Aéronautique et Pic Pétrolier

Un article de Oleowiki.

Je travaille comme ingénieur dans l'aéronautique, dans une société européenne bien connue dont la dernière réalisation vient de décoller pour la première fois. Vous voyez de qui je parle, je suppose.

Je me permets d'intervenir sur ce site, dont l'existence est salutaire, car je pense que le point de vue d'une personne connaissant à la fois le monde de l'aéronautique et les problèmes énergétiques peut apporter des éléments de réflexion intéressants pour le débat sur les conséquences de la déplétion à venir de la production pétrolière.

Je vous propose donc ci-après un résumé (façon de parler car c'est un poil long) de la situation du secteur aérien par rapport à l'approvisionnement énergétique en général. Ces conclusions, en plus de mes connaissances "d'homme de terrain", m'ont été inspirées largement par un colloque auquel j'ai assisté récemment à Toulouse ("Le transport aérien face au défi énergétique"), et aussi dans une certaine mesure par mes innombrables lectures sur les thèmes de l'effet de serre et/ou de l'énergie (www.manicore.com, "La Vie après le Pétrole" de JL Wingert, j'en passe et des meilleures). Le ton employé par la suite pourra paraître un peu formel : ne vous en offusquez pas, c'est parce que cette prose est tirée d'un exposé que j'ai présenté récemment à mes collègues.

Sommaire

Apparition du dilemme

S'il est un élément sur lequel les 2 plus grands avionneurs civils (Airbus et Boeing) s'accordent, c'est bien celui des prévisions de croissance du trafic aérien : +5% de croissance sur 20 ans (cela correspondrait à un quasi triplement). Notons à ce propos que cette prévision moyenne est peut-être pessimiste à court-terme puisque 2004 a enregistré une poussée insolite de +15% !

Et c'est là qu'apparaît le dilemme !

En effet, d'une part, la prolongation tendancielle des améliorations technologiques ne permet pas d'espérer mieux qu'un gain de 2% de consommation par an en moyenne, pour un même service de transport rendu (et cette vision est encore optimiste au regard de ce qu'on sait faire, surtout que la tendance à s'améliorer s'essouffle). Compte-tenu de la hausse attendue du trafic, il faut donc s'attendre à une croissance de la consommation globale de carburant de 60% d'ici 15 ans. En outre, les avions modernes actuels sont destinés à des durées de vie très longues, de l'ordre de 40 ans, ce qui implique d'anticiper au mieux la situation énergétique à venir. Mais, d'autre part, il est avéré (et vous le savez bien, vous qui fréquentez ce site) que les ressources pétrolières vont s'amoindrir et, de ce fait, conduire à un renchérissement du kérosène. Voire à sa quasi-disparition. De plus, l'impact de l'aviation sur l'effet de serre est démontrée et une forte croissance, telle que celle envisagée, pourrait imputer à l'activité aérienne jusqu'à 10% ou plus de l'effet de serre anthropique au moment du « Peak Oil ». D'où la question suivante : existe-t-il des solutions, notamment technologiques (mais pas seulement), à même de répondre en partie à ce dilemme ?

Un secteur éminemment fragile

En dépit de son importance économique et du cadre réglementaire qui l'a longtemps protégé, le secteur aérien révèle une grande fragilité. Il est par exemple très sensible aux événements extérieurs, comme le démontrent les conséquences négatives des attaques du 11 septembre 2001. La réalité est la suivante : sur les 10 dernières années, la marge moyenne des compagnies aériennes est de 2,3%, ce qui est considéré comme faible dans notre économie de marché, aujourd'hui. Autre illustration de cette fragilité, l'apparente forte amélioration des résultats 2002 et 2003 (et 2004 en partie) est en fait essentiellement due à des effets conjoncturels d'effet de change. Enfin, la recette unitaire (par passager.kilomètre payant transporté) ne cesse de baisser depuis 30 ans, atteignant moins de 9 cents US aujourd'hui, contre près de 21 cents en 1970 ! Sans remettre en cause l'unanimité des prévisionnistes, des éléments nous amènent à nuancer la perspective d'un doublement du trafic tous les 15 ans. En premier lieu, les enjeux incontournables auxquels doit faire face l'aéronautique civile vont tous induire des coûts supplémentaires et (mais est-ce bien différent au plan économique ?) des efforts de R&D assez considérables. Il s'agit par exemple d'améliorer la sécurité dans un contexte de tension terroriste marqué, ou de rendre le transport encore plus sûr qu'il ne l'est aujourd'hui. De même, les contraintes environnementales, encouragées par les usagers eux-mêmes, vont avoir un coût grandissant. Sans parler du prix du baril. Les modèles de prévision de croissance reposent, eux, sur 4 moteurs principaux:

  • l'amélioration du produit « transport aérien ». Sa maturité étant atteinte, elle semble désormais assez limitée. On peut même identifier certaines régressions dues au renforcement sécuritaire.
  • la croissance économique a de moins en moins d'impacts directs sur le trafic, du fait de l'augmentation de la part relative des voyages d'agrément.
  • l'augmentation de l'offre est directement responsable de l'augmentation des externalités (pollution, bruit), coûts supplémentaires que la société exige de plus en plus d'internaliser. On peut donc estimer que ce moteur va ralentir à l'avenir.
  • reste la variable tarifaire !

