Comment stocker de l'hydrogène liquide pour un vol zéro émission

Airbus développe une solution pour l'un des plus grands défis de la propulsion à hydrogène

L'hydrogène est essentiel à l'objectif d'Airbus de développer le premier avion commercial à zéro émission au monde d'ici 2035. Cela nécessitera une approche innovante du stockage de carburant. Airbus conçoit désormais des réservoirs d'hydrogène liquide de pointe pour faciliter une nouvelle ère d'aviation durable

L'hydrogène est l'une des technologies les plus prometteuses pour réduire l'impact climatique de l'aviation. Lorsqu'il est produit à partir de sources d'énergie renouvelables, il n'émet aucun CO2. De manière significative, il fournit environ trois fois l'énergie par unité de masse du carburéacteur conventionnel et plus de 100 fois celle des batteries lithium-ion. Cela le rend bien adapté pour propulser des avions.


Cependant, le stockage de l'hydrogène à bord d'un avion pose plusieurs défis. L'hydrogène peut fournir plus d'énergie en masse que le kérosène, mais il fournit moins d'énergie en volume. À pression atmosphérique et température ambiante normales, vous auriez besoin d'environ 3 000 litres d'hydrogène gazeux pour obtenir la même quantité d'énergie qu'un litre de kérosène.

De toute évidence, ce n'est pas faisable pour l'aviation. Une alternative serait de pressuriser l'hydrogène à 700 bars – une approche utilisée dans le secteur automobile. Dans notre exemple, cela réduirait les 3 000 litres à seulement six.

Cela peut représenter une énorme amélioration, mais le poids et le volume sont essentiels pour les avions. Pour aller encore plus loin, on peut baisser la température à -253°C. C'est alors que l'hydrogène se transforme de gaz en liquide, augmentant encore plus sa densité énergétique. Pour revenir à notre exemple, quatre litres d'hydrogène liquide équivaudraient à un litre de carburéacteur standard.

Exigences élevées pour les réservoirs de stockage d'hydrogène

Le maintien d'une température aussi basse nécessite des réservoirs de stockage très spécifiques. Ils se composent actuellement d'un réservoir intérieur et extérieur avec un vide entre les deux, et d'un matériau spécifique, tel qu'un MLI (Multi-Layer Insulation) pour minimiser le transfert de chaleur par rayonnement.

Les réservoirs cryogéniques de stockage d'hydrogène liquide sont déjà utilisés dans plusieurs industries, dont l'aérospatiale, ce qui nous donne un bon aperçu des enjeux. L'implication d'Airbus dans Ariane, par exemple, a permis d'acquérir des connaissances sur l'installation des systèmes, sur les tests cryogéniques et la gestion du ballottement du carburant, ou encore sur la façon de construire le réservoir interne lui-même.

Mais s'il existe des synergies entre les vols spatiaux et l'aviation, il existe également de nombreuses différences importantes. Les exigences de sécurité sont différentes de celles des lanceurs spatiaux, car les réservoirs de stockage d'hydrogène pour les avions commerciaux devraient supporter environ 20 000 décollages et atterrissages et devraient maintenir l'hydrogène à l'état liquide beaucoup plus longtemps.

"Les nouvelles ZEDC d'Airbus accueilleront des équipes d'ingénierie multidisciplinaires pour créer des solutions innovantes qui répondront aux exigences aérospatiales exigeantes."
David Architecte beurres, Véhicules Systems chez Airbus

R&D cruciale pour un vol zéro émission

Dans le cadre de son engagement en faveur d'une aérospatiale propre, Airbus adapte et fait évoluer la technologie existante de stockage d'hydrogène pour l'aviation. Plusieurs nouvelles installations de recherche et développement à travers l'Europe ont récemment commencé à travailler sur des réservoirs de stockage d'hydrogène liquide pour notre avion concept ZEROe .

À court terme, les réservoirs d'hydrogène liquide pour les vols commerciaux seront probablement métalliques. Cette approche sera poursuivie par les Centres de Développement Zéro Emission (ZEDC) à Nantes, en France, et à Brême, dans le nord de l'Allemagne.

À plus long terme, cependant, les réservoirs fabriqués à partir de matériaux composites peuvent être plus légers et plus économiques à fabriquer. Airbus accélérera le développement de cette approche dans sa nouvelle ZEDC en Espagne et dans son centre de recherche sur les composites à Stade, en Allemagne.

"L'adaptation de la technologie des réservoirs cryogéniques aux avions commerciaux représente des défis majeurs en matière de conception et de fabrication", déclare David Butters, responsable de l'ingénierie pour le stockage et la distribution de LH2 chez Airbus. "Les nouvelles ZEDC d'Airbus accueilleront des équipes d'ingénierie multidisciplinaires pour créer des solutions innovantes qui répondront aux exigences aérospatiales exigeantes."

Toutes les ZEDC devraient être pleinement opérationnelles et prêtes pour les essais au sol avec le premier réservoir d'hydrogène cryogénique entièrement fonctionnel en 2023, et les essais en vol commençant en 2025.