3ème Forum « étudiants : « Réinventons le futur du Transport Aérien »  

Tenu le 28 Janvier 2021, à l’ENAC

Rédacteurs : les membres de la CT 3AF Aviation Commerciale

Table des matières :

1 - Introduction

2 - Déroulement

3 - Fruits du forum

4 - Résumés des présentations

       4 - 1 Premier sujet (ENAC) : un dirigeable, durable, transport de fret.

       4 - 2 Deuxième sujet (ENAC) : un aérodrome durable, application au cas de Blagnac.

       4 - 3 Troisième sujet (Masters ISAE-SUPAERO) : Le transport aérien, électricité ou hydrogène sont-ils les solutions pour réduire les émissions de CO2 ?

5-Conclusions

 Annexes : Actes des présentations produits par les élèves

• Introduction :

Le 28 Janvier 2021, la Commission Technique Aviation Commerciale de la 3AF a organisé avec l’ENAC et l’ISAE-SUPAERO, un forum « étudiants » intitulé « Réinventons le futur du transport aérien »

Elle a demandé à des groupes d’élèves de penser au rôle du transport aérien dans la société et à la façon dont il contribue à son développement en redéfinissant son périmètre, peut-être par une diversification de ses activités et en se basant sur la situation actuelle : qui fait quoi et comment ?

Cette initiative, à la différence des colloques habituels (Professionnels invités à imaginer le transport dans le futur) s’était fixé pour objectif de faire s’interroger les étudiants de ces grandes écoles sur le ‘POURQUOI ?’ bien plus que sur le ‘COMMENT ?’ sur la base de leur propre perspective et de leur ressenti.

Chacune des Écoles a été sollicitée pour engager une ou plusieurs équipes (de 2-3 étudiants) afin :

• De réfléchir au rôle sociétal du transport aérien : comment doit-il être conçu pour servir au mieux les intérêts de la société ? quelles seraient ses priorités, ses apports ? quels sont les écueils à éviter et comment : par exemple en concurrence avec les autres modes de transport, impact environnemental, utilisation de l’énergie…?
• D’en tirer des conclusions et de faire des propositions,
• De les confronter, lors du Forum, aux autres équipes venant d’une autre École.

Le forum a été organisé selon le schéma suivant

• Chaque équipe a produit une étude et des propositions structurées autour d’un document publiable et d’une présentation type Power point.
• Chaque équipe a présenté son étude (en français ou en anglais) devant les autres équipes ainsi que devant les membres de la Commission Technique aviation commerciale de la 3AF et des participants du groupe 3AF de Midi-Pyrénées.
• Un membre de cette Commission s’est tenu à la disposition de chaque équipe comme référent pendant la phase de préparation.

2 - Déroulement 

Compte tenu de la pandémie, seuls l’ENAC et les masters ISAE-SUPAÉRO ont pu répondre présents. La CT Aviation commerciale publie ci-après sous forme de dossier, avec les noms des auteurs en référence, leur étude et des propositions structurées. Ces projets dont la CT a eu le plaisir d’entendre la présentation ce 28 janvier 2021, doivent être considérés comme relevant d’une analyse stratégique, un projet innovant et une ouverture potentielle vers l’avenir.

Pour réinventer le transport aérien, il est important de partager aussi les idées des plus jeunes!

3 - Fruits du Forum

Ce forum a permis notamment :

• Que le travail de chaque équipe soit inclus dans le parcours pédagogique des écoles ; En particulier les deux sujets développés par l’ENAC ont été construits à partir de deux PICs (Project Innovation Challenges) établis par deux professeurs Catherine Letondal et Thierry Druot dont les termes principaux sont les suivants :

« La situation de danger climatique dans laquelle nous nous trouvons représente un risque terrible pour nos sociétés, mais c’est aussi une formidable opportunité pour repenser et faire évoluer nos modes de vie, nos organisations et notre rapport à la planète. Pour autant, penser la durabilité n’est pas chose facile. Nous devons adapter et élargir nos concepts afin d’être capables d’embrasser la complexité du problème ».

• Une confrontation des idées de plusieurs équipes provenant d’écoles différentes dans un contexte multinational impliquant des étudiants français et étrangers…
• Un essai de synthèse des propositions esquissant un transport aérien efficace et efficient, au service de la société du XXIème siècle,
• La publication par la 3AF des présentations et débats dans les Actes du Forum.