Ainsi, les prévisions des experts de poursuite de la croissance du trafic reposent en partie sur la capacité des compagnies à baisser leurs tarifs, tout en faisant face à de nouvelles dépenses et en restaurant leurs marges. C'est assurément un défi particulièrement délicat à relever ! Bien que le marché pétrolier soit d'une grande opacité, et que l'on considère les prévisions de baisse de la production pétrolière comme optimistes ou pessimistes, il est un fait inéluctable : la tension de 2004 sur les prix (qui se prolonge aujourd'hui encore avec un baril à plus de 50$US) est la première de l'histoire causée par une hausse de la consommation. Le secteur aérien doit donc s'attendre à un prix du carburant élevé (avec un baril > 40$US) pendant une période prolongée. Prêtons-nous donc à une petite analyse financière, en fonction des données 2003 (avant la flambée des prix). Compte tenu de la consommation et du prix moyens du kérosène, la facture carburant s'élevait environ à 43 milliards de $US. Dès lors, une hausse de 15% du kérosène entraîne un surcoût de 6,5 milliards de $US, soit l'équivalent du résultat d'exploitation moyen des compagnies sur les 10 dernières années. Et la situation des 3 premiers trimestres de 2004 est encore bien pire ... En conclusion, c'est un euphémisme d'affirmer que, dorénavant, la hausse du coût du carburant représente un fardeau lourd à porter pour le secteur aérien. Quelles sont les perspectives ? Indubitablement, le niveau du dollar va constituer un élément clé pour le court-terme. En ce moment, ce sont les compagnies européennes et et du sud-est asiatique qui en tirent le plus de bénéfices et elles vont profiter de ce contexte favorable pour réajuster leurs tarifs sur les marchés à moindre degré de compétition. A moyen terme, si le prix du baril reste au-dessus de 40 $US, 4 politiques d'assainissement nécessaires au renforcement de l'industrie aérienne pourraient être accélérées:

  • les difficultés actuelles des majors américaines pourraient conduire à renforcer les alliances existantes et développer de nouveaux regroupements internationaux
  • toutes les compagnies « low cost » ne présentent pas le bilan de santé insolent de Ryan Air et, là aussi, des regroupements pourraient bien avoir lieu, réduisant la concurrence exacerbée sur ce secteur.
  • sur des distances moyennes, le rail peut constituer une alternative crédible à l'avion. Dès lors, sur certaines destinations, une complémentarité pourrait être recherchée, accélérant de fait un processus déjà en cours (cf. Paris-Marseille et bientôt Paris-Nice).
  • l'avion est sans doute le moyen de transport le plus contraint des produits pétroliers. Il est donc nécessaire d'une part de réfléchir aux moyens de réduire cette dépendance, et d'autre part d'organiser collectivement l'utilisation des derniers milliards de barils de pétrole (par la fiscalité par exemple).

Toujours est-il que la tendance actuelle de dérégulation du transport aérien se heurte à cette politique de long terme apparemment nécessaire, ce qui pose là un nouveau problème.

Perspectives d'épuisement des ressources pétrolières

Inutile d'insiter sur ce point. Vous êtes autant au courant que moi. Toutefois, à ce stade se présentent 2 axes de réflexion : + les substituts au pétrole + le problème de l'effet de serre et du réchauffement climatique

Les substituts au pétrole pour l'aéronautique

Commençons déjà par remarquer que les avantages des hydrocarbures naturels sont immenses :

  • tout d'abord, ils existent, ce qui n'est pas rien !
  • bas coût d'extraction
  • facilité et bas coût de transport, de distribution et d'emploi (grâce à leur état liquide)
  • relative sécurité d'usage
  • ... et aussi et surtout une haute densité énergétique !

Quelques éléments de comparaison pour se fixer les idées figurent ci-dessous. Ainsi, pour produire autant d'énergie qu'1 kg de pétrole, il faut (source Jean-Marc Jancovici):

  • 2,22 kg de bois
  • 300 kg de batteries plomb/acide
  • environ 15 l d'hydrogène comprimé (soit un réservoir de 15 à 30 kg)
  • 2 camions de 40 tonnes lancés à 116km/h
  • 43 tonnes d'eau tombant d'une hauteur de 100 m
  • 1 mg d'uranium (!)
  • la quantité de chaleur permettant d'élever de 50°C la température de 200 l d'eau

Quelles pistes de substitution peut-on donc explorer ?

  • Les kérosènes de synthèse produits à partir du charbon, du gaz naturel, voire de la biomasse
  • Les biocarburants issus de la biomasse, dont l'exploitation est réputée neutre vis-à-vis des émissions de gaz à effet de serre (ce qui ne saurait être plus faux dans certaines conditions !)
  • L'hydrogène, bien sûr, qui apparaît aux yeux des non-initiés comme le carburant idéal
  • mais aussi les hydrocarbures liquides de synthèse reconstitués à partir de l'hydrogène. J'en reparlerai en guise de conclusion à cette partie.

Commençons par les kérosènes de synthèse...

