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La gestion du biocarburant au sein du secteur aéronautique civil: quels enjeux financiers ?

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par Matthieu Goudineau
EM Léonard de Vinci - Politecnico di Torino - Master 2 2012
  

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A) L'utilisation du gamma-valérolactone (GVL)

Les chercheurs de tous continents ont pu réaliser un carburant propre à hauteur de 97%, et ce à partir de l'utilisation de la biomasse. Cette nouvelle énergie propre utilise très peu d'hydrogène, et réussit à capturer le CO2 à l'aide d'une pression très importante qui lui permet d'être stockée.

Il y a une donc une innovation quant à la matière première utilisée : Il ne s'agit pas seulement de l'utilisation d'algues, il existe également une exploitation de la biomasse, notamment le sucre contenu dans les végétaux.

Mais cela ne va pas sans problèmes. En effet, l'utilisation de cette biomasse nécessite des infrastructures importantes, notamment des installations de catalyseurs métalliques, afin de former un liquide organique, le GVL6(*). Ceci implique une modification de moteurs. L'installation et l'exploitation de ces infrastructures possèdent des coûts très élevés...

Malgré ce coût, l'usage de grandes installations de laboratoire et de catalyseurs à prix raisonnable, ont favorisé la production d'un important volume de carburant pur pour alimenter les appareils.

Pour les chercheurs en quête de nouveau carburants propres, le GVL est un bio-kérosène parfait dans son efficacité. En outre il peut avoir un application dans le secteur de l'automobile puisque il peut également être ajouté aux carburants existant pour les voitures.

Le seul bémol de cette découverte est le coût encore élevé du GVL.

B) Une solution complémentaire au GVL : L'Ethanol.

Puisqu'il existe une forme de biocarburant déjà utilisé pour les voitures, l'éthanol, nous pourrions penser le réutiliser dans l'aviation. L'éthanol a déjà été utilisé par le Brésil pour des vols tests, sous forme de mélanges avec de l'essence, mais les tests ne furent pas très concluant, car l'éthanol possède une trop faible valeur énergétique. Il ne peut donc être utilisé pour les moteurs d'avion sans être préalablement mélangé à du kérosène normal. Pour pouvoir utiliser ce carburant, il faut alors créer un combustible hybride.

Par ailleurs, s'ajoute à ces difficultés un problème de compatibilité des matériaux du fait de l'interaction entre l'éthanol et de l'aluminium, car l'éthanol est un oxydant, et il ne faut pas que l'aluminium soit oxydé : d'où la nécessité de modifier certaines parties des moteurs.

Il existe également d'autres sources de biocarburant possible :

La société Honeywell UOP, par exemple, a pour rôle de créer du biocarburant à partir de biomasse, d'algues, et huiles de cuisson usagées. 

Le point positif est qu'il n'y a pas besoin de réaliser de modifications sur les moteurs ou les cellules.

EADS7(*) et sa filiale Eurocopter ont l'intention de créer des installations qui permettraient de produire du biocarburant à base d'algues. Le Brésil est pionnier en cette matière. Il s'agit ainsi d'un changement révolutionnaire, non seulement pour les réductions massives des émissions de CO2, mais aussi pour le système de production qui le mettra en place.

Parce qu'il possède des caractéristiques physiques et chimiques semblables à celles du diesel conventionnel, le biodiesel est utilisable sans qu'il y ait de problèmes majeurs à reporter. Il n'y a besoin de réaliser que quelques modifications de moteur, (remplacement de membranes ou de joints ou durites en particulier) parce que le biodiesel est un puissant solvant. Il arrive qu'il altère certains joints en caoutchouc ou des mousses, ou encore les peintures de protection.

L'éthanol, comme nous venons de le voir, n'est pas totalement compatible avec le carburant habituel. Toutefois il serait possible de l'utiliser en prenant quelques précautions.

L'éthanol possède des caractéristiques corrosives et donc peut abîmer certains métaux constituant du réacteur : Ce biocarburant peut faire fondre certains élastomères. Il faudra alors s'assurer de l'adéquation des éléments utilisés dans le fonctionnement d'alimentation et distribution de carburant, avant d'exploiter ce type de bio-kérosène.

Tous ces vérifications ont pour but d'une part d'éviter les dommages qui peuvent être portés aux équipements du moteur, et d'autre part de diminuer le risque de toute contamination du carburant8(*) qui engendrerait un dysfonctionnement de ces moteurs (obstruction des filtres).

Tout comme dans le secteur automobile, le secteur aéronautique peut recourir à trois sortes d'éthanol afin d'en faire un carburant pour avion : il y a l'éthanol hydraté9(*), dans des moteurs diesel modifiés, ou l'éthanol anhydre (0-25%)10(*), ou encore l'éthanol anhydre sans additif (0-3%).