 4 -  Résumés des présentations 

4 – 1 Premier sujet ( ENAC) : un dirigeable, durable, transport de fret

Par : Antoine MONTAGNON Cédric SIGAUT Jiaqi XIE

Cette étude de faisabilité n’a pas bien sûr la prétention d’examiner le design complet d’un dirigeable, mais de présenter un ensemble  des éléments à prendre en compte et de proposer des choix techniques.

L’étude présentée par les élèves s’est focalisée sur le potentiel d’un grand dirigeable de transport de gros volumes de fret dans le contexte de la transition énergétique. Cette étude s’est attachée à établir une image préliminaire du marché du transport de fret dans le monde, permettant plus particulièrement de considérer le transport de fret par dirigeable en lui-même, en essayant de comprendre pourquoi à l’heure actuelle il ne rencontre pas de franc succès sur ce marché.

Les pistes suivantes ont été explorées en s’appuyant sur des recherches bibliographiques.

Considérations sur le marché :

• Comment assurer la complémentarité avec l'avion, la route et avec le train : choix des masses et volumes objectifs de la charge utile, des lieux et fréquences d'exploitation, etc. 

• Considérations sur l'énergie motrice :
  • Panneaux solaires et hydrogène comme source d’énergie et moyen de stockage pour le dirigeable ?
  • Autres ? 

• Considérations sur les opérations et l'exploitation :
  • Quelles infrastructures au sol (fabrication, stationnement, livraisons, maintenance, déconstruction),
  • Quelles conditions d'exploitation (sensibilité à la météo, temps d'utilisation, etc.), gestion du vol statique lors d’opérations de déchargement en zone vierge. 

• Durabilité, bilan système :
  • L’exploitation de grands dirigeables pourrait-elle être à « énergie positive » (globalement productrice d’énergie) ?
  • L’exploitation de grands dirigeables pourrait-elle s’accorder avec la dépollution active de l’atmosphère (capture de CO₂) ?
  • L’impact sociétal de la construction (fabrication, déconstruction) et de l'exploitation ?

Á l’issue de cette étude, les élèves ont formulé la conclusion suivante :

D’un point de vue général, cette étude aura permis de mentionner tous les paramètres à prendre en compte dans le cadre de la conception du dirigeable du futur. Les élèves n’ont bien sûr pas pu apporter une réponse sur tous les points concernés, mais ils se sont efforcés de citer tout ce qui à leurs yeux aura une grande importance. Le dirigeable du futur doit être innovant s’il veut rencontrer du succès. Il est indéniable que de nombreux dirigeables vont être prototypés dans les années à venir (LCA60T de Flying Whales, Aeroscraft, VariaLift, etc.). Leur succès dépendra de leur degré d’innovation et de leur capacité à maîtriser les principaux défauts du dirigeable qui restent sa vitesse, son opérabilité limitée par les conditions météorologiques, les reliefs, etc.

L’architecture avec pile à combustible est une proposition qui semble satisfaire de nombreuses contraintes de développement durable. Il va aussi très probablement permettre de s’affranchir de l’hélium à l’horizon 2040 comme gaz porteur, dont on sait la pénurie prochaine. Les technologies de sécurisation de l'hydrogène vont devoir convaincre aussi les clients potentiels. Mais quoiqu’il arrive, les projets de dirigeables futurs doivent prendre en compte les trois piliers du développement durable : Social, Économique, Environnemental pour prétendre à être des succès.

4 – 2  Deuxième sujet (ENAC) : un aérodrome durable

Par : Viktor BABCAN Yannis BONFILS Guillaume VENSI

De la même manière le sujet avait été posé selon les termes d’un PIC ainsi libellé :

« Le transport aérien se révèle être une activité quasiment emblématique, frappée de plein fouet par les bouleversements qui s’annoncent, car c'est une grosse consommatrice d’énergie fossile. Bien qu'elle ne représente actuellement que moins de 3% des émissions mondiales de CO₂, elle dépend des énergies fossiles, le kérosène ayant des propriétés d'énergie massique et de conditions d'utilisation qui le rendent difficilement remplaçable pour les systèmes embarqués à long rayon d'action. De nombreux acteurs participent à l’activité globale du transport aérien et tous auront un rôle à jouer dans les nécessaires transformations à venir. Parmi tous les acteurs, l’un d’eux jouera sans nul doute un rôle central car il réalise la connexion entre le vecteur aérien et la Cité : il s’agit de l’aéroport. Vue du ciel, l’aéroport n’est qu’un grand bâtiment séparant deux parkings (voitures d’un côté, avions de l’autre) accolés à un grand espace lisse, sillonné de pistes. Le potentiel de développement de l’aéroport dans un contexte de transition énergétique est immense ».