C'est peut-être une évidence, mais il est bon de le rappeler : aujourd'hui, l'intégralité du kérosène provient du pétrole ! Pour réduire cette dépendance à l'or noir, il existe depuis les années 1920 un procédé chimique permettant de produire du carburant liquide (donc pas seulement du kérosène) à partir de charbon. C'est la synthèse Fischer-Tropsch, mise au point, comme son nom l'indique, par les Allemands sous le IIIème Reich. Cette synthèse comporte 4 étapes principales. La 1ère permet de produire du gaz de synthèse à partir de différentes matières premières, comme le charbon et le gaz naturel, mais aussi la biomasse et divers résidus pétroliers. Ce faisant, un des « déchets » de la réaction peut être de l'hydrogène, ce qui est intéressant. La seconde étape est le procédé Fischer-Tropsch proprement dit. Il nécessite des installations industrielles lourdes et exigeantes en termes de surveillance et de maintenance, à cause de la faible réactivité des catalyseurs et de la forte exothermicité des réactions. Toujours est-il que l'Europe démarre avec un gros handicap dans ce domaine, car toutes les technologies aujourd'hui utilisables sont brevetées par des sociétés américaines. Quelle est aujourd'hui la capacité industrielle de ce procédé ? Il existe des implantations essentiellement en Afrique du Sud (qui a beaucoup de charbon), au Qatar (où il y a de la matière première bon marché) et en Malaisie (avec le géant pétrolier Petronas). Il faut tout de même noter que la production de carburant de synthèse est aujourd'hui marginale par rapport à notre consommation réelle de kérosène par exemple (environ 2%). Quel pourrait être l'avenir de ce secteur industriel ? L'immense majorité des futurs projets se concentre au Qatar où l'énergie et la matière première sont bon marché. Ces chantiers représentent des investissements colossaux, qui s'étalent sur des durées de l'ordre de la décennie. Il s'agit donc à 10 ou 15 ans de la capacité de production maximale que l'on peut envisager de manière réaliste. Dans ce cas de figure, la production de carburant de synthèse pourrait quasiment décupler par rapport à aujourd'hui, pour ne couvrir néanmoins qu'environ 1% de nos besoins actuels de pétrole brut. En guise de conclusion sur les kérosènes de synthèse, parlons de rendement, de caractéristiques physico-chimiques et de sous ! Côté rendement énergétique, on peut atteindre en pratique 50% avec le gaz naturel. Parmi les dérivés obtenus, on peut alors obtenir au maximum 50% de kérosène (le reste étant du naphta et du gazole). Et puis, si cette technique peut permettre de retarder quelque peu la contrainte sur la pénurie de kérosène, elle n'élude pas du tout la contrainte climatique (au contraire à cause des mauvais rendements). Du point de vue de ses caractéristiques physico-chimiques, le produit obtenu est d'une qualité de pureté irréprochable, mais présente 2 défauts malgré tout : le point de congélation est encore supérieur à -47°C, et l'absence de soufre entraîne des problèmes de lubrification. Et puis, il faut bien parler d'argent. Les investissements, comme nous l'avons déjà mentionné, sont très lourds et s'établissent en gros à 2 ou 3 fois ce qui est nécessaire pour une raffinerie moderne. Enfin, le prix final du kérosène ainsi obtenu serait au moins le double de celui du gaz naturel (qui n'est déjà pas bon marché et le sera de moins en moins à l'avenir).

Abordons maintenant la partie consacrée aux agrocarburants

Vont-ils constituer la planche de salut pour l'aéronautique ? Gardons d'abord à l'esprit que leur apport est aujourd'hui marginal, et ce d'autant plus que les efforts de l'Europe en la matière sont très en deçà de ce qui est pratiqué en Amérique du Nord et du Sud. La folie du diesel en Europe pousse dans un certain sens, qui n'est pas peut-être pas le plus intéressant pour l'aéronautique. A voir. Pour l'anecdote, le Brésil, avec 22% de sa consommation intérieure à base d'agrocarburants d'origine « canne à sucre », vient de faire certifier le 1er avion « agrocarburants ». C'est l'Ipanema, à vocation agricole. Quels sont les avantages de cette filière ? Bien sûr, et en premier lieu, elle est renouvelable. Ensuite, dans certaines conditions de pratique agricole, elle est effectivement neutre vis-à-vis des émissions de gaz à effet de serre (cela ne saurait être plus faux dans le cas d'un mode de culture intensif, notamment à cause de la production très énergivore des intrants chimiques et de l'épandage des engrais qui engendre des rejets massifs de protoxyde d'azote, très puissant gaz à effet de serre). Elle a l'avantage d'être très diversifiée, ce qui implique une répartition géographique décentralisée et peut révéler des atouts environnementaux intéressants (comme le recyclage). Enfin, et c'est un point méconnu, l'extraction d'une molécule d'hydrogène de la biomasse est bien moins coûteuse énergétiquement que l'électrolyse. De surcroît, au-delà de la production basique de carburant, la biomasse peut également se révéler intéressante dans la filière thermochimique (on l'a vu) et la voie technologique pourrait permettre d'inventer des plantes très spécialisées à vocation purement énergétique (via l'introduction de certains OGM par exemple). Si ce tableau que je viens de dépeindre peut sembler idyllique, la réalité est plus cruelle. On ne saurait par exemple occulter le dilemme de la concurrence des sols : manger ou conduire, se chauffer ou voler, il faudra opérer des choix de société ! Et les désagréments dus au mode de culture intensif sont désormais bien connus. En fait, et c'est surtout là que le bât blesse, les ordres de grandeur entre notre consommation d'énergie et le potentiel des agrocarburants sont peu comparables. Voici quelques exemples qui me semblent assez bien illustrer la situation. En choisissant la plante dont le rendement brut à l'hectare est le plus élevé, en l'occurrence la betterave, et en cultivant ainsi 1/5 du territoire français (soit 80% des surfaces cultivées aujourd'hui), on pourrait satisfaire 80% de la demande intérieure actuelle en carburants, à condition de se doter de quelques dizaines de réacteurs nucléaires supplémentaires pour fournir l'énergie nécessaire à la transformation de la plante en agrocarburants. En écartant la variable nucléaire, c'est seulement 15% du total que l'on saurait satisfaire en consacrant 80% de nos cultures uniquement à cela ! (source www.manicore.com). Enfin, à l'échelle mondiale, remplacer le pétrole par les agrocarburants correspondrait à monopoliser 2,3 fois l'ensemble des surfaces arables existantes : en ne mangeant plus, on pourrait faire rouler et voler 40% de nos engins à moteurs ! Que peut-on en conclure ? Que satisfaire 20% de nos besoins en carburants par la filière agricole constituerait déjà un véritable bouleversement de l'usage des sols, ou résulterait de progrès considérables des biotechnologies (ce qui reste spéculatif).

