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Edito mai 2016
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Fumisterie électrique

Au poste TV, il y a chaque jour un malin plus malin que les autres qui voit à travers son prisme déformant de candide inspiré la possibilité de changer le monde en claquant des doigts. Ce matin, le candide a découvert le soleil. Et ayant appris un nouveau mot pour éblouir son entourage, il explique qu'un avion couvert de cellules photoélectriques vole comme un aigle autour de la planète sans polluer.

De s'étonner ensuite que tous les avions ne procèdent pas ainsi, à l'instar de la Bluecar qu'il loue à la minute dans son enfer Paris-disiaque. Ce spécialiste de la mobilité urbaine faisant partie du club des néo-menteurs (ceux qui affirment se déplacer en vélo alors que des caméras les filment se déplaçant en limousine...), on ne s'étonne qu'à moitié de son audace à asséner de telles conneries. Et surtout de sa méconnaissance des sujets qu'il aborde.

Mais oui, en effet, pendant que des grévistes bloquent les dépôts de carburant, un grand machin lent et balourd poursuit son tour du monde aérien, mû par une bonne fée nommée électricité. Une tonne et demi de carbone, de cellules et de batteries qui vole à 80 km/h quand tout va bien... Une organisation dantesque pour accompagner les décollages, les atterrissages et assurer le remisage... Une fragilité structurelle et matérielle à faire blêmir... Des tonnes de matériaux hautement polluants manipulés dans des pays peu regardants pour construire le vaisseau. Est-ce l'avenir du vol électrique ?

Je ne le souhaite pas.

Et pendant que Piccard et Borschberg égratignent la stratosphère aux frais de généreux donateurs à la clairvoyance aventureuse au rang desquels la Commission Européenne (on ne change pas une équipe qui perd !), pendant qu'un aréopage de bobos suffisants s'auto-congratule, qu'angelots et poulbots se la pètent de concert en mode branché, des enseignes beaucoup plus ''terre-à-terre'' s'imaginent que la vie est aussi simple qu'un rêve à plusieurs dizaines de millions de dollars... Pipistrel avec le WattsUp, Airbus Group avec l'e-Fan, Yuneec... Des marques qu'on imagine sérieuses, mais qui trichent avec la réalité pour s'offrir du rêve ou pomper des subventions ; c'est au choix.

Des effets d'annonce ont fait croire un temps qu'il serait possible de voler électrique. Après tout, l'idée d'une école de pilotage silencieuse (ou moins bruyante), d'aéronefs dont on remplace le pack de batteries entre chaque élève, comme on refait le plein de carburant, est particulièrement séduisante.

Sauf que les chiffres ont la fâcheuse habitude de contredire les rêveurs. Or ces chiffres racontent des choses très simples : mettons qu'un ULM biplace nécessite 35 kW en moyenne pour exécuter une séquence complète de vol (décollage, vol, atterrissage). Une puissance à peu près équivalente à celle que délivre un brave vieux Rotax 503 (qui tient en l'air une heure durant avec 17 kg d'essence).

Pour alimenter l'e-GMP durant une heure, il faut donc emporter au minimum 35 000 Wh. Mais on parle ici d'énergie théorique. Or les batteries ne délivrent pas l'intégralité de l'énergie qu'elles emmagasinent. L'énergie mobilisable représente 80% de l'énergie théorique, après quoi on parle de décharge profonde destructrice. Par ailleurs, les variations thermiques du cadre d'utilisation provoquent des pertes pouvant atteindre 5 à 7%. Enfin, la chaîne de composants servant à transformer l'énergie électrique en énergie mécanique occasionne une perte qui détermine le rendement électrique. Un bon rendement avoisine 80%. En conséquence, il est admis de majorer la capacité de stockage théorique de 40% pour finaliser l'énergie mécanique disponible. Dans notre cas, la batterie doit emmagasiner 50 kWh.

Voyons à présent comment emporter cette énergie. Prenons pour l'exemple des batteries à fort rendement. Un très bon élément (qualité expérimentale en 2015) emmagasinera 250 Wh par kilogramme. La calculatrice la plus stupide du monde nous informe donc que l'ULM va transporter 200 kg d'énergie pour tenir une heure en l'air. Et encore, nous parlons de haute technologie, car une batterie de Bluecar d'une capacité de 30 kWh pèse quant à elle 300 kg !

Donc l'ULM pouvant porter deux bonhommes calibrés à 156 kg (la paire) et 200 kg d'énergie doit peser 94 kg (moteur compris) ! Rare objet. D'autant que la masse de 156 kg n'est que réglementaire. Tout le monde sait qu'on table plutôt sur 180 kg la paire de gus habillée et chaussée.

Admettons... L'ULM ne volera que 30 minutes, ce qui permet déjà d'instruire un élève. Dans ce cas, l'énergie nécessaire s'élève à 25 kW. Cette fois, la batterie pèse 100 kg. On n'y peut rien c'est de la physique ! Vous connaissez beaucoup de réservoirs pesant 100 kg (soit 142 litres hors contenant) ?

