Si l’électrification constitue une petite révolution dans le secteur de l’aviation légère, elle est loin de compenser l’empreinte carbone très élevée des transports aériens.
Par Daniel McFetrich, Responsable de la recherche en actions internationales
Depuis peu, les voyages aériens sont au cœur des préoccupations des investisseurs mobilisés contre le changement climatique. La décarbonation de l’aviation, défi colossal jusqu’à maintenant, sera une étape essentielle de l’effort mondial visant à endiguer ce phénomène. Le carburéacteur existant – le kérosène – est 60 fois plus énergivore que la nouvelle génération de batteries. Les avancées fulgurantes que connaît le secteur des voitures électriques ces dernières années sont prometteuses pour l’aviation. Cependant, les solutions hybrides semblent plus probables que le tout électrique à ce stade et auront un faible impact initial.
Afin d’atteindre ses objectifs d’émission de CO2, le secteur devra redoubler d’efforts sur les économies de carburant pour éviter de s’acquitter d’une lourde taxe carbone. L’infrastructure du transport aérien de courte distance devrait connaître une disruption substantielle dans les dix prochaines années, laquelle devrait bénéficier aux entreprises à l’avant-garde en matière d’utilisation de matériaux légers et à celles capables d’améliorer les économies de carburant à des fins de propulsion.
À quel point l’aviation devrait-elle revoir sa copie en termes d’émissions de CO2 ?
À l’heure actuelle, le secteur de l’aviation contribue à hauteur de 2,4 % au total des émissions de CO2 dans le monde. Certes, ce chiffre semble dérisoire, mais les impacts de ces émissions sont augmentés par l’altitude – les traînées de condensation qui s’étirent derrière les avions et la couverture nuageuse qui en résulte piègent la radiation provenant de la Terre. Au vu de ces facteurs, l’impact de l’aviation sur le changement climatique est décuplé. En outre, les voyages aériens ont enregistré une forte croissance au cours des dernières décennies, en particulier sur de nouveaux marchés. Le voyageur-kilomètre a progressé de 41 % durant les dix dernières années.
À l’heure actuelle, le secteur de l’aviation n’est pas soumis à la réglementation sur les émissions de CO2, mais ses acteurs se sont engagés depuis de nombreuses années à atteindre les objectifs d’émissions. L’Autorité internationale du transport aérien (IATA) a établi un objectif de réduction des émissions de CO2 de l’ordre de 50 % d’ici 2050, par rapport aux niveaux de 2005. Quant au Conseil consultatif pour la recherche sur l’aéronautique en Europe, il vise une réduction de 75 % des émissions de CO2 d’ici 2050, comparé aux niveaux de 2000. Ces objectifs font pâle figure face à l’ambition affichée par les Nations Unies d’éliminer les émissions nettes de CO2 d’ici 2050.
Est-ce possible, et si oui, comment ?
Meilleurs moteurs et matériaux légers
Ces dernières années, le secteur a investi massivement dans ces deux domaines. Les turboréacteurs à double flux équipent la plupart des moteurs de dernière génération et certaines pièces sont constituées de matériaux de pointe (telles que les pales en fibres de carbone). Les matériaux composites représentent désormais plus de 50 % du poids de nombreux nouveaux avions, contre 10 % dans les années 1970.
Globalement, le secteur de l’aviation a réussi à dégager des économies de carburant de 2,3 % par an durant les trois dernières décennies. Les derniers moteurs sur le marché offrent une économie de carburant très honorable de 15 à 16 % par rapport aux modèles précédents, et les nouveaux matériaux (entre autres, les composites) ont permis de réduire les émissions de CO2 de 25 % comparé aux anciens modèles d’avions. Il semble donc que les économies de carburant ont commencé à s’accélérer au cours des deux ou trois dernières années, dépassant 2,3 %, à mesure que de nouveaux avions sortent des ateliers.
L’avenir de l’avion à propulsion est-il électrique ?