Enfin, nous voilà rendus à l'hydrogène

Dans l'imaginaire collectif, l'hydrogène s'apparente un peu au Saint-Graal et bénéficie assurément d'une image très flatteuse. Sa combustion directe ne rejette en effet que de la vapeur d'eau. Mais la réalité, comme souvent, se montre moins sympathique que cette image d'Epinal. L'hydrogène présente en effet par nature de lourds handicaps. D'abord, et il me semble nécessaire d'insister sur ce point, l'hydrogène n'est pas une source d'énergie: ce n'est qu'un vecteur énergétique. D'une part, cela signifie que sa combustion fournit moins d'énergie qu'il en a fallu pour le produire, et d'autre part, que sa production peut présenter un bilan environnemental catastrophique si elle repose sur l'usage de combustibles fossiles. De plus, étant peu dense, il est coûteux à transporter (économiquement et énergétiquement), de même que la masse des réservoirs le rend peu adapté au transport terrestre. C'est en réalité sous sa forme cryogénique (comme dans les fusées) que l'hydrogène peut présenter des caractéristiques physiques à même de permettre d'envisager son usage dans l'aéronautique. Mais là aussi, tout n'est pas rose, car la liquéfaction est très gourmande en énergie (35% de pertes) et il serait nécessaire de consacrer environ 1/3 du volume du fuselage au stockage de l'hydrogène. Enfin, dernier point méconnu, l'hydrogène n'existant pas à l'état natif sur Terre, on ignore presque tout des conséquences que son largage accidentel dans l'atmosphère pourrait induire. Quand on évoque la solution « hydrogène », on songe immédiatement à la pile à combustible. C'est d'ailleurs un peu la préférée des media, il faut bien le reconnaître. Mais si, sur le papier, elle se révèle fort séduisante, puisqu'elle permet de produire de l'électricité avec un bon rendement en ne rejetant que de la vapeur d'eau, elle présente des défauts difficiles à surmonter dans les faits:

  • les progrès sont très lents malgré de gros efforts de recherche
  • son coût reste très élevé
  • sa longévité et sa fiabilité sont incompatibles avec l'exigence des usages actuels
  • son rapport poids/puissance est rédhibitoire
  • son bon fonctionnement est en partie assuré par des catalyseurs, qui sont des métaux précieux tels le platine, dont les ressources ne sont pas renouvelables. A titre indicatif, la production mondiale annuelle de platine ne permettrait même pas de produire 1,5 millions de piles pour automobiles, alors qu'il s'en vend environ 2 millions chaque année en France.

Si l'essor attendu de la pile à combustible met aussi longtemps à poindre le bout de son nez, c'est que, malheureusement, ces verrous technologiques que je viens d'évoquer sont redoutables et plus difficiles à lever qu'on ne pouvait l'imaginer. Par contre, leur potentiel peut déjà permettre leur utilisation dans les systèmes, pour remplacer tout ou partie de l'hydraulique, des tubes et des câbles. De même, elles pourraient servir à produire l'eau des toilettes, ce qui n'est pas rien en termes de masse à emporter !

Au terme de ce balayage presque exhaustif des produits de substitution au pétrole, peut-on envisager d'autres alternatives ? La solution du gaz naturel liquide existe, et s'avère même très attractive. C'est en effet un bon combustible, dont la densité est plus élevée que l'hydrogène, avec un meilleur indice d'émission de CO2. La matière première existe déjà sous forme de stocks naturels, et la réaction de Sabatier permet de le synthétiser à partir du CO2. Mais le rendement de cette réaction est mauvais. Ses inconvénients sont cependant majeurs : c'est évidemment une ressource épuisable, sa combustion entraîne des rejets de CO2 significatifs, la cryogénisation a un mauvais rendement et il est indispensable de concevoir des réservoirs super-isolants au risque de perturber autant le climat qu'en brûlant du kérosène (le méthane est en effet un gaz à effet de serre bien plus « puissant » que le gaz carbonique). Confrontés que nous sommes aux limitations des solutions précédemment évoquées, certains spécialistes commencent à parler de la synthèse d'hydrocarbures peu carbonés à partir d'hydrogène et de biomasse, afin d'obtenir des carburants de densité acceptable, relativement commodes à transporter et à stocker, avec des indices d'émission de CO2 aussi faibles que possible. Mais cette approche suppose un moyen de fournir de l'énergie d'abord pour la production massive d'hydrogène (par électrolyse), et ensuite pour la réaction thermochimique elle-même, et tout cela sans hydrocarbures. L'unique solution dans les bons ordres de grandeur est alors le nucléaire, et qui plus est une nouvelle génération de réacteurs (dits à très haute température) capables d'utiliser des éléments radioactifs fertiles (de type U238), très abondants en l'occurrence sur Terre, contrairement à l'U235 actuellement employé et bientôt épuisé. Ne nous leurrons pas : si notre souhait, en tant que citoyens du monde, est de conserver notre consommation d'énergie à l'identique quand il n'y aura plus de pétrole (autrement dit, si nous voulons conserver la même mobilité, si nous voulons disposer de logements spacieux chauffés l'hiver et climatisés l'été, si nous voulons continuer à manger autant de viande et si nous avons envie de consommer autant de produits manufacturés), alors seule l'option nucléaire à grande échelle est à même d'apporter une ébauche de solution (un exercice de simulation mené récemment aux USA ne dit pas autre chose : le remplacement des combustibles fossiles nécessiterait la construction de 1900 réacteurs de 900 MW). Le potentiel des énergies renouvelables n'est pas dans les bons ordres de grandeur, à moins que nos futurs choix de société ne s'orientent vers la recherche de la sobriété. On en est très, très, très loin.


