
recomposée grâce à la généralisation des systèmes prédictifs de
navigation utilisant l’intelligence artificielle, qui seront capables de
calculer le moment optimal pour quitter l’altitude de croisière et
entamer une descente continue et progressive vers l’aéroport en
réduisant au minimum la puissance des moteurs. Là encore, l’objectif est
de réduire drastiquement la consommation de carburant, la pollution et
les nuisances sonores.
Il est vrai qu’il y a urgence car avec plus d’un milliard de tonnes
émises en 2013, l’aviation civile représente à présent plus de 3 % des
émissions humaines de CO2 au niveau mondial ou encore l’équivalent de
deux fois et demi les émissions annuelles de la France ! Il faut
cependant rappeler que, grâce aux progrès technologiques de ces
dernières décennies en matière de motorisation, de matériaux et de
couloirs aériens, la consommation de carburant dans l'aviation n'a
augmenté que de 3 % ces dix dernières années pour une hausse du trafic
de 45 % sur cette période. Selon l'agence internationale du transport
aérien (Iata), l'utilisation de biocarburants, combinée à d'autres
mesures comme de nouveaux systèmes de gestion du trafic aérien, tel le
programme Sesar en Europe, pourrait permettre de diminuer les émissions
de CO2 de 50 % en 2050 par rapport à 2005.
Mais il va falloir aller encore beaucoup plus loin et remplacer
progressivement le kérosène -principal carburant utilisé actuellement
par l’aviation- par des bio et agrocarburants issus de matières
végétales renouvelables ou de micro algues et présentant un bilan neutre
en carbone. Pour accélérer cette transition, la Commission Européenne
s'est d’ailleurs engagée à acheter aux producteurs d'agrocarburants 4 %
du volume total utilisé dans l'aviation à l'horizon 2020.
En octobre 2011, un Airbus a effectué le premier vol Toulouse-Paris
avec un mélange 50/50 kérosène-biocarburant. Le mélange utilisé, de
kérosène classique et de bio-kérosène obtenu par hydrotraitement à
partir d’huiles usagées (des huiles de friture, précise le ministère de
l’Ecologie), a permis sur le vol AF6129 de réduire les émissions du vol à
54g de CO2 par passager par km, deux fois moins que sur un vol
traditionnel. En avril 2013, la compagnie aérienne China Eastern
Airlines a également effectué avec succès son premier vol alimenté au
biocarburant, avec un Airbus A320
L’avion du futur sera donc à la fois plus sobre, plus sûr, plus
propre et plus confortable que les appareils que nous empruntons
aujourd’hui mais une question récurrente taraude le secteur de
l’aéronautique : cet avion qui volera vers 2050 sera-t-il également plus
rapide ? La réponse à cette question complexe peut se formuler ainsi :
oui, il y aura sans doute des avions commerciaux hypersoniques au milieu
du siècle mais ils resteront minoritaires pour des raisons économiques.
En effet, quelles que soient les technologies utilisées, la vitesse
coûte très cher en aviation et la priorité des compagnies aériennes est
de proposer à un maximum de clients des billets d’avion au prix le plus
bas possible. Les vols hypersoniques commerciaux existeront probablement
en 2050 mais ils seront encore réservés à une clientèle très aisée et
donc restreinte.
Il est vrai que les défis technologiques et industriels à relever
pour fabriquer des appareils hypersoniques fiables et rentables sont
tout à fait considérables, ce qui n’empêche pas tous les constructeurs
de préparer l’avenir et de travailler à la mise au point de ce nouveau
type révolutionnaire d’appareils.
EADS a par exemple dans ses cartons un projet d’avion hypersonique
pouvant emmener une centaine de passagers de New York à Tokyo en 2h30 !
Ce projet, baptisé ZEHST dans le cadre d'un partenariat associant EADS,
l'ONERA, le laboratoire de recherche aérospatial français et le Japon,
s’appuie sur les recherches menées par Astrium, la filiale spatiale
d’EADS, dans le cadre de son programme d'appareil sub-orbital, le Space
plane. Techniquement, ce futur avion hypersonique combinera trois types
de propulsion : du décollage jusqu'à 5000 mètres d'altitude, cet
appareil sera propulsé à l’aide d’un turbo-jet qui utilisera des
biocarburants de 3e génération développés à partir de la culture
d'algues.
Ensuite, pendant la montée en altitude, au-delà de 20.000 mètres à
0,8 mach, l'appareil utilisera des moteurs cryogéniques comme ceux du
lanceur Ariane, alimentés par de l'hydrogène. Enfin, pour atteindre sa
vitesse hypersonique de croisière (mach 4) et une très haute altitude
(32.000 mètres), ZEHST utilisera des moteurs appelés Ramjets, dérivés de
ceux utilisés sur les missiles de croisière. Comme sur les navettes
spatiales, cet avion amorcera sa descente en planeur puis atterrira en
utilisant ses moteurs classiques.
