L’avion électrique et les start-up
En France, des dizaines de start-up se sont lancées sur des projets d’avions électriques, motorisés par batteries, ou par piles à combustible, ou encore hybride (moteur thermique + moteur électrique).
Dans les colonnes du TBM, nous avons étudié tous ces types de propulsion (TBM spécial Salon du Bourget juin 2011, la fée électricité et le TBM octobre 2014, le dernier miracle de la fée électricité). Nous avons montré que l’énergie électrique tout à fait adaptée pour les équipements de faible puissance était totalement inadaptée pour les grandes puissances indispensables pour motoriser des avions de transport.
La multitude de projets en cours, financés par des fonds publics et même par des fonds privés, signifie-t-elle qu’il y a du nouveau en la matière ? Les batteries, les piles à combustible auraient-elles fait des progrès spectaculaires ayant échappé à notre vigilance, au point de modifier nos conclusions de l’époque ?
Dans la présente lettre TBM, nous abordons les questions suivantes :
- Quel est le marché de l’avion électrique ?
- Les grands avionneurs s’intéresseront-ils un jour à l’avion électrique ?
- Quels dangers courent les start-up travaillant à l’avènement de l’avion électrique ?
- Où en sont les projets des principales start-up ?
LES START-UP
On ne compte plus les start-up lancées dans la ruée vers l’or de l’avion électrique : au moins 200 identifiées dans le monde dont une majorité en Chine.
Il n’est pas question ici de critiquer ces jeunes pousses, sympathiques, même si nous les trouvons quelque peu téméraires. Notre seul objectif est d’apporter un avis sur ce domaine d’activité et sur ses nombreux projets d’avions électriques ou hybrides (motorisation mi-électrique, mi-thermique).
Quel est le marché des avions électriques ?
Le marché des avions électriques est limité aux petits avions d’entraînement. Pour autant, dans les aéroclubs, écoles de pilotages, l’électrique n’est pas en passe de détrôner le thermique.
Il y a des raisons techniques à cela, nous les avons explicitées dans les TBM de juin 2011 et octobre 2014, nous y reviendrons dans notre prochaine lettre « l’avion et l’électricité ».
Ce succès mitigé vient aussi d’une petite déconvenue sur les prix : on trouve 135€/20minutes sur Pipistrel électrique et 125 €/20 minutes sur un Cessna thermique. On peut voler en silence, mais pas vraiment moins cher… Dans les aéroclubs, l’arrivée de l’électrique suscite un débat entre les pour et les contre.
Silencieux et zéro CO2 disent les uns, 50 minutes d’autonomie moins 30 minutes de réserve, ça donne des rotations de 20 minutes suivies d’une heure de recharge, disent les autres.
Le parc de l’aviation générale est « alléchant ». Avec près de 300 000 appareils dans le monde, il est dix fois plus grand que la flotte d’avions de ligne. En revanche, c’est l’inverse en chiffre d’affaires. Airbus et Boeing réunis, avec 1500 avions livrés, réalisent un chiffre d’affaires annuel 30 fois supérieur à celui des 2 000 avions vendus par l’aviation générale, hors jets d’affaires. Cette inversion explique probablement le désintérêt des grands constructeurs pour l’aviation générale et la ruée des start-up dans ce domaine laissé « vacant ».
Contigu au marché de l’aviation générale, celui des commuters actuels (19 places) n’est pas plus prisé. Il est probable qu’il n’évoluera pas très vite vers l’électrique.
La société EVIATION (US) s’y est attelée avec l’Alice (9 places), mais le premier vol d’Alice en 2022 n’a pas remué les foules.
Le constructeur TECNAM tâte, lui aussi, le terrain, avec son P-Volt bimoteur électrique de 19 places, mais ce sont ses ventes annuelles de 200 avions moteurs thermiques qui le font vivre.
Les avionneurs vont-ils s'intéresser un jour à l'électrique ?
