Aviation et dérèglement climatique

Figure 2 – Vue satellitaire des traînées de condensation sur la vallée du Rhône et les Alpes ■

Le dérèglement climatique est sous les feux de l’actualité en raison de la tenue prochaine de la COP21 à Paris. Il est donc utile de rappeler la contribution de l’aviation à la limitation des émissions anthropiques estimées responsables du dérèglement climatique.

Quelques chiffres

Le transport aérien est devenu un transport de masse qui irrigue de nombreux secteurs économiques comme le tourisme et participe à la vie du village planétaire. Le nombre de passagers transportés a dépassé les trois milliards en 2013. Ce nombre va probablement continuer à croître dans les prochaines décennies à un rythme annuel soutenu proche de 5 % ; la croissance sera modérée dans le pays où le transport aérien a atteint une certaine maturité (Amérique du Nord, Europe) et élevée dans les pays émergents ou déjà émergés. Il en résultera une demande accrue de carburant aéronautique et donc une augmentation des émissions chimiques de l’activité aéronautique ; cette évolution sera toutefois partiellement équilibrée par les progrès technologiques de toutes natures.

L’aviation commerciale ne constitue pas le principal consommateur de ressources fossiles. Le transport n’utilise que 12 % des ressources énergétiques fossiles, la consommation du transport routier est d’un ordre de grandeur supérieur à celle de l’aérien (le rapport est 6,5 en France). La part de pétrole transformée en kérosène pour le transport aérien est aujourd’hui environ 6,5 %. Ces données n’exonèrent pas la communauté aéronautique de chercher à réduire sa consommation de ressources fossiles et les émissions chimiques correspondantes.

Le transport aérien est-il un moyen de transport exagérément consommateur d’énergie fossile ? Un avion long courrier moderne sur une étape de 8000 km et sous réserve d’un coefficient de remplissage proche de 100 % permet d’aboutir à une consommation par passager et 100 km de 2,5 litres. Un autocar par comparaison correspondra à 1 litre par passager et 100 km. Les ordres de grandeur sont comparables mais le service rendu n’est pas le même. L’avion reste, dans l’état actuel des technologies, irremplaçable pour les longues distances et les durées de voyage courtes.

La mobilisation de la communauté aéronautique

La communauté aéronautique a très tôt pris conscience de l’impérieuse nécessité de limiter sa consommation de ressources fossiles. Plusieurs facteurs ont concouru à cette démarche.

En premier lieu, la consommation induit proportionnellement des émissions chimiques. Les espèces chimiques majoritaires produites par la combustion d’un hydrocarbure comme le kérosène sont le gaz carbonique et la vapeur d’eau, gaz à effet de serre. Mais d’autres espèces chimiques minoritaires sont également produites : des oxydes d’azote (NOx), des hydrocarbures imbrûlés et des suies (particules ultrafines). Ces émissions minoritaires sont limitées par des normes de l’OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale), lesquelles deviennent de plus en plus sévères au fil des années. Parmi les progrès enregistrés ces dernières années sur ces dernières émissions, il convient de signaler ceux portant sur les particules ultrafines qui ont un double impact : à basse altitude, ces particules sont suspectées nuisibles à la santé humaine, comme celles émises par les véhicules routiers à moteur diesel ; à haute altitude, elles peuvent participer à la création, via la formation des traînées de condensation, de nuages de types cirrus. 

Le CORAC (Conseil d’Orientation de la Recherche Aéronautique Civile) a créé un réseau Thématique Environnement pour approfondir cette thématique.

Le second facteur pris en considération tient plus de l’énergétique que du climat. Il s’agit en effet d’anticiper la raréfaction progressive des ressources fossiles. L’analyse prospective conduite par l’Académie de l’Air et de l’Espace (dossier « Comment volerons-nous en 2050 ? » et par la Commission Technique 3AF Aéronautique Civile) tend à démontrer qu’une tension sur la disponibilité du kérosène pourrait se manifester entre 2030 et 2040.

D’autres facteurs de nature géopolitique (souhait de nombreux pays de réduire leur dépendance aux importations pétrolières) et de nature économique (sensibilité des coûts d’exploitation des compagnies aériennes au coût du kérosène) ont également pesé sur les réflexions.
En fonction de ces différents éléments, de nombreux objectifs ont été annoncés en vue de limiter l’impact de l’activité aérienne sur le climat. Il s’agit soit d’engagements pris par les états dans le cadre d’organisations internationales comme l’OACI, soit d’objectifs plus lointains mais non contraignants (« inspirational goals »). La croissance neutre en carbone (« carbon neutral growth ») fait partie des engagements consensuels. La figure 1 illustre la vision IATA (International Air Transport Association) pour la limitation des émissions de CO2.