Je souhaite ouvrir une petite parenthèse sur le problème du réchauffement climatique, afin, là aussi, de rétablir quelques vérités et d'expliquer les implications que cela pourrait avoir sur notre monde à l'avenir. J'espère qu'une fois cette parenthèse refermée, tout le monde aura bien saisi que l'ère du pétrole pourrait bien se terminer avant même sa pénurie, par notre propre volonté et ce, face aux dégâts annoncés. Pour ceux qui considèrent être bien informés sur ce thème, vous pouvez passer au paragraphe suivant sur le point de vue des motoristes.

Le point de vue du motoriste (SNECMA en l'occurrence)

Il y a un triple défi (technique !) à relever:

  • commencer par diminuer les coûts de possession des compagnies aériennes (cela concerne la maintenance et la consommation)
  • diminuer l'impact sur l'environnement (polluants, bruit et émissions de GES)
  • anticiper les évolutions à venir, tant sur le plan réglementaire que technologique concernant par exemple les carburants de substitution

On peut remarquer à juste raison que des progrès considérables ont été réalisés en aéronautique depuis les années 1960, avec une diminution de la consommation unitaire de 60 %. Et ceci est en bonne partie dû aux progrès des motorisations. Afin de stabiliser la hausse de la consommation globale causée par la croissance du trafic aérien, il faudrait réaliser un nouveau gain de 50 % par rapport à aujourd'hui dans les 15 à 20 années qui viennent. C'est vraiment un minimum à atteindre sachant que voleront toujours dans 20 ans des avions vendus avant, et donc moins performants. Cet objectif a été clairement formalisé au sein du groupe de travail ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe). Mais c'est loin d'être gagné car, à moins d'une rupture technologique improbable, on distingue clairement que la tendance à l'amélioration s'essouffle ! Qui plus est, en ce qui concerne l'environnement, la problématique est duale ! Selon que l'on se préoccupe d'impacts locaux (tels le bruit ou la qualité de l'air) ou d'impacts à l'échelle globale (comme les émissions de gaz à effet de serre), la réponse apportée par la technique est différente et ne peut pas toujours concilier les 2 aspects. Les différentes pistes d'amélioration technique visant à réduire la consommation de carburant (et donc les émissions de CO2 qui y sont liées) se heurtent à cette difficulté :

  • augmenter le taux de dilution, c'est dégrader les performances pour le NOx, les suies et les traînées de condensation.
  • en augmentant le rapport de pression, c'est même encore pire
  • idem si l'on augmente la température d'entrée de la turbine
  • la seule issue qui semble aller dans le bon sens pour la consommation, en restant neutre pour les polluants locaux, c'est les progrès dans le rendement aérodynamique. Mais, là aussi, on atteint des limites.

Quoi qu'il en soit, à travers différents programmes de recherche européens, l'ACARE encourage ces travaux, mais, aux yeux des motoristes, le financement proposé ne permet d'atteindre la maturité de projets analogues menés aux États-Unis. Enfin, pour réduire les émissions des polluants locaux comme les NOx, il faut agir sur d'autres paramètres que ceux cités ci-dessus : l'amélioration des foyers de combustion est le principal d'entre eux. Au-delà des recherches menées sur les nouvelles motorisations, quel est le point de vue des motoristes sur les carburants de substitution ? A propos des biocarburants de type EMHV (c'est-à-dire les huiles pouvant être mélangées au diesel par exemple), leur utilisation n'entraînerait pas de modifications techniques majeures. Mais ce substitut est physiquement handicapé par ses propriétés (point de fusion bien trop élevé, mauvaise stabilité thermique et densité énergétique défavorable). En conclusion, les EMHV ne peuvent être envisagés comme carburants de substitution. Quid du gaz naturel liquide ? Des architectures conventionnelles « sur étagères » pourraient être facilement adaptées pour brûler ce combustible. Le plus gros souci, de taille, concernerait a priori plutôt la définition et la construction d'un nouveau système carburant pour l'avion. Pour l'hydrogène, c'est un peu la même histoire. Mais 2 considérations supplémentaires peuvent être évoquées : l'impact sur l'atmosphère de la condensation de l'eau en altitude (problème d'effet de serre de par la formation de cirrus, contribuant au réchauffement) et éventuellement au sol, et l'avènement de la pile à combustible, sans cesse repoussé, et dont l'utilisation potentielle pourrait à nouveau être envisagée dans plus de 30 ans en fonction des progrès réalisés pour le transport terrestre. Finalement, quelles sont les perspectives ? Il est d'abord peu probable que change la donne économique. A moins de modifier prochainement les règles du jeu, la pression va donc rester forte et pousser les compagnies aériennes à inciter puissamment les constructeurs dans la dynamique de baisse de la consommation, tout en réduisant les coûts d'exploitation. Pour nombre d'entre elles, il s'agit là, comme on l'a vu au début, de leur survie. Quant à la perspective de se passer de pétrole, elle n'est pas effrayante techniquement parlant. Une phase de transition avec des combustibles de synthèse ne nécessiterait que des modifications mineures. Par contre, à plus long terme, que l'on utilise du gaz naturel liquide ou de l'hydrogène, il faudra mettre en œuvre une politique de R&D soutenue (pour le système carburant notamment), ce qui dépend bien sûr de l'orientation et de la cohérence globale de la future politique énergétique des grands pays industriels.