Cette étude a consisté à identifier le potentiel de développement de l’aéroport en utilisant une modélisation de l’utilisation/production énergétique des différents composants d’un aéroport et dans un contexte de transition énergétique en travaillant sur l’exemple concret de l’aéroport de Toulouse-Blagnac.

Les pistes suivantes ont été explorées : 

• Le fonctionnement énergétique de l'aéroport :
  • Organisation énergétique de type « smart-grid » pour l’aéroport,
  • L’aéroport comme unité de production énergétique pour l’aviation et pour la cité,
  • L’aéroport comme unité de dépollution active de l’atmosphère (capture de CO₂). 

• L'aéroport dans son territoire :
  • Rôle de l’aéroport dans le développement des vols Intercités,
  • Relations avec les « petits aéroports »,
  • Intermodalité et complémentarité avec d'autres modes de transport, courts, moyen et long-courriers,
  • Accès à l'aéroport,
  • Impact de la robotisation au sol. 

• L'aéroport acteur du trafic aérien :
  • Optimisation énergétique des vols domestiques et internationaux à nombre de créneaux fixe.

La conclusion de cette étude a été formulée ainsi par ce groupe d’élèves :

Le potentiel de développement de l’aéroport est important, mais les défis à relever le sont d’autant plus. Dans cette étude, des hypothèses fortes ont été faites de façon à développer une intuition de ce que pourrait être l’aéroport de demain et faire apparaître de nombreux axes d’améliorations. Il apparaît par exemple que les parkings et les systèmes de traitement de bagages robotisés ont un impact non négligeable sur le besoin en énergie. La réponse à apporter est cependant à nuancer, car la suppression d’un système robotisé crée des emplois et réduit la consommation d’un côté, mais augmente les coûts pour l’exploitant de l’autre. Ce surcoût pourrait en revanche être compensé par des coûts de mise en place et d’entretien plus raisonnables des énergies renouvelables.

La mise en place d’une multitude de sources d’énergies semble aussi nécessaire, l’énergie devant être disponible tout le temps aux heures d’ouvertures et quelles que soient les conditions météos. L’éolienne sans pale frangible, utilisée en complément d’une centrale photovoltaïque, a semblé intéressante lors de notre étude et pourrait être développée. De très nombreuses autres possibilités, présentées en première partie, existent aussi et devraient être étudiées au cas par cas par un exploitant qui devra considérer chaque option en fonction du flux de passagers attendu et de sa position géographique par exemple.

4- 3 Troisième sujet (Masters ISAE-SUPAERO) : Le transport aérien, électricité ou hydrogène sont-ils les solutions pour réduire les émissions de CO₂ ?

 Il s'agit d'un sujet traité par des élèves de Masters, suivis par Valérie Budinger professeure à l’ISAE-SUPAÉRO) .

À partir de l’étude des émissions de deux voyages : Espagne / Portugal et Argentine (vol et route intérieure) ce groupe a constaté que si le temps de parcours le plus court est sans conteste obtenu par l’aérien, la plus faible émission l’est certainement par le transport terrestre mais avec un temps considérablement plus long. Cependant le kérosène utilisé par l’avion produit un taux de CO₂ considéré comme inacceptable. D’où la question d’une meilleure alternative énergétique pour l’avion de demain.

Deux alternatives viennent donc à l’esprit aujourd’hui : 

• L’électricité,
• L’hydrogène.

L’étude effectuée montre que l’électricité peut réduire significativement le taux d’émission de CO₂, mais celui-ci dépend du mode de production de chaque pays. De plus, sur le plan technique les avions électriques sont pour l’instant limités en temps de vol, et cette solution ne s’applique aujourd’hui qu’à des avions de petite capacité.

