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A la découverte des labos

Avions hybrides : combattre le surpoids

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Le programme européen CleanSky 2 vise une diminution de 20% des émissions de CO2 des avions d’ici dix ans. Il implique de concevoir des aéronefs de plus en plus électriques. Mais les défis sont considérables. Interview de Xavier Roboam, responsable du projet Hastecs qui associe plusieurs laboratoires toulousains à l’ambition d’une aéronautique plus respectueuse de l’environnement.

Quels sont les principaux verrous technologiques qui freinent l’électrification des avions ?

Une des contraintes majeures est celle de la masse. Les avions contrairement aux voitures doivent décoller et voler ! Il faut donc arriver à les électrifier sans les alourdir et cela pose de multiples problèmes. Comment éviter la surchauffe des moteurs sans recourir à des systèmes de refroidissement à la fois lourds et volumineux ? Comment concevoir des câbles et des électroniques haute tension qui ne soient pas trop lourds, sachant que la question de l’isolation est rendue plus complexe en altitude par les faibles pressions. Le projet Hastecs qui vient de démarrer pour une durée de cinq ans vise globalement à accroître l’efficacité des systèmes électriques embarqués. L’enjeu est de parvenir à multiplier par dix leur puissance pour prendre le relais en matière de propulsion mais sans trop alourdir les structures.

Quel est l’objectif du projet Hastecs ?

Trois laboratoires collaborent à ce projet doté d’un budget européen d’1,5 M€. Le Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT), avec l’expertise de Patrice Simon, travaille sur des batteries capables d’apporter rapidement de très fortes densités de puissance et d’énergie. Les collègues l’institut PPrime de Poitiers sont spécialisés dans les questions de refroidissement des composants. Le Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE) auquel j’appartiens dispose des compétences reconnues en matière de conversion d’énergie, avec en particulier une bonne connaissance des systèmes électriques de forte puissance qui propulsent les trains ou les navires.
Grâce à l’enveloppe fournie par le projet Hastecs, nous avons pu recruter six doctorants et deux post-doctorants qui sont venus renforcer nos équipes pour tenter de surmonter les problèmes techniques et de répondre aux défis posés par les nouvelles générations d’aéronefs.

Jusqu’à quel point est-il aujourd’hui envisageable de passer d’une propulsion thermique des avions à une propulsion électrique ?

Nous sommes aujourd’hui loin de pouvoir concevoir des avions tout électriques. Mais nous suivons plusieurs pistes en parallèle.
Les petits moteurs thermiques sont peu efficaces. Ce sont eux que l’on essaie de remplacer prioritairement par des moteurs électriques. La circulation des avions sur les tarmacs pourrait par exemple passer à du 100% électrique qui réduirait à la fois les dépenses de carburant, la pollution atmosphérique et le niveau sonore.

On pourrait aussi gagner beaucoup en utilisant l’électricité au moment des descentes, lorsque les moteurs d’avion tournent au ralenti. Dans ces manœuvres, les moteurs thermiques consomment beaucoup et l’électricité apparaît avantageuse.
Enfin, l’électricité est une voie prometteuse si l’on veut remplacer les grandes hélices actuelles par des dispositifs à propulsion répartie le long des ailes. Il est démontré qu’une telle architecture apporterait des gains aérodynamiques importants, une meilleure pénétration des avions dans l’air, mais elle implique de réussir à répartir la puissance dans l’avion via un système électrique.

 
  • Pour aller plus loin
Présentation plus détaillée du programme Hastecs (Hybrid Aircraft ; Academic reSearch on Thermal and Electrical Components and Systems) 
Le site internet du LAPLACE (CNRS / INP Toulouse / UT3)
Le site internet du CIRIMAT (CNRS / INP Toulouse / UT3)
Le site internet de l’institut PPrime à Poitiers (CNRS)

Dates
le 20 octobre 2016

Date de mise à jour 17 juillet 2017


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