Le point de vue de l'avionneur

Note: il s'agit ici du point de vue personnel d'un ingénieur Airbus spécialisé dans la propulsion

Afin de permettre la poursuite du développement du transport aérien, le premier levier d'action est de réduire le coût de possession des avions, en réduisant conjointement la consommation des moteurs et les masses. En effet, le poste carburant dans le coût d'exploitation d'un long courrier type A330-200 représente environ 1/4 du DOC, pour un gallon à 0,85 $US (i.e. environ 30 $US le baril de brut; et on est aujourd'hui autour de 80 $US). Ce poste de dépenses peut être réduit en privilégiant 3 axes d'amélioration bien connus qui sont l'aérodynamique, les masses et les moteurs. Le tout doit résulter en une capacité d'emport accrue, ce qui est effectivement le cas de la gamme Airbus avec un gain de l'ordre 15 à 20 % en 20 ans (rapport masse à vide sur masse maxi au décollage : OWE / MTOW).

Mais pérenniser la croissance du secteur, c'est aussi intégrer les contraintes environnementales, de plus en plus fortes, en s'attachant à réduire le bruit et les émissions de toutes sortes (polluants locales ou GES). Le rapport de 1999 du GIEC (IPCC en anglais) a montré que l'impact de l'aviation sur l'effet de serre d'origine anthropique était estimé à 4 % du total. Une étude postérieure réalisée dans la cadre du projet européen TradeOff a corroboré ces résultats, même si de larges plages d'incertitudes existent. Hélas pour nous, elles ne semblent pas aller dans le bon sens, avec une estimation moyenne de l'influence de l'aviation revue à la hausse, aux alentours de 7 %.

Enfin, c'est seulement en anticipant les évolutions dans le domaine énergétique que l'aéronautique civile peut espérer croître encore à l'avenir. Il va de soi que le prix du kérosène est amené à monter inexorablement (peut-être avec des à-coups), d'une part à cause du tarissement des ressources, mais aussi, et il ne faut pas l'occulter, à cause d'actes politiques qui feraient grimper mécaniquement les prix. Cela peut résulter d'une volonté des pays de l'OPEP de limiter leur production, ou d'accords internationaux de type Kyoto visant à internaliser dans le prix du carburant le coût des dégâts causés à l'environnement, sous forme de taxe carbone par exemple. Une grosse incertitude subsiste malgré tout, c'est l'arrivée du pic ! D'après les données de l'USGS, si on suppose qu'il n'y a pas d'inflexion volontaire à notre consommation de brut, en fonction du taux de croissance moyen de 1, 2 ou 3 %, et selon les capacités réelles des réserves probables et possibles, le pic peut survenir en 2021, comme en 2067. Aujourd'hui, la tendance réelle (et souhaitée indirectement) est plutôt égale à 2 %, ce qui nous mènerait, en se basant sur l'estimation moyenne des réserves ultimes, en 2037... Comment se positionne Airbus vis-à-vis des substituts au pétrole ? On a presque déjà tout dit sur les kérosènes de synthèse, sauf qu'il existait quand même un petit dernier, susceptible de servir de matière première. Ce sont les hydrates de méthane, présents en quantités considérables dans les sédiments marins profondément enfouis. Mais, même en faisant abstraction du problème climatique, il ne faut quand même pas trop compter dessus : ils sont instables aux conditions ambiantes, les sources sont très diffuses et tout reste à inventer pour leur exploitation. On a déjà parlé des biocarburants de type EMHV. On peut à cette occasion rappeler qu'il y a des désagréments liés à une production de masse. Et quid de l'ETBE ?

Comme les carburants cryogéniques semblent à long terme être les meilleurs candidats, c'est sur eux qu'il faut se pencher très attentivement. Le GNL est attractif, mais les capacités de production restent floues. En outre, il est cher, et risque de l'être encore plus à cause de la demande croissante de gaz naturel. Et puis doit-on rappeler qu'il est non renouvelable et que sa combustion rejette du CO2 ?

En ce qui concerne l'hydrogène liquide, il est vrai que la matière première est illimitée et que la combustion est propre. Mais, à l'heure qu'il est, il n'existe aucun moyen de production de masse, sûr, non polluant et peu cher. En outre, son coût, bien que difficile à obtenir de manière fiable, semble extrêmement élevé. Incidemment, l'utilisation des carburants cryogéniques pour l'aéronautique aurait des impacts très significatifs sur les opérations. Au sol par exemple; il faudrait revoir les manipulations pour sécuriser le remplissage des réservoirs ou réaliser la maintenance. Il serait indispensable d'envisager des contraintes opérationnelles particulières, liées à l'hygrométrie par exemple. En tous cas, tout cela nécessiterait un temps d'adaptation de plusieurs années. Quant à la sécurité, elle exigerait de nouvelles études et certifications. En vrac, on peut songer à l'impact à la foudre, le positionnement des réservoirs et leur intégrité irréprochable face aux chocs et autres vibrations, ou encore le système de sécurité incendie.