Moi pas... ou alors sur des ULM pas du tout ULM qui tournent autour de la planète en parfaite illégalité.

On pourra objecter que le moteur ne délivre pas une puissance continue, donc ne consomme pas l'énergie en continu. D'accord.

Prenons dans ce cas la consommation de notre Rotax 503 développant 35 kW. Elle est de l'ordre de 25 l/h à 6 200 tr/mn (régime de puissance maxi). Cette puissance n'est en effet nécessaire qu'au décollage. En vol de croisière, toujours sur un ULM biplace standard, on va réduire le régime entre 5 200 et 5 700 tr/mn (27 à 32 kW), pas moins sous peine de défavoriser l'assiette de vol. Dans cette plage de régime, le 503 consomme de 17 à 22 litres par heure, soit une masse de 12 à 15 kg de carburant. En électrique, 27 à 32 kWh (mécaniques) pèsent 151 à 179 kg. Rappelons que le 503 est un deux-temps énergivore. Si on reprend l'exemple avec un Rotax 912 de 80 ch, les 35 kW sont obtenus à 3 500 tr/mn, régime auquel le moteur consomme 8 litres par heure, soit 5,6 kg de carburant. Pour un vol de croisière entre 27 et 32 kW, la masse de carburant consommée chute à 5 kg par heure de vol. Chiffres bruts sans compensation des masses respectives des GMP.

Solar Impulse emporte 400 kg de batteries à haute énergie, soit 100 kWh d'énergie pour alimenter 4 moteurs de 7,4 kW (maxi) et ainsi tenir en l'air durant une nuit complète. Mais il ne s'agit pas d'un ''avion'' au sens commun du terme. Avec 63 mètres d'envergure, 200 m² de surface alaire, un profilage soigné et surtout une équipe de météorologues qui optimisent les déplacements, le Solar Impulse nécessite beaucoup moins d'énergie pour voler, parfois planer, qu'un brave aéronef se déplaçant dans les couches basses de la troposphère. Sa charge alaire est de 8 kg/m² quand tout ULM navigue entre 32 et 42 kg/m². Par ailleurs, la recharge de ses batteries se fait au moyen de cellules réparties sur la surface de l'avion. Avec une production moyenne de 250 Wh/m² par cycle de 24 heures et un rendement de charge supérieur à 15% (valeur jamais atteinte), on obtient 7,5 kW à peine nécessaires pour tenir Solar Impulse en l'air. Et à quel prix... sous quelles contraintes ! Rappelons qu'un vol autonome hors conditions idéales a occasionné le coûteux remplacement des batteries de l'avion expérimental.

La technologie actuelle ne permet pas de voler électrique. Le stockage de l'énergie doit être amélioré (euphémisme). Pour mémoire, 1 kg d'essence produit de 4,5 à 14 kWh selon le rendement du moteur qui transforme l'énergie, alors qu'une batterie haute technologie de 4,5 kWh (mécaniques) pèse 25 kg et 14 kWh pèsent 78 kg. Une densité énergétique de 25 à 78 fois moins favorable que l'essence !

Pourtant, il existe une application électrique aéronautique valable et même souhaitable en l'état actuelle de la technologie : le vol à voile à motorisation annexe. Un motoplaneur monoplace nécessite une quinzaine de kilowatts pour décoller. La durée d'utilisation est d'environ 10 minutes. Dans ce cas, 14 kg de batterie suffiront à la mise en altitude. Pour un biplace d'une puissance de 25 kW, 23 kg d'accumulateurs seront nécessaires. Des valeurs admissibles, puisque les moteurs pèsent moins lourd que leur équivalents à combustion interne. On serait même peut-être gagnant en rapport poids-énergie disponible... à condition de pratiquer le vol à voile, et non le vol motorisé.

Alors si la fée électricité est sensée nous faire rêver, elle ne doit pas nous coincer les doigts dans une prise.

Et si les bobos écolos sensés nous préparer l'avenir étaient bien inspirés, ils tableraient sur la modernisation des moteurs thermiques, plutôt que sur des chimères qui n'auront d'avenir que lorsque la science, la vraie (pas celle des zozos) l'aura décidé.

Ayant effleuré ensemble le vernis de l'énergie liée au mouvement mécanique, il reste à digérer l'information qui fait mal : quand on parle de moteurs à combustion interne pouvant extraire 4,5 à 14 kWh d'un kilogramme d'essence, on oublie de préciser combien produisent nos moteurs d'ULM... Et là patatras : nos Rotax tant aimés se trouvent tout en bas de la fourchette, entre 3 et 5,5 kWh/kg, juste au dessus des moteurs d'avion (Lycoming & Cie) qui oscillent entre 2,8 et 4 kWh/kg.

Ne serait-il pas temps de rafraîchir nos chers et si coûteux ventilateurs ?

Bons vols, avec prudence.

Miguel Horville

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