Un, au moins, Textron-Cessna a racheté PIPISTREL (petite entreprise slovène) en 2022 pour 235 M$. Il n’a pas fait une mauvaise affaire. Pipistrel vend chaque année une quarantaine de petits avions (2 places) dont la moitié sont électriques. Son modèle électrique Velis Electro a été certifié par l’EASA. Textron récupère ainsi dix années de R&D sur l’avion électrique.
En France, la FAA fait une forte promotion pour cet appareil en direction des aéroclubs et écoles de pilotage. À Toussus le Noble on peut essayer l’appareil … Adossé à Textron-Cessna, le Pipistrel ne risque rien dans l’immédiat.
Quels dangers menacent les start-up
En moyenne, 60 % des start-up disparaissent dans les quatre premières années de leur existence. Elles doivent éviter les pièges classiques :
Croire que des précommandes, des intentions d’achat sont de vraies commandes.
Ne voir que la partie technique du premier vol en oubliant l’énorme travail de la mise en production, de business plan, de certification, de suivi des clients, de maintenance et cent autres aspects qui justifient le nombre de services existant chez un avionneur, un motoriste ou un équipementier.
Les dirigeants des start-up savent tout cela.
Ils savent aussi que leur seule voie d’avenir est de retenir l’attention d’un grand constructeur, disposant de tous ces services sur qui ils peuvent s’adosser.
Avec les exemples ci-après, la présente lettre TBM n’aborde que les problèmes techniques auxquels sont confrontées les start-up lancées dans la construction d’avions électriques.
AURA AERO
Prenons l’exemple de la start-up toulousaine Aura Aero. L’article du journal Le Monde en date du 19/12/2023 est prometteur :
Aura Aero décroche une commande avec une compagnie aérienne américaine pour son avion électrique hybride.
La start-up toulousaine souhaite s’ancrer aux États-Unis avec son avion ERA, capable de parcourir, avec une autonomie d’une à deux heures, jusqu’à 1 200 kilomètres. Le premier prototype sortira de son usine installée près de Toulouse, en 2026.
La suite de l’article est à l’avenant :
« On change d’échelle », observe, satisfait, Jérémy Caussade, l’un des trois fondateurs d’Aura Aero et président de l’entreprise née en 2018. « Ces commandes sont la preuve qu’on ne vend pas du rêve. On est bien avancés et positionnés sur le marché de l’avion bas carbone », assure-t-il, décochant, au passage, une flèche à destination de ses concurrents. Car, sur le secteur du petit avion vert, Aura Aero n’avance pas seul. D’autres start-up, souvent domiciliées à Toulouse, projettent, elles aussi, de fabriquer leur engin. En attendant, elles se livrent à une bataille de communication, à coups de communiqués de presse interposés, pour démontrer la viabilité de leur concept. « Notre industrie est sérieuse et on est pragmatiques dans ce qui doit se faire », martèle Jérémy Caussade.
Notre avis :
AuraAero comme Elixir et Ascendance se développent dans le respect des règles de certification, mais toujours avec une sous-estimation du temps de développement et des ressources nécessaires (par exemple on oublie facilement la maintenance, la documentation, les travaux de validation…)
Face à la mode actuelle d’avion-bashing, il est réconfortant de voir un tel enthousiasme et une telle énergie consacrés à la recherche d’avions nouveaux.
Cependant, le volontarisme des promoteurs aura fort à faire pour surmonter les lois d’airain de la physique aéronautique. Ces huit moteurs répartis sur l’envergure de l’aile ne sont pas classiques. La masse des batteries, des câblages et des moteurs électriques, comme dans tous les véhicules hybrides, alourdit l’avion et la traînée induite, en annulant probablement le gain escompté sur l’émission de CO2.
Les constructeurs automobiles, en avance sur les avionneurs l’ont expérimenté. Pour les courtes distances, le moteur électrique convient. Au-delà des limites de la ville, la solution hybride existe, mais elle n’est ni économique ni vertueuse pour l’environnement. Pour « prendre la route », autant rester au moteur thermique, d’autant plus qu’on arrive à des consommations de 4 L/100km, n’en déplaise à Yaris…
VOLTAERO
La start-up VoltAero, se présente sous les meilleurs auspices pour lancer l’avion électrique-hybride.