Il existe un projet européen lancé en 2005 auquel participe l’Agence
spatiale européenne, baptisé LAPCAT (pour «Long-Term Advanced Propulsion
Concepts and Technologies»). Ce projet vise à rallier Bruxelles à
Sydney en 3 heures de vol, contre 22 heures aujourd’hui en volant à des
vitesses allant de Mach 5 à Mach 8, soit 6120 km/h à 9782 km/h. Il est
toutefois peu probable, compte tenu des obstacles technologiques très
importants qui restent à surmonter, que ces avions hypersoniques
puissent effectuer leurs premiers vols commerciaux avant au moins 20
ans.
Mais, comme nous l’avons déjà évoqué, les ruptures technologiques
majeures attendues dans le transport aérien d’ici 30 ans, ne
concerneront pas seulement la vitesse de déplacement des appareils mais
également et même essentiellement la gestion intelligente du trafic
aérien et l’évolution des modes de propulsion permettant de réaliser des
avions deux ou trois fois moins gourmands en énergie et pratiquement
non polluants et non émetteurs de gaz à effet de serre.
Les ingénieurs de la NASA du centre de recherche Langley ont ainsi
dévoilé en 2010 un concept très novateur qui vise à assurer les
livraisons urgentes et les transports rapides interurbains grâce à de
petits avions électriques et entièrement automatiques d’un poids de 135
kg et d’une longueur de 3,70 m, capables d’atterrir et de décoller
verticalement. Équipés de batteries au lithium, ces appareils
électriques pourraient voler à 240 km/h. Bien que leur autonomie soit
pour l’instant limitée à 80 km, les ingénieurs de la NASA sont persuadés
qu’il sera possible de dépasser les 300 km d’autonomie à la fin de
cette décennie en utilisant de nouveaux types de batteries plus
performantes.
Mais en attendant l’avion tout électrique, la propulsion hybride, qui
connaît un vif succès dans le domaine automobile, est également en
train d’être expérimentée dans l’aviation. En 2011, EADS, Diamond
Aircraft et Siemens ont construit le premier avion de série du monde
équipé d’un moteur thermique et d'un moteur électrique. Ce moto-planeur
est le premier à utiliser un entraînement hybride électrique, associé à
une chaîne cinématique intégrée. Son hélice est entraînée par un moteur
électrique de 70 kW de Siemens. L'électricité est fournie par un petit
moteur Wankel d’Austro Engine, couplé à un générateur électrique qui
fonctionne uniquement comme source d'alimentation électrique.
Ce système de propulsion hybride permet une très faible consommation
de carburant et autorise également une grande autonomie. Siemens
travaille actuellement sur un nouveau moteur électrique qui devrait être
cinq fois plus léger que les moteurs conventionnels, ce qui améliorera
encore les performances de cet avion.
Le 25 avril dernier, une nouvelle étape technologique a été franchie
avec le premier vol du nouvel avion tout électrique développé depuis 3
ans par Airbus, le E-Fan. L'E-Fan fait partie des 34 projets de "La
nouvelle France industrielle", lancé en septembre par le gouvernement.
Cet avion entièrement électrique de nouvelle génération fait 6,7 m de
long et 9,5 m d'envergure et peut emmener deux passagers. Il est
construit en fibre de carbone et propulsé par deux moteurs de 60 kW
chacun et alimentés par une série de batteries au lithium-ion polymère
de 250 volts.
D’un poids à vide de 550 kilos, l’E-Fan peut voler à 160 km/h en
vitesse de croisière mais il n’a, pour le moment, qu’une autonomie d’une
heure trente, contre plus de quatre heures pour un avion de tourisme
classique. Cet avion sera donc destiné, dans sa version actuelle, aux
missions de courtes durées, à la formation des pilotes débutants et au
remorquage des planeurs.
Mais Airbus compte bien améliorer suffisamment les performances de
cet avion pour pouvoir commercialiser, à l'horizon 2050, un appareil
régional hybride qui pourrait transporter une dizaine de passagers et
disposerait d’une autonomie d’au moins quatre heures.
Mais la principale révolution qui pourrait radicalement transformer
l’organisation et la nature même du transport aérien a été dévoilée en
juin 2013 par l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse. Il
s’agit de l’avion modulable ! Les chercheurs et ingénieurs suisses ont
en effet imaginé un système de transport intégré vraiment
révolutionnaire, baptisé Clip-Air, qui permettrait aux passagers, à
partir des gares ferroviaires, d'embarquer dans une capsule puis de
rejoindre l'aéroport le plus proche et enfin de s'envoler en restant
toujours dans le même module physique !