Si l'on se penche quelque peu sur les caractéristiques physico-chimiques des carburants cryogéniques, on parvient à quelques conclusions intéressantes. Ainsi, pour une quantité d'énergie correspondant à 100 l de kérosène, il faut un volume de 156 l de gaz naturel liquéfié ou de 410 l d'hydrogène liquide ! Les avions du futur, s'ils fonctionnent aux carburants cryogéniques, seront donc plus gros, et leur traînée irait en augmentant. Si le pouvoir calorifique des cryogéniques est un argument intéressant, leur température d'ébullition peut poser problème et il faudra dépenser de l'énergie pour les maintenir à des températures très basses. Si l'on s'intéresse maintenant aux émissions engendrées par ces 3 carburants, le gaz naturel liquéfié est à peine mieux que le kérosène et par conséquent, si les critères environnementaux devenaient une priorité, c'est clairement l'hydrogène liquide qui devrait être avantagé. Mais dans ce cas de figure, les quantités d'eau importantes relâchées soulèvent des questions concernant la formation de traînées de condensation et de cirrus dans la stratosphère. En l'absence de particules dans les produits de combustion, comment vont se comporter les molécules d'eau ? Le projet européen CryoTrail, auquel participera activement Airbus, devrait apporter des réponses dans ce domaine.

J'ai gardé pour la fin un des aspects souvent négligés, mais qui pourtant s'avèrera déterminant pour l'avenir. Il s'agit des infrastructures.

Car c'est bien beau de concevoir un avion volant à l'hydrogène, mais encore faudra-t-il qu'il puisse être accueilli partout. Cela suppose des modifications aéroportuaires importantes pour disposer sur place du carburant cryogénique, des modes de production et d'approvisionnement de masse à mettre en œuvre (certainement à proximité des aéroports vu le coût et la difficulté de transport de l'hydrogène liquide). Ces changements ne s'effectuent pas en quelques mois, c'est une évidence, mais sur une période de plusieurs années, voire dizaines d'années. Et les coûts à supporter ne seront pas anodins, loin s'en faut. Qui va les prendre en charge ? Ces quelques dernières assertions montrent finalement qu'au delà des pures considérations autour de l'avion, basculer du pétrole à l'hydrogène constituerait un immense projet de société. Et donc, par la force des choses, la survie d'une aviation civile accessible à tous à long terme pourrait dépendre entièrement d'un choix de société.

Reste à parler faisabilité technique et compétitivité économique de la solution cryogénique, les deux mamelles du métier d'avionneur.

En fait, l'une des premières expériences en la matière remonte aux années 1950, sur un B57 modifié. Mais c'est en 1988 que la Russie a testé l'hydrogène liquide sur un Tupolev de transport civil. Plus récemment, entre 2000 et 2002, a été étudié en Allemagne, sous l'égide d'Airbus, le projet de gros porteur à hydrogène CryoPlane. Les principales conclusions techniques au sujet du CryoPlane sont résumées ici.

Des technologies à développer ont été clairement mises en évidence. Il s'agit d'abord des réservoirs. Mais toute l'instrumentation classique doit être revue (tels les sondes, débitmètres, etc.) pour garantir une fiabilité sur la durée de vie de l'avion. Et puis une partie des systèmes doit être repensée. Quelques autres points restent ouverts, comme la cavitation de la pompe au ralenti, le comportement transitoire des moteurs, les aspects givrage ou l'architecture des systèmes au cas où les piles à combustible aient suffisamment progressé. Au terme de l'étude, les ingénieurs sont arrivés aux conclusions suivantes pour cet avion destiné à des missions de 4000 nautiques (genre A330) : la masse à vide augmenterait de manière significative (+25%) et la traînée totale de l'ordre de 10%, la meilleure densité énergétique de l'hydrogène liquide notamment permettant de limiter la pénalisation en termes de masse au décollage. Pour conclure sur la vision Airbus, juste quelques mots (mais ô combien importants), comme promis, sur de basses considérations économiques ! Le critère déterminant en la matière est le surcoût opérationnel direct approximatif pour un avion de type A330 utilisant un carburant cryogénique plutôt que le kérosène, sur une mission de 4000 nautiques. On fait deux hypothèses sur les prix de l'hydrogène liquide, idem sur le prix du gaz naturel liquéfié, en supposant que les coûts de production vont baisser. Dans les conditions actuelles du marché pétrolier, il est évident que la compétitivité des solutions cryogéniques est nulle puisque le surcoût serait supérieur à 100% pour l'hydrogène liquide et de l'ordre de 25% pour le gaz naturel liquéfié. Mais, ce qui est plus inquiétant, c'est que même avec une augmentation du prix du baril (aux alentours de 100 $US, ce qui correspondrait réellement à une situation de crise pétrolière), avec un hydrogène 2,5 fois moins cher qu'aujourd'hui, le surcoût resterait de 15%. Pour le gaz naturel liquéfié, avec une baisse supposée de 40% (ce qui est peu probable dans un contexte d'épuisement des ressources), le surcoût sera moindre, mais de 5% tout de même.

A l'aune de ces quelques considérations, il semble donc difficilement concevable de retrouver à terme des conditions économiques aussi favorables que dans la période actuelle (le baril de brut n'étant pas encore si cher que ça, par rapport au choc pétrolier de 1979).

Conclusion générale

C'est en premier lieu la vision consensuelle que je souhaiterais présenter. A l'unanimité ou tout du moins à une écrasante majorité, les intervenants sur le défi énergétique distinguent 2 périodes bien distinctes. La première correspond à une période dite de « moyen terme », qui courrait sur environ 30 ans. Pendant celle-ci, les kérosènes de synthèse se verraient prendre de l'essor afin de rentabiliser les générations d'avions actuelles. Toutefois, il semblerait prudent et clairvoyant d'instruire dès aujourd'hui la question de la transition, via le fret par exemple, car cela ne peut s'opérer sur quelques années. A plus long terme, au-delà de 40 ans, l'avènement des carburants cryogéniques semble très probable, à condition d'étudier avec la plus grande attention le meilleur chemin énergétique possible (« du puits à la roue »), de démontrer que c'est plus avantageux pour l'environnement. Il ne serait alors pas stupide d'imaginer aussi une solution bi-combustible prolongeant la transition vers le cryogénique. Toujours est-il que personne ne se prononce sur ce que pourrait être le bilan de santé du transport aérien au milieu du XXIème siècle !