D’ailleurs, elle précise en anglais : VoltAero peut se résumer en une phrase « Been there, done that »
À la page expertise de son site, on peut lire : « L’équipe VoltAero cumule plus de 80 ans d’expertise dans le domaine des avions électriques, avec l’exploitation de trois avions électriques depuis 2011 »
VoltAero a reçu 5.6 millions € de la banque publique d’investissement pour financer le développement de l’avion électrique hybride Cassio 330 dans le cadre du plan France 2030.
VoltAero reçoit également le soutien du GIFAS, de l’UE, et de la région Nouvelle-Aquitaine.
VoltAero bénéficie de l’appui du motoriste SAFRAN avec le moteur hybride INGENIeUS.
Bref, cette start up a tout pour réussir son programme schématisé ci-dessous :
L’aérodynamique du Cassio est inquiétante
Le dessin d’artiste ci-dessous diffusé par VoltAero attire l’attention.
La machine qui sera construite aura probablement une aérodynamique plus réaliste, à l’instar des autres réalisations de VoltAero, comme E-Fan.
Le passage en soufflerie sera certainement décisif pour remettre l’aile et le centre de gravité dans une position plus conforme à la stabilité de l’appareil.
Le handicap électrique est-il réglé, grâce à l’hybride ?
Dans nos études publiées dans les TBM de juin 2011 et octobre 2014, nous avons montré les limites de la motorisation électrique : 30 minutes de vol, ainsi que les limites de la formule hybride.
Mais depuis cette date, des progrès dans le domaine des batteries ont pu être faits, pouvant remettre en cause nos conclusions de l’époque.
Le projet Cassio, nous fournit l’occasion de vérifier et voir si sa motorisation hybride s’affranchit du handicap ? Ce projet permet-il d’annoncer un gain substantiel en matière d’émission de CO2 ?
Pour la propulsion dite Pur électrique
(200 km), les 330 kW annoncés sont constitués de 3x60 kW électrique + 150 kW thermique. La durée de vol sera d’environ 30 minutes. C’est tout à fait classique. L’énergie électrique dépensée sera d’environ 90 kWh. La masse des batteries (non connue) sera d’environ 180 kg en lui accordant une densité énergétique « futuriste » de 500 Wh/kg.
30 minutes et 200 km d’autonomie sont les performances que nous annoncions dans nos TBM.
Pour la version dite propulsion hybride lourd
(1200 km), les 600 kW annoncés sont constitués de 180 kW électrique + 420 kW thermique. La durée de vol est de 3 h 30, la distance 1200 km. Là encore, rien que de très normal. C’est le moteur thermique qui assure 85 % du vol. Ceci correspond à nos conclusions de l’époque : l’électrique est fait pour de petites distances d’avions d’aéroclub, le thermique est l’apanage des longues distances des avions de ligne.
Le dilemme du CO2…
Dans leurs présentations, les constructeurs actuels ont une figure imposée : « la décarbonation »
Comment réussir cet exercice ressemblant au redoutable triple axel du patineur ? Il faut réaliser tout à la fois : un avion allant vite et loin, pas trop cher et décarboné.
La formule électrique est décarbonée, mais ne va pas assez loin.
La formule hybride doit faire appel au thermique pour couvrir la distance, mais devient carbonée.
Un dilemme qu’aucun constructeur ne saura résoudre dans l’état actuel de l’art.
VoltAero s’en sort par une pirouette, en annonçant :
« 20 % d’émissions inférieures à celles des aéronefs comparables en mode hybride complet… »
Ceci nous paraît plausible. Nous avons refait les calculs sur la base des données affichées pour la famille d’avions hybrides Cassio, sans chipoter sur la masse Batteries-Moteurs-Câblages, qui alourdit l’avion, en augmentant la traînée induite et l’émission de CO2.