Les technologies de batteries se sont constamment améliorées au cours des dernières années, générant plus de puissance à partir de cellules plus petites notamment pour les véhicules électriques (VE). Les consommateurs seront vraisemblablement favorables aux avions électriques, ces derniers étant moins chers, plus propres, moins sonores et plus efficaces à des altitudes supérieures.
Sans surprise, de nombreuses start-up spécialisées dans les petits avions électriques et les taxis aériens ont vu le jour. Des prototypes d’avions à hélices d’une capacité de 5-10 places tout électriques sont actuellement à l’étude. Un avion doté de trois moteurs électriques pourrait théoriquement transporter neuf personnes sur 1 000 km si tant est que sa cellule soit conçue à cette fin. Si ces résultats sont encourageants, les avions de ligne tout électriques ne sont cependant pas près de voir le jour.
Des solutions hybrides testées pour les petits avions
Le secteur aéronautique s’apprête à prendre un virage hybride, à l’instar de l’industrie automobile il y a déjà 10 ans. La production de petits 3-5 places tout électriques est déjà lancée et les ingénieurs commencent à se pencher sur le marché des appareils régionaux de 40 à 50 places. UBS a récemment étudié les enjeux futurs de la propulsion électrique et à réaction au cours d’un vol typique.
Différentes sources d’énergie mises en œuvre dans un avion hybride
Source : estimations d’UBS.
Ces petits avions régionaux hybrides de 40 places devraient dégager une économie de carburant d’environ 30 % sur des distances de 600 milles marins, venant concurrencer les lignes de bus régionaux. Bien que les premiers vols d’essai pour ces nouveaux hybrides soient prévus dans deux trois ans seulement, les dés sont jetés.
Le défi est loin d’être relevé pour les avions de plus de 100 places
À l’heure actuelle, les avions de ligne sont encore écartés de la course à l’hybridation. Pour un certain nombre de raisons, nous tablons sur une transition progressive vers l’hybride du segment des appareils commerciaux.
- En supposant que la densité d’énergie progresse de 5-8 % chaque année, il est peu probable que nous disposions de batteries suffisamment puissantes avant la fin des années 2030.
- La réglementation constitue également une des pierres d’achoppement. Il n’existe pas de cadre réglementaire clair pour les avions électriques. Il doit être défini, mais implique que tous les pays aboutissent à un consensus.
- Au vu des normes de sécurité et d’analyse, le cycle de recherche et de développement s’étend sur plusieurs années dans l’aviation. Il a fallu près d’une décennie pour lancer les récents turboréacteurs à double flux de prochaine génération, et l’innovation devrait se concentrer sur l’amélioration des émissions des moteurs existants (tels que les biocarburants ou les carburants de synthèse – voir ci-dessous) dans un premier temps. Ce cycle de développement devrait gagner en rapidité à long terme.
- L’actuel turboréacteur à double flux, en étant repensé et combiné avec des matériaux de pointe, peut également dégager des économies supplémentaires de CO2. Pour autant, ces économies ne seront visibles que dans trois à cinq ans, après que les boîtes à engrenages et les nouveaux matériaux ont été testés de manière rigoureuse.
Les cinq prochaines années verront un essor des propulsions électrique et hybride dans les petits avions et les appareils régionaux. Toutefois, nous estimons que l’hybridation est un objectif réaliste d’ici 10 ans pour les avions de ligne de 100 places, au contraire du tout électrique qui constitue une prouesse technologique hors de portée pour l’instant. De même, les appareils commerciaux hybrides de plus de 100 places ne sont pas près de voir le jour.
Une percée technologique pourrait provenir des batteries à électrolyte solide et accélérer l’adoption des avions électriques ainsi que leur taille.
Autres moyens d’améliorer les émissions de CO2
Outre inviter les voyageurs à privilégier le train à l’avion, il existe d’autres façons de réduire les émissions de CO2 des transports aériens au-delà de la propulsion. Le recours aux matériaux imprimés en 3D et aux matières métalliques plus légères telles que l’aluminium-lithium ainsi qu’une intégration plus poussée des matériaux composites (au-delà de 50 %) contribueraient notamment aux économies de carburant.