Dans ce concept, une aile volante abritant les moteurs, les
réservoirs et les systèmes de navigation a été conçue pour emporter une,
deux ou trois capsules de fret ou de passagers (150 personnes par
capsule), en fonction des besoins. Loin de relever d’un roman de
science-fiction, ce projet élaboré par un établissement de recherche
mondialement réputé obéit à un cahier des charges très strict qui
intègre l'ensemble des contraintes techniques et réglementaires. "Nous
sommes convaincus que ce concept de rupture avec les types d'appareils
actuels pourrait avoir un impact économique et social gigantesque, si
nous parvenons à surmonter toutes les difficultés techniques", précise
Claudio Leonardi, chef du projet Clip-Air (Voir EPFL).
Selon les études et simulations réalisées par les chercheurs de
l'EPFL, ce nouveau concept de transport pourrait avoir une efficacité
bien plus grande pour un coût d'utilisation bien moindre que n'importe
quel avion actuel ou à venir, en raison d’une efficacité énergétique par
passager deux fois supérieure à celle des appareils actuels mais aussi
d'une flexibilité de gestion et d'utilisation sans égale.
Le gabarit et le poids de ces capsules (30 mètres de long pour 30
tonnes) seraient calqués sur ceux d’un wagon de chemin de fer et ce
système de transport serait donc totalement compatible avec les
infrastructures ferroviaires et aéroportuaires existantes.
Il est enfin impossible d’imaginer l’avenir de l’aviation sans
évoquer la révolution représentée par l’arrivée rapide et massive des
drones dans de multiples secteurs d’activité, qu’il s’agisse de la
défense, de la sécurité, de l’agriculture, de l’environnement, de
l’industrie ou encore du tourisme…
Ces appareils volants sans pilote, dont la taille varie de quelques
centimètres à plusieurs dizaines de mètres et dont l’autonomie peut
aller de quelques minutes à plusieurs semaines, sont devenus en
seulement quelques années des auxiliaires absolument irremplaçables dans
toutes les activités d’observation, de détection et d’analyse rapides
et précises d’environnements vastes et complexes.
Bien que le grand public connaisse surtout les drones au travers de
leurs spectaculaires actions dans le domaine militaire et en matière de
lutte contre le terrorisme, ces appareils de plus en plus sophistiqués
autonomes et intelligents ont également pris une place irremplaçable
dans des secteurs comme la protection de l’environnement, la lutte
contre l’incendie et l’agriculture de précision.
Il y a seulement quelques semaines, la firme senseFly
a mis sur le marché l'eBee, un drone s’appuyant sur une cartographie
détaillée des cultures. Pesant seulement 750 g pour environ 1 m
d’envergure, ce drone est équipé d'un capteur photo multi-spectral très
performant lui permettant de mesurer la quantité de lumière réfléchie
par les feuilles des cultures afin d’évaluer l'état de la photosynthèse
et d'estimer la quantité de biomasse ou les besoins en azote (voir senseFly).
L’eBee, qui vole à environ 80 km/h et dispose d’une autonomie de 45
minutes, peut couvrir une superficie de 10 hectares. En comparant le
relevé cartographique effectué par ce drone avec les modèles élaborés
par l’INRA, l’agriculteur dispose d’un outil fiable et précis qui va lui
permettre d’optimiser parfaitement les différents paramètres
spécifiques à ses cultures.
Mais il existe une nouvelle génération de drones encore plus
étonnants, bien qu’encore à l’état expérimental, comportant notamment
des engins « multicoptères », comme celui présenté il y a quelques
semaines par le Centre allemand de recherche aérospatiale (DLR). Ce
prototype de quadrirotor peut, en cas de besoin, se passer de GPS et
trouver son chemin de manière autonome pour atteindre son objectif en
utilisant une caméra stéréoscopique et des capteurs lui permettant de se
repérer. Dans quelques années, ce type d’engins sera présent pour
surveiller la plupart des espaces fermés, qu’il s’agisse du métro, des
immeubles de bureaux, des magasins ou encore des bâtiments industriels …
À plus long terme mais sans doute plus rapidement qu’on ne l’imagine,
d’autres générations de mini et de micro-drones, dont certains ne
seront pas plus grands que des insectes, viendront peupler notre
environnement et nous rendront une multitude de services sans même que
nous remarquions leur présence…
Les frères Wright, lorsqu’ils ont effectué leur premier vol en 1903,
étaient sans doute loin de s’imaginer, même dans leurs rêves les plus
fous, qu’un peu plus d’un siècle plus tard, il y aurait en permanence
dans le ciel plus de 500 000 personnes en train de se déplacer en
avion ! Et ils pouvaient encore moins pressentir l'extraordinaire avenir
de l’aviation qui se profile à l’horizon 2050 : des centaines de
millions d’objets et d’engins volants de toute nature et de toute
taille, évoluant en permanence dans notre environnement et allant du
micro-drone de quelques millimètres, se déplaçant à la vitesse d’un
insecte, à l’avion-fusée volant à Mach 6 et reliant Paris à New-York en
une heure !