Conclusion personnelle

Pour ma part, à l'aide de tous les éléments apportés au cours du colloque, je me suis prêté à un exercice très simple de simulation pour tenter d'imaginer l'avenir du transport aérien. J'adopte pour cela la vision intermédiaire des experts pétroliers prévoyant le « Peak Oil » aux alentours de 2035 (ce qui pourrait paraître pour nombre d'entre vous très optimiste, mais il faut alors voir là une forme de raisonnement par l'absurde).

En se basant sur le postulat actuel de croissance, en prenant en compte le potentiel des améliorations technologiques et connaissant les données actuelles de consommation, on parvient en 2035 à un secteur aérien qui brûle plus de 11 000 000 de barils de brut par jour, soit environ 11% de la production mondiale supposée au moment de la survenue du « Peak Oil ». Dire cela, c'est admettre implicitement que les compagnies aériennes seront capables, dans leur ensemble, de supporter, sur le long terme, un baril de pétrole à plus de 80 $US. C'est aussi faire sienne l'hypothèse que les choix politiques privilégieront le transport aérien au détriment des autres gros utilisateurs de pétrole (transport terrestre, production électrique, etc.). C'est considérer que les pressions en faveur de la protection de l'environnement ne pourront conduire à une modification de la fiscalité sur le kérosène et, dans le cas où l'hydrogène cryogénique deviendrait le carburant du futur, c'est parier que la société acceptera sans rechigner le développement lourd de la filière nucléaire.

Admettons cependant que l'aéronautique parvienne à éviter ces différents écueils. Au moment où le pétrole va se renchérir inexorablement, c'est-à-dire à partir du « Peak Oil », quel sera le potentiel des différentes énergies de substitution par rapport à la demande de 11 000 000 de barils /jour ? Concernant les kérosènes de synthèse et les biocarburants, avec des hypothèses très favorables concernant ces derniers (choix politiques d'attribution prioritaire à l'aéronautique, essentiellement), ils pourraient à eux 2 couvrir environ 20% de la demande. Cela supposerait cependant que les moteurs soient capables de fonctionner avec un carburant de mélange. Mais l'impact climatique de leur production et de leur utilisation n'est pas nul, même pour les biocarburants, dans l'hypothèse d'une production de masse, comme c'est le cas ici. Sur le plan économique, il ne faut pas s'attendre à des miracles, les niveaux de prix seront au mieux modérés.

Les substituts qui ont le potentiel théorique pour succéder au pétrole sont le gaz naturel liquide et l'hydrogène liquide. Entre ces 2 alternatives, seul l'hydrogène est sans conséquence sur l'effet de serre s'il est produit à l'aide de l'énergie nucléaire, cette voie étant la seule compatible avec nos niveaux de consommation actuels.

Au regard de ces divers éléments, me vient une pensée sacrilège (vis-à-vis de mes collègues d'Airbus) : à moins d'un miracle énergétique pour le moins improbable, à l'avenir « aéronautique » ne se conjuguera plus avec « croissance ». En effet, les perspectives annoncées de développement ne sauraient être valables qu'en amont du « Peak Oil » si les prix n'augmentent pas trop. Plus la croissance sera forte d'ici là, et plus la décroissance « involontaire » (car non choisie par nous-mêmes) surviendra tôt et sera forte également. Faut-il donc se réjouir aujourd'hui d'une situation qui annoncent des lendemains qui déchantent ? Car, pour qui se penche objectivement et sérieusement sur la question, et l'analyse qui précède s'intègre dans cette démarche cartésienne, il n'existe, à l'heure où l'on parle, aucune solution crédible pour garantir au-delà du « Peak Oil » la durabilité du transport aérien à son niveau actuel, et encore moins à celui qui prévaudra dans 10 ou 15 ans. Les solutions de substitution qui seraient les moins onéreuses, comme les kérosènes de synthèse et les biocarburants, ne sont pas dans les bons ordres de grandeur, on l'a vu. Quant aux carburants cryogéniques, qui auraient peut-être le potentiel pour répondre à la demande, ils semblent très peu compétitifs économiquement et exigeraient des bouleversements majeurs dans l'organisation de nos sociétés. Serons-nous prêts à l'accepter pour continuer à voyager ?

Et puis, quitte à paraître insistant, il est clair désormais que le réchauffement climatique dû à l'action de l'homme ne peut être ignoré. Il faut sans doute souhaiter que cette contrainte entraîne la fin de l'ère du pétrole avant même son épuisement.

A mon sens, plutôt que nous réjouir de la croissance du trafic aérien (et l'encourager !), nous devrions plutôt relever le challenge de l'imagination et inventer une autre aéronautique, qui continuerait à rendre des services, mais trouverait sa prospérité et sa raison d'être ailleurs que dans la course à la croissance. Ce qui demeure une utopie, j'en conviens, tant que cette vision n'est pas partagée mondialement et que nos sociétés conservent l'orientation actuelle de leurs priorités, privilégiant la croissance à court-terme au détriment de la durabilité.

Voila, c'est fini !!! Félicitations a tous ceux qui sont parvenus au bout !!!

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