Le premier levier à mettre en œuvre est technologique, il porte sur le développement de progrès technologiques : nouvelles configurations d’avion, moteurs plus sobres, structures plus légères, navigation plus précise, infrastructures améliorées (taxiing électrique par exemple). Ces progrès font l’objet d’importants programmes européens tels que CLEAN SKY et SESAR ; les commissions techniques de la 3AF œuvrent également dans cette perspective. L’analyse des progrès réalisés dans le passé a montré que l’efficacité énergétique globale a cru en moyenne de 1,5 % par an et donc que les progrès technologiques ne permettent pas de totalement compenser les effets de l’augmentation du trafic. Aussi un second levier prend-il en compte l’émergence de ruptures technologiques et le recours aux biocarburants. De vraies ruptures technologiques n’ont pas encore été identifiées et certaines solutions idéalisées se heurtent au mur des réalités : l’avion de transport tout électrique suppose des capacités de stockage des batteries inaccessibles, le cryoplane à hydrogène pose de très sérieux problèmes techniques. Des mesures économiques ont aussi été envisagées ; l’ETS (European Trading Scheme) n’a pas débouché mais l’idée a été reprise par l’OACI et est en cours d’études. L’objectif 2050 portant sur une réduction des émissions de 50 % par rapport à 2005 est clairement « inspirational ».

Les biocarburants constituent-ils la solution idéale ?

Les biocarburants aéronautiques font l’objet d’un fort engouement depuis deux décennies. Ils sont en effet potentiellement renouvelables et durables et présentent vis-à-vis du dérèglement climatique un réel avantage : la biomasse croît grâce à la photosynthèse et à la captation du CO2 et affiche donc un bilan favorable dans l’analyse du cycle de vie. Les nombreuses recherches menées dans le monde ont cependant mis en évidence un certain nombre d’obstacles qui font que l’utilisation des biocarburants aéronautiques est plus lente que prévu. Ce rapport établi conjointement par l’Académie des Technologies et l’Académie de l’Air et de l’Espace :
« Quel avenir pour les  biocarburants aéronautiques ? » - EDP Sciences, 2015 - pourra être consulté pour plus de détails.

En premier lieu, le choix a été fait de développer des biocarburants « drop-in », c’est-à-dire susceptibles d’être mélangés en différentes proportions au kérosène fossile, sans aucune modification des avions et des moteurs existants ou en développement, ceci afin de maintenir le niveau de sécurité élevé du transport aérien. Il ne s’agit donc pas de nouveaux carburants mais de carburants conventionnels fabriqués à partir d’une nouvelle ressource, la biomasse ; en conséquence, ces biocarburants doivent posséder toutes les caractéristiques physicochimiques du kérosène. 
Diverses filières ont été développées, les principales sont désignées par les sigles suivants :

  • Les BTL (« Biomass To Liquid ») ou SPK (« Synthetic Paraffinic Kerosene ») produits par le procédé thermochimique Fischer-Tropsch ;
  • Les HEFA (« Hydroprocessed Esters and Fatty Acids »), partant d’une huile végétale qui est traitée par l’hydrogène.
  • Les DSHC (« Direct Sugar HydroCarbon »), transformant par biochimie un sucre en hydrocarbure.

Des mélanges de biocarburant et de kérosène conventionnel ont été spécifiés par les organismes internationaux spécialisés comme l’ASTM (American Society for Testing and Materials).
Une grande variété de biomasses est utilisable : les déchets forestiers, les huiles non comestibles (huile de friture usagée, huile de jatropha, huile de cameline, …), des déchets organiques (gras animaux non comestibles, déchets municipaux).

Des démonstrations ponctuelles et des campagnes d’essais sur certains trajets (Lufthansa, Air France par exemple) ont été réalisées et ont prouvé la faisabilité technique des biocarburants aéronautiques. Mais la fabrication de masse est loin d’être acquise. L’Europe Communautaire a défini l’objectif Biofuel Flight Path 2020 d’une production de 2 Mt par an, soit l’équivalent de 3,5 % de la consommation européenne. Cet objectif ne sera pas aisé à atteindre en raison d’un certain nombre d’obstacles à lever, qui sont brièvement récapitulés ci-dessous :

  • La biomasse récupérable n’est pas en quantité illimitée, elle varie fortement suivant les pays et leurs géographies ;
  • Il existe une concurrence d’usage assez étendue de la biomasse : doit-elle être réservée en priorité au chauffage ou à la production d’électricité ou à la fourniture de produits de spécialité (concept de bioraffinerie) ou à l’élaboration de carburants routiers et aériens ?
  • Le prix des biocarburants n’est pas compétitif avec celui du kérosène pétrolier, surtout dans la période actuelle qui voit le baril de pétrole au plus bas ;
  • Le gain environnemental apporté par les biocarburants aéronautiques demande à être précisé. Il manque une méthodologie d’analyse de cycle de vie qui soit internationalement agréée (travaux en cours à l’OACI).
  • Les incitations budgétaires et les politiques publiques de soutien, très variables suivant les pays, sont plutôt  absentes en Europe, ce qui n’incite guère les industriels à investir massivement dans de grosses unités de production.

Il est donc à craindre que l’utilisation des biocarburants aéronautiques ne se déploie que très progressivement, du moins en Europe.

 

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