Avec ces trois types d'éthanol, une sonde calcule la quantité d'oxygène contenue dans le carburant, et transfère l'information au poste de commande qui ajuste en conséquence les solutions relatives à l'équilibre air/carburant (les points critiques sont notamment lors de l'injection, puis de l'allumage, et lors de la détonation).

Pour comprendre le concept, il faut savoir que les biocarburants sont soit exploités de façons pure, soit utilisés avec du combustibles fossile comme le pétrole. En portant un regard plus technique, les biocombustibles peuvent être consommés avec du diesel ou de l'essence normale et être compatibles avec des moteurs traditionnels sans qu'il soit besoin de les modifier. Ce genre de bio-kérosène, bien que moins énergétique, est beaucoup plus rentable.

Mais afin de mélanger le biocarburant et le kérosène normal, les constructeurs aéronautiques et les motoristes doivent réfléchir à un système économique adéquat. Car les équipements nécessaires pour la transformation (filtres, catalyseurs, joints) ne sont présents qu'en quantité encore très limitée et leur utilisation représente de ce fait l'une des principales difficultés pour l'emploi des biocombustibles.

Il est très coûteux et difficile de modifier les moteurs. Il y a de nombreuses contraintes à respecter. Il faut par exemple que le nouveau carburant utilisé puisse conserver sa fluidité à -47°C comme à 39°C, il faut aussi en limiter les résidus de combustion, et le rendre compatible avec les réservoirs et réacteurs existants. Il sera possible de modifier ces réservoirs, mais pas d'en créer de nouveaux. Les biocarburants de seconde génération sont destinés à être mélangés à du JetA, jusqu'à ce que leur production soit suffisante pour qu'ils soient utilisés seuls. Les réacteurs doivent être fabriqués avec des matériaux spéciaux qui peuvent supporter une combustion avoisinant les 1000°. Si on change les caractéristiques des moteurs pour les rendre compatibles avec du bio-kérosène, il faut vérifier absolument que ces contraintes soient respectées.

Enfin, subsiste un autre problème : celui de du rendement énergétique. Il faut savoir que des appareils de type A380 comportent 500 à 600 fauteuils, et peuvent peser jusqu'à près de 600 tonnes à leur maximum. La poussée doit être équivalente à 1240 KN pour que l'avion puisse se propulser. Il faut donc veiller à ce que les biocarburants susceptibles d'être utilisés aient un rendement énergétique assez important.

C'est pourquoi plusieurs essais ont déjà eu lieu en février 2008, dans le but d'évaluer leur viabilité en exploitation commerciale.

De plus, il commence à y avoir de nombreuses directives qui encadrent l'introduction et l'utilisation des biocarburants au sein de l'UE11(*). Un carburant doit répondre à certaines caractéristiques garantissant le bon fonctionnement du moteur et les limites d'émissions prescrites par la loi.

Dans cette sous partie, nous venons de voir que l'utilisation de bio-kérosène n'est pas une chose facile. Il faut veiller à la compatibilité des moteurs lorsque l'on souhaite changer de combustible. Or changer la motorisation d'un Boeing 737 coûte en moyenne à 7 millions de dollars, et celle d'un A330 équivaut à 15 millions de dollars.

C'est pourquoi, les compagnies aériennes, lorsqu'elles décident d'utiliser le bio-kérosène à la place du kérosène, doivent calculer la rentabilité de ces investissements. Est-il plus facile de changer tous les réacteurs d'un avion en même temps et voler pendant 200 000 h pour un investissement allant de 7 à 15 millions de dollars, ou changer tous les ans un réacteur afin de le faire fonctionner seulement au bio-kérosène et conserver les trois autres avec du kérosène normal ?

Ces politiques d'investissement se font en coopération entre les compagnies et les constructeurs de motorisation, en tenant compte des lois en vigueurs.

Le remplacement du kérosène reste à l'évidence encore un problème épineux.

* 6 Voir liste des abréviations, page 4

* 7 Voir liste des abréviations page 4

* 8 Notamment les gommes et les particules.

* 9 Les moteurs doivent subir quelques modifications, parfois même doivent être créés dans le but de cet objectif. Il s'agit de la solution exploité par le Brésil sur les appareils composés de moteurs à éthanol

* 10

Actuellement, il est possible d'utiliser le bioéthanol anhydre en le mélangeant avec du carburant normal, à hauteur de 25%. Le Brésil se sert d'un mélange équivalent à 20-25% de bioéthanol afin d'alimenter ses appareils. Les Etats-Unis favorisent une solution hybride correspondant à 5-10% d'éthanol, sans procéder à des modifications du moteur.

* 11 Voir liste des sigles et abréviations page 4

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