Sauf erreur de calcul de notre part, la plage d’intérêt de la formule hybride est étroite.
Les 200 premiers kilomètres sont décarbonés à 100 %.
Mais au-delà de 200 km, la part de l’électrique diminue rapidement. Au point qu’après 500 km (250 km aller-retour), l’intérêt de l’électrique n’est plus significatif, ainsi que celui du gain en CO2 par rapport à la motorisation thermique.
DIAMOND
Voici ci-dessous, l’hybride de la société autrichienne DIAMOND spécialisée dans l’aviation générale.
DIAMOND n’est pas une start up, mais une société qui livre environ 250 avions par an pour un chiffre d’affaires de 200 M$.
La série actuellement en production comprend : DA 20 DA40 - 42 – 50 – 62.
Ce sont des avions pesant de 1 à 2 tonnes, conçus pour 3 à 5 passagers.
Tous dotés de moteurs thermiques.
DIAMOND, poussé par la pression « décarbonation » présente un avion hybride bimoteur. C’est en fait un DA 40 que l’on a hybridé (Électrique +Thermique).
Ce prototype a fait un premier vol de 20 minutes en octobre 2023.
Les caractéristiques techniques et les performances annoncées sont classiques.
Un moteur thermique délivre 110 kW. Il est associé à deux moteurs électriques de 150 kW. Deux batteries de 12 kWh complètent l’installation.
Performance ? En mode électrique l’autonomie annoncée est de 30 minutes.
Le constructeur annonce, en mode hybride une autonomie de 5 heures (1 200 km). Nous peinons à y croire, car cela correspond à la performance du DA40 thermique pur qui, lui, n’est pas pénalisé par la masse d’un second moteur, de batteries…
Quoi qu’il en soit, il nous paraît abusif de présenter les avions hybrides comme des modèles de décarbonation. Sur un vol de 5 heures 30 minutes décarbonées, 4 h 30 sont carbonées.
Cela ne nous empêche pas de souhaiter bonne chance à ce nouveau Diamond hybride.
BIEN D’AUTRES …
Que les start-up non mentionnées dans ce survol ne nous en tiennent pas rigueur.
Beaucoup d’entre elles font un gros travail pour la conquête de l’avion électrique.
ASCENDANCE
ASCENDANCE, est une petite société toulousaine créée en 2018. Un petit groupe d’ingénieurs issus de l’aéronautique a pour projet un avion à décollage et atterrissage vertical, à motorisation hybride.
Malgré son aspect déroutant, le projet a retenu l’attention des investisseurs : 21M€ levés (Dassault-Finance a même ouvert sa bourse …) Bonne chance à ces intrépides pionniers des temps actuels.
ELIXIR
C’est une des plus sérieuses. Cette petite société de 140 salariés installée près de la Rochelle livre des avions d’entraînement au pilotage, avec moteurs thermiques. 80 avions en commande + 200 en précommandes. Airbus Flight Academy compte parmi ses clients avec quatre avions. Safran épaule cette société et apporterait un moteur dans le cas d’un avion électrique futur.
Après lecture des exemples que nous venons d’examiner, nos lecteurs se posent certainement une question : comment ces start-up quelque peu aventurières peuvent-elles trouver assez de financements publics et privés ? Qu’est-ce qui fait courir les investisseurs vers de tels projets d’avion ?
Pour mieux comprendre nous avons choisi la start-up ELIXIR comme exemple éclairant.
Laissons le PDG d’ELIXIR nous expliquer :
« Parmi tous les défis qui nous attendaient au démarrage d’Elixir Aircraft, l’un d’entre eux était de trouver une banque. La Caisse d’Épargne est la seule à avoir osé nous accompagner dès le début, dans un projet aussi fou que la création d’un avion ».
Arthur Léopold-Léger, Président d’Elixir Aircraft.
À l’heure de la lutte acharnée contre le réchauffement climatique, à la chasse à l’abominable CO2, l’association ELIXIR / L’ÉCUREUIL est gagnante/gagnante.
