L’hydrogène liquide cryogénique, un vecteur d’énergie prometteur pour l’aviation

Un projet audacieux financé par la NASA, mené par le Professeur Phil Ansell, a abouti à la mise en place d’une technologie propulsive pour l’aviation. Les travaux ont été réalisés dans le cadre de l’initiative universitaire de leadership (University Leadership Initiative), avec l’ambition de concevoir des systèmes d’énergie et de propulsion novateurs pour un avenir aérien zéro émission.

La conception de ce projet est basée sur l’usage d’hydrogène liquide cryogénique comme vecteur d’énergie pour les avions.

« Étant donné que l’hydrogène occupe un grand volume, il est préférable de le conserver à l’état liquide, à basse température. Plutôt que de voir cela comme un obstacle, nous l’avons considéré comme une opportunité pour exploiter ces caractéristiques uniques », a déclaré Phillip Ansell, professeur en génie aérospatial et directeur de CHEETA (Center for High-Efficiency Electrical Technologies for Aircraft).

L’équipe a mis à profit la température cryogénique de l’hydrogène liquide pour utiliser la technologie supraconductrice. «.

Des technologies de pointe pour l’aviation de demain

Lors de la première phase du programme, une subvention de 6 millions de dollars a permis de développer plusieurs technologies et concepts de conception innovants.

Au cours de la première phase, nous avons élaboré une vision de la manière dont la technologie des piles à combustible pourrait être utilisée et gérée pour répondre aux exigences de puissance agressives des avions commerciaux, tout en produisant zéro émission de dioxyde de carbone et d’oxydes d’azote à partir du véhicule », a expliqué Ansell.

Parallèlement, l’équipe a conçu une architecture pour un système de transmission d’énergie supraconducteur capable de fonctionner efficacement à des tensions bien inférieures à celles requises par la plupart des systèmes à température ambiante.

L’équipe a également mis au point une nouvelle catégorie de machines électriques cryogéniques, conçues en parallèle avec des systèmes de ventilateurs à réaction électriques. Ces machines électriques cryogéniques présentent des similitudes avec celles déjà utilisées dans les trains à lévitation magnétique, les accélérateurs de particules et les IRM.

Aucune machine électrique cryogénique commerciale n’existe actuellement pour les applications aéronautiques.

Un regard innovant sur la conception des avions

Un élément crucial de la recherche de CHEETA a été de déterminer comment ces composants avancés pourraient être intégrés dans un système aéronautique.

« Nous avons pu réduire les pertes du système électrique à moins de 2%, de sorte que l’ensemble du système a une efficacité de plus de 98% de la sortie de la pile à combustible à la rotation du rotor de la machine électrique. C’est en ligne avec l’objectif ambitieux que nous nous étions fixé dès le premier jour du programme, et je suis incroyablement fier de notre équipe pour l’énorme travail qui a été nécessaire pour réaliser cette vision » a déclaré Ansell.

Le professeur Ansell a également souligné l’importance de la sécurité dans la conception du système. Il a expliqué : « Nous avons dû placer les réservoirs en hauteur sur l’avion pour éviter le risque de perforations de réservoirs ou d’incendies lors de scénarios d’atterrissage d’urgence. »

La phase 2 s’appuiera sur les concepts développés par le groupe et créera des prototypes de composants clés. Cela commence par le développement d’une machine électrique cryogénique de 300 kilowatts, qui représenterait une version à l’échelle un huitième de ce qui a été conçu pour les avions de taille normale. Cette machine sera couplée à un démonstrateur de transmission d’énergie supraconductrice, dimensionné pour être capable d’une puissance de pointe supérieure à cette référence de 300 kilowatts.

L’équipe développera également un prototype de 300 litres de la technologie du réservoir d’hydrogène liquide, ainsi qu’un avion sans équipage à l’échelle 5,5 %, afin de démontrer les mérites de l’approche du fuselage relevable pour loger le volumineux carburant hydrogène.

En synthèse

Au terme de la première phase, le concept CHEETA a réussi à démontrer sa capacité à respecter les performances de vol de l’avion 737-800, tout en émettant zéro dioxyde de carbone et oxydes d’azote. La seconde phase du projet se concentrera sur le développement de prototypes à partir des concepts élaborés.

L’ambition est de démontrer le potentiel de cette technologie prometteuse, non seulement en matière de durabilité environnementale, mais aussi de performance, afin de répondre aux attentes de l’industrie aéronautique et des voyageurs.