Cet objectif peut également être atteint par le biais de meilleurs systèmes de contrôle de la circulation aérienne (ce moyen étant simple et atteignable). Les contrôleurs aériens restent responsables du contrôle de l’espace aérien national, malgré des tentatives de fusion de l’espace aérien européen qui datent des années 1960. Les études montrent qu’un meilleur contrôle de la circulation aérienne pourrait générer des économies de carburant de 5 à 10 % par vol.
De nouveaux combustibles liquides carboneutres produits à partir de matériaux organiques – combustibles à base d’huiles végétales et synthétisés chimiquement – capables de générer des économies d’émissions de CO2 de 70 à 90 % paraissent de plus en plus viables. Technologiquement, nous ne sommes pas encore prêts à utiliser ces carburants. Selon des estimations, jusqu’à 185 000 vols commerciaux devraient déjà être en mesure d’utiliser ces carburants. Toutefois, l’infrastructure et les répercussions indirectes sur l’utilisation des terres sont des aspects importants dont il faut tenir compte. L’hydrogène, également considéré comme une alternative au kérosène, présente une densité d’énergie beaucoup plus élevée par unité de masse, mais prend plus d’espace et nécessite un conteneur lourd.
L’efficacité des technologies existantes reste cruciale, pour le moment
L’organisation commerciale du secteur, l’IATA, considère que la transition vers des combustibles à faible teneur en carbone reste l’option la plus viable à l’heure actuelle pour atteindre son objectif de réduction des émissions de CO2 de 50 %. Nous sommes d’accord pour dire que les propulsions électrique et hybride contribueront peu à la réduction des émissions de CO2 sur le court terme, mais qu’elles recèlent un fort potentiel dans un horizon plus lointain. Pour l’instant, d’importantes améliorations en matière d’efficacité énergétique sont nécessaires pour que le secteur respecte les objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO2 et évite d’acquitter une lourde taxe carbone. La technologie existante, notamment celle de pointe, peut permettre d’y parvenir.
Depuis peu, les voyages aériens sont au cœur des préoccupations des investisseurs mobilisés contre le changement climatique. La décarbonation de l’aviation, défi colossal jusqu’à maintenant, sera une étape essentielle de l’effort mondial visant à endiguer ce phénomène. Le carburéacteur existant – le kérosène – est 60 fois plus énergivore que la nouvelle génération de batteries. Les avancées fulgurantes que connaît le secteur des voitures électriques ces dernières années sont prometteuses pour l’aviation. Cependant, les solutions hybrides semblent plus probables que le tout électrique à ce stade et auront un faible impact initial.
Afin d’atteindre ses objectifs d’émission de CO2, le secteur devra redoubler d’efforts sur les économies de carburant pour éviter de s’acquitter d’une lourde taxe carbone. L’infrastructure du transport aérien de courte distance devrait connaître une disruption substantielle dans les dix prochaines années, laquelle devrait bénéficier aux entreprises à l’avant-garde en matière d’utilisation de matériaux légers et à celles capables d’améliorer les économies de carburant à des fins de propulsion.
À quel point l’aviation devrait-elle revoir sa copie en termes d’émissions de CO2 ?
À l’heure actuelle, le secteur de l’aviation contribue à hauteur de 2,4 % au total des émissions de CO2 dans le monde. Certes, ce chiffre semble dérisoire, mais les impacts de ces émissions sont augmentés par l’altitude – les traînées de condensation qui s’étirent derrière les avions et la couverture nuageuse qui en résulte piègent la radiation provenant de la Terre. Au vu de ces facteurs, l’impact de l’aviation sur le changement climatique est décuplé. En outre, les voyages aériens ont enregistré une forte croissance au cours des dernières décennies, en particulier sur de nouveaux marchés. Le voyageur-kilomètre a progressé de 41 % durant les dix dernières années.