ELIXIR a des fonds pour réaliser ses avions (décarbonés).
L’ÉCUREUIL peut se prévaloir d’être un bienfaiteur pour la planète.
CONCLUSION
1. Toutes ces start-up, lancées à la recherche de l’avion décarboné, ont quelque chose de sympathique et de réconfortant au moment où d’aucuns poussent à l’abandon de l’avion.
2. Nous ne sommes pas naïfs, une telle mobilisation est autant motivée par les crédits privés ou publics distribués actuellement que par la conviction d’aboutir vraiment à un avion décarboné.
3. Tous les projets d’avion électrique à batteries des Start-up, démontrent, ce que les calculs avaient prédit : ce type de motorisation ne permet pas plus de 30 à 40 minutes d’autonomie.
4. La formule hybride (électrique – thermique) permet d’aller un peu plus loin, mais c’est au prix d’une recarbonation, voire d’une surcarbonation selon la distance et la masse des équipements électriques transportés.
5. Dans une lettre TBM spécifique, nous avons vu que l’hydrogène avec la pile à combustible est loin d’être une solution, mais plutôt un problème. Le problème vient de la masse des réservoirs « blindés » pouvant supporter 700 bars de l’H2 gazeux.
6. Avec l’hydrogène, sous sa forme liquide, le problème se complique : le maintenir à -253°C implique des installations cryogéniques complexes. Sous la forme liquide, l’hydrogène exige de grandes précautions : quand on remplit les réservoirs d’Ariane, tout le monde est aux abris…
7. Enfin, l’hydrogène utilisé directement comme carburant par injection dans les réacteurs, n’échappe pas aux problèmes évoqués ci-dessus auxquels il faut ajouter que de tels réacteurs n’existent pas encore sur le marché.
8. La voie la plus réaliste pour aller vers la décarbonation est le recours aux carburants durables (SAF). Cette voie est moins spectaculaire que le rêve d’un avion à Hydrogène, mais on est sûr de réduire les émissions de CO2. Un optimisme modéré nous permettant d’augurer sur une production de SAF en hausse.
9. Sans broyer du noir et même si la production de SAF ne permet pas d’atteindre les objectifs visés de 2030 et 2050, nous montrons par ailleurs que le trafic aérien finira par plafonner de lui-même, de façon naturelle …
Définitions
Hybride : à l’imitation des voitures, l’avion hybride serait doté de deux motorisations. Une motorisation avec moteurs électriques, une autre avec moteurs thermiques. Il y aurait à bord, deux sources de « carburants » batteries et kérosène.
kW : le kilowatt (1000 W) est l’unité de puissance. Nous la connaissons sous la forme « cheval » : nos voitures ont 80 ou 100 ou 130 chevaux de puissance. Un cheval = 736 W.
Un Airbus a besoin d’une puissance de 39 MW pour décoller (39 millions de W soit 53 000 ch ou la puissance cumulée de 130 de nos berlines)
kWh : le kiloWattHeure (1000Wh) est l’unité d’énergie (travail). Nous la connaissons trop bien. C’est celle qu’EDF nous facture en fonction de notre consommation 0.25 €/kWh. La puissance nous est facturée par ailleurs en fonction de la puissance maxi délivrée au compteur en kVA (kW pour simplifier) 220 Volts avec 40 Ampères ce sera 9 kW facturés 16 €/mois. Un moyen-courrier, avec son plein de kérosène emporte dans ses réservoirs l’équivalent de 256000 kWh
Il ressort de ces comparaisons qu’avec l’avion on change totalement d’échelle. Les raisonnements que l’on tient dans la vie courante n’ont plus cours L’énergie électrique est parfaite pour tous les services ménagers. En revanche elle ne répond pas aux énormes besoins des avions.
Sources
Nota
Crédits Photos :
Shutterstock, Frank Galella, Aura Aero, Voltaero, Diamond, Ascendance, Elixir