En ce qui concerne l’hydrogène, le constat permet de penser que c’est une solution conduisant à des émissions beaucoup plus faibles que le kérosène : 80% de moins d’émission d’azote avec en prime le fait qu’un kilogramme d’hydrogène liquide contient 2,8 plus d’énergie qu’un kilogramme de kérosène et surtout que l’hydrogène est abondant sur terre.

En contrepartie, l’hydrogène produit à partir d’énergie fossile, n’est pas une solution pérenne, de gros volumes de stockage étant requis (la densité de l’hydrogène est 10 fois plus faible que celle du kérosène). En outre, l’hydrogène liquide doit être stocké à très basse température dans des réservoirs d’autant plus lourds.

La conclusion de cette étude révèle que l’une ou l’autre de ces deux solutions n’est pas aujourd’hui une solution d’avenir aisée : 

• L’efficacité économique de l’avion électrique dépend du lieu où est produite l’électricité. De plus, sur le plan technique, la technologie actuelle ne permet pas de concevoir des avions de grande capacité. 

• L’efficacité environnementale de l’hydrogène dépend de la façon dont il sera produit et en outre d’une technologie permettant de concevoir des réservoirs plus légers. Enfin, l’utilisation de l’hydrogène, du fait du volume occupé comparativement au kérosène, impose un changement radical dans la forme des avions commerciaux, ce qui n’apparaît pas réalisable à court terme.

Ce groupe a conclu qu’il n’y a pas aujourd’hui de solutions simples et que la technologie doit produire des résultats adéquats en faveur de l’une ou l’autre des solutions énergétiques. En outre, il faudra imaginer un nouvel appareil aux formes adaptées et non pas essayer de transformer un avion existant.

5 - Conclusions du forum

Ce troisième forum 3AF étudiants a été organisé par la CT Aviation commerciale dans des conditions difficiles imposées par les restrictions sanitaires et le respect des gestes barrières. Nous devons encore une fois remercier les directions de l’ENAC et de l’ISAE-SUPAÉRO ainsi que les professeurs impliqués pour avoir su organiser avec nous cette session

Les occasions d'échanges (grands témoins, table ronde, cocktails.,.) qui sont d'habitude associés à cette manifestation et appréciées des étudiants n'ont toutefois pas pu être maintenues dans les circonstances sanitaires du moment, merci à l'ENAC, et en particulier à Mme Ledontal et M. Druot, de nous avoir permis de maintenir le présentiel et d'assurer une ouverture en associant cette journée à la téléconférence prévue par l'ENAC avec le Pr Bontems sur la mécanologie

 En ce qui concerne les travaux des étudiants, le niveau de réflexion, d’étude, de travail et de ressenti fait que nous considérons le résultat de cette session comme plus que satisfaisant. Les membres de la CT ont été frappés par l’excellence des études présentées, la justesse des analyses et la volonté de bien faire de tous les élèves : qu’ils en soient ici encore remerciés.

L’implication d’étudiants venant de plusieurs grandes écoles, chacune spécialisée dans son domaine, a permis de voir des approches à la fois très variées mais aussi (partiellement) complémentaires, à différents horizons temporels .

Le timing (1h15 par groupe) était suffisamment large pour approfondir les thématiques lors des discussions et les mettre en perspective par rapport à une vision plus globale du transport aérien et des enjeux sociétaux. La qualité de ces échanges a compensé le petit nombre de présentations et de projets innovants.

L’implication des étudiants dans la présentation des projets était importante et très appréciable, d’autant plus qu’il s’agissait d’un travail supplémentaire dans leurs études, pour certains d’entre eux.

 La périodicité bisannuelle permettant de créer une vraie dynamique autour du thème « réinvention du TA », l'engagement des professeurs étant dynamique et fructueux, et de nombreuses évolutions et innovations étant prévisibles, la CT Aviation Commerciale pense qu’il faudra reproposer un forum étudiants sur l’avenir du TA en Décembre 2022 ou en début 2023, en espérant bien sûr pouvoir alors y adjoindre les composantes d'ouverture qui n'ont pu être incorporées à l'édition « Covid » du Forum !

Actes des présentations faites par les élèves 

Annexe 1 : un dirigeable durable

Annexe 2 : un aérodrome durable

Annexe 3 : Electricité ou Hydrogène ?