À l’heure actuelle, le secteur de l’aviation n’est pas soumis à la réglementation sur les émissions de CO2, mais ses acteurs se sont engagés depuis de nombreuses années à atteindre les objectifs d’émissions. L’Autorité internationale du transport aérien (IATA) a établi un objectif de réduction des émissions de CO2 de l’ordre de 50 % d’ici 2050, par rapport aux niveaux de 2005. Quant au Conseil consultatif pour la recherche sur l’aéronautique en Europe, il vise une réduction de 75 % des émissions de CO2 d’ici 2050, comparé aux niveaux de 2000. Ces objectifs font pâle figure face à l’ambition affichée par les Nations Unies d’éliminer les émissions nettes de CO2 d’ici 2050.
Est-ce possible, et si oui, comment ?
Meilleurs moteurs et matériaux légers
Ces dernières années, le secteur a investi massivement dans ces deux domaines. Les turboréacteurs à double flux équipent la plupart des moteurs de dernière génération et certaines pièces sont constituées de matériaux de pointe (telles que les pales en fibres de carbone). Les matériaux composites représentent désormais plus de 50 % du poids de nombreux nouveaux avions, contre 10 % dans les années 1970.
Globalement, le secteur de l’aviation a réussi à dégager des économies de carburant de 2,3 % par an durant les trois dernières décennies. Les derniers moteurs sur le marché offrent une économie de carburant très honorable de 15 à 16 % par rapport aux modèles précédents, et les nouveaux matériaux (entre autres, les composites) ont permis de réduire les émissions de CO2 de 25 % comparé aux anciens modèles d’avions. Il semble donc que les économies de carburant ont commencé à s’accélérer au cours des deux ou trois dernières années, dépassant 2,3 %, à mesure que de nouveaux avions sortent des ateliers.
L’avenir de l’avion à propulsion est-il électrique ?
Les technologies de batteries se sont constamment améliorées au cours des dernières années, générant plus de puissance à partir de cellules plus petites notamment pour les véhicules électriques (VE). Les consommateurs seront vraisemblablement favorables aux avions électriques, ces derniers étant moins chers, plus propres, moins sonores et plus efficaces à des altitudes supérieures.
Sans surprise, de nombreuses start-up spécialisées dans les petits avions électriques et les taxis aériens ont vu le jour. Des prototypes d’avions à hélices d’une capacité de 5-10 places tout électriques sont actuellement à l’étude. Un avion doté de trois moteurs électriques pourrait théoriquement transporter neuf personnes sur 1 000 km si tant est que sa cellule soit conçue à cette fin. Si ces résultats sont encourageants, les avions de ligne tout électriques ne sont cependant pas près de voir le jour.
Des solutions hybrides testées pour les petits avions
Le secteur aéronautique s’apprête à prendre un virage hybride, à l’instar de l’industrie automobile il y a déjà 10 ans. La production de petits 3-5 places tout électriques est déjà lancée et les ingénieurs commencent à se pencher sur le marché des appareils régionaux de 40 à 50 places. UBS a récemment étudié les enjeux futurs de la propulsion électrique et à réaction au cours d’un vol typique.
Différentes sources d’énergie mises en œuvre dans un avion hybride
Source : estimations d’UBS.
Ces petits avions régionaux hybrides de 40 places devraient dégager une économie de carburant d’environ 30 % sur des distances de 600 milles marins, venant concurrencer les lignes de bus régionaux. Bien que les premiers vols d’essai pour ces nouveaux hybrides soient prévus dans deux trois ans seulement, les dés sont jetés.
Le défi est loin d’être relevé pour les avions de plus de 100 places
À l’heure actuelle, les avions de ligne sont encore écartés de la course à l’hybridation. Pour un certain nombre de raisons, nous tablons sur une transition progressive vers l’hybride du segment des appareils commerciaux.
- En supposant que la densité d’énergie progresse de 5-8 % chaque année, il est peu probable que nous disposions de batteries suffisamment puissantes avant la fin des années 2030.
- La réglementation constitue également une des pierres d’achoppement. Il n’existe pas de cadre réglementaire clair pour les avions électriques. Il doit être défini, mais implique que tous les pays aboutissent à un consensus.
- Au vu des normes de sécurité et d’analyse, le cycle de recherche et de développement s’étend sur plusieurs années dans l’aviation. Il a fallu près d’une décennie pour lancer les récents turboréacteurs à double flux de prochaine génération, et l’innovation devrait se concentrer sur l’amélioration des émissions des moteurs existants (tels que les biocarburants ou les carburants de synthèse – voir ci-dessous) dans un premier temps. Ce cycle de développement devrait gagner en rapidité à long terme.
- L’actuel turboréacteur à double flux, en étant repensé et combiné avec des matériaux de pointe, peut également dégager des économies supplémentaires de CO2. Pour autant, ces économies ne seront visibles que dans trois à cinq ans, après que les boîtes à engrenages et les nouveaux matériaux ont été testés de manière rigoureuse.
Les cinq prochaines années verront un essor des propulsions électrique et hybride dans les petits avions et les appareils régionaux. Toutefois, nous estimons que l’hybridation est un objectif réaliste d’ici 10 ans pour les avions de ligne de 100 places, au contraire du tout électrique qui constitue une prouesse technologique hors de portée pour l’instant. De même, les appareils commerciaux hybrides de plus de 100 places ne sont pas près de voir le jour.
Une percée technologique pourrait provenir des batteries à électrolyte solide et accélérer l’adoption des avions électriques ainsi que leur taille.
Autres moyens d’améliorer les émissions de CO2
Outre inviter les voyageurs à privilégier le train à l’avion, il existe d’autres façons de réduire les émissions de CO2 des transports aériens au-delà de la propulsion. Le recours aux matériaux imprimés en 3D et aux matières métalliques plus légères telles que l’aluminium-lithium ainsi qu’une intégration plus poussée des matériaux composites (au-delà de 50 %) contribueraient notamment aux économies de carburant.
Cet objectif peut également être atteint par le biais de meilleurs systèmes de contrôle de la circulation aérienne (ce moyen étant simple et atteignable). Les contrôleurs aériens restent responsables du contrôle de l’espace aérien national, malgré des tentatives de fusion de l’espace aérien européen qui datent des années 1960. Les études montrent qu’un meilleur contrôle de la circulation aérienne pourrait générer des économies de carburant de 5 à 10 % par vol.
De nouveaux combustibles liquides carboneutres produits à partir de matériaux organiques – combustibles à base d’huiles végétales et synthétisés chimiquement – capables de générer des économies d’émissions de CO2 de 70 à 90 % paraissent de plus en plus viables. Technologiquement, nous ne sommes pas encore prêts à utiliser ces carburants. Selon des estimations, jusqu’à 185 000 vols commerciaux devraient déjà être en mesure d’utiliser ces carburants. Toutefois, l’infrastructure et les répercussions indirectes sur l’utilisation des terres sont des aspects importants dont il faut tenir compte. L’hydrogène, également considéré comme une alternative au kérosène, présente une densité d’énergie beaucoup plus élevée par unité de masse, mais prend plus d’espace et nécessite un conteneur lourd.
L’efficacité des technologies existantes reste cruciale, pour le moment
L’organisation commerciale du secteur, l’IATA, considère que la transition vers des combustibles à faible teneur en carbone reste l’option la plus viable à l’heure actuelle pour atteindre son objectif de réduction des émissions de CO2 de 50 %. Nous sommes d’accord pour dire que les propulsions électrique et hybride contribueront peu à la réduction des émissions de CO2 sur le court terme, mais qu’elles recèlent un fort potentiel dans un horizon plus lointain. Pour l’instant, d’importantes améliorations en matière d’efficacité énergétique sont nécessaires pour que le secteur respecte les objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO2 et évite d’acquitter une lourde taxe carbone. La technologie existante, notamment celle de pointe, peut permettre d’y parvenir.
