Via sa nouvelle cellule interne R&D AMETRA Research, le Groupe AMETRA travaille actuellement sur l’intégration des piles à combustible multifonctionnelles destinées au secteur aéronautique.
Pour rappel, les piles à combustible (PAC) produisent du courant électrique en convertissant l’énergie chimique de la réaction de l’hydrogène et de l’oxygène. Cette réaction est l’inverse de l’électrolyse. L’intérêt de ce type de pile est que l’on fournit un combustible qui se mélange avec l’oxygène de l’air et permet d’obtenir de l’électricité, mais aussi de générer des sous-produits comme de l’eau, de la chaleur et de l’air appauvri en oxygène.
Les objectifs européens définis par ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe ou Conseil Consultatif pour la Recherche Aéronautique en Europe) de réduction du bruit (-65% par rapport à l’an 2000), de réduction d’émission de CO2 (-75% par rapport à l’an 2000) et de NOx (-90% par rapport à l’an 2000) pour l’horizon 2050, s’inscrivent notamment avec les problématiques liées à l’Avion Plus Electrique (MEA). Au niveau de ces enjeux, la pile à combustible est particulièrement intéressante en raison de son caractère multifonctionnel.
Son principal avantage est en effet d’économiser de la masse en réalisant plusieurs fonctions à partir d’un seul système.
Table des matières
Pile à combustible multifonctionnelle, un potentiel considérable
Le terme “multifonctionnel” signifie que l’on peut non seulement l’utiliser pour générer une puissance électrique afin d’alimenter l’avion, mais aussi pour générer des sous-produits qui vont remplir d’autres missions : eau pour les toilettes de l’avion, conditionnement de l’air dans la cabine, utilisation de la chaleur générée pour réchauffer les plats en cuisine… entre autres fonctionnalités.
Là où la récupération de l’énergie de la pile à combustible multifonctionnelle est encore plus intéressante, c’est que l’air appauvri qu’elle produit peut servir à réaliser l’inertage des réservoirs de l’avion.
Au fur et à mesure que le kérosène est consommé au cours d’un vol, il est remplacé par de l’air dans le réservoir. Pour des raisons de sécurité, il faut que cet air soit inerte, ce dernier ne pouvant pas s’enflammer. L’intérêt des PAC multifonctionnelles sur ce point serait de pouvoir remplacer le système actuel d’inertage (FTIS : Fuel Tank Inerting System ou système d’inertage des réservoirs de kérosène).
Un autre remplacement possible est celui du groupe auxiliaire de puissance (APU) utilisé principalement pour les opérations au sol qui se trouve en queue d’avion et qui constitue aujourd’hui une source importante de bruit et de pollution. La pile à combustible, elle, fonctionne avec peu de bruit, sans vibration ni pollution.
En résumé, la PAC multifonctionnelle permet théoriquement avec un seul élément de réaliser plusieurs fonctions et objectifs :
- L’inertage des réservoirs
- Le remplacement de l’APU
- La production d’eau
- Le remplacement de systèmes relativement inefficaces et/ou polluants comme la RAT (Eolienne de secours)
- L’obtention de gains de masse à différents endroits de l’avion
Spécificités et contraintes des recherches sur l’intégration de la pile à combustible
Réduire la masse est bien sûr aussi un objectif fondamental qui intéresse tant les constructeurs que les avionneurs. C’est d’ailleurs l’une des contraintes les plus importantes en aéronautique.
La PAC multifonctionnelle s’inscrit vraiment dans cette démarche, puisqu’elle permet de gagner de la masse à différents endroits de l’avion. Par exemple, en retirant l’APU et en lui substituant le poids de la PAC, qui sert aussi à inerter les réservoirs et produire de l’eau, il devient possible de moins embarquer au décollage et donc de gagner de précieux kilos.
Les contraintes liées à l’intégration d’une pile à combustible sont multiples, en particulier dans le cadre aéronautique :
- Une utilisation pour l’aviation impose de nombreuses règles de sécurité, de fiabilité et de normes à respecter. Ajouter un élément nouveau à un appareil implique de pouvoir certifier qu’il respecte toutes les exigences de sécurité et de fiabilité.
- La pile à combustible est multifonctionnelle. Par rapport aux fonctions choisies d’utilisation de la PAC, des scénarii de vol et de la taille de l’avion, on parle donc d’intégrer un système qui va avoir beaucoup d’éléments physiques (électriques, thermiques, thermodynamiques, mécaniques…). Il s’agit d’un projet multiphysique complexe à intégrer dans un avion, et qui nécessite une méthodologie de design adaptée et de nombreuses simulations sur la faisabilité, avant de générer une maquette et de passer au prototypage.
Le travail de la cellule R&D Ametra
AMETRA Research travaille sur ce projet système en avance de phase, avec la volonté de monter en compétences sur ce sujet et de pouvoir proposer quelque chose de nouveau à ses clients dans les années à venir. L’objectif est de pouvoir aboutir à un démonstrateur ou un prototype d’ici 3 ans.
Les travaux sur l’intégration des piles à combustible rejoignent ceux menés par la cellule sur l’avion plus électrique, dans la mesure où ce dernier cherche à remplacer ce qui est polluant et potentiellement améliorable par un système efficace et, de plus, propre. À l’heure actuelle, le projet consiste à créer un nouveau système de distribution électrique, visant là encore à réduire la masse et l’émission de gaz à effet de serre de l’avion.
La pile à combustible permettra aux acteurs de l’aéronautique de s’orienter vers des systèmes plus simples, moins lourds et dont la maintenance est aisée.
Pour en savoir plus sur les métiers et le savoir-faire du Groupe AMETRA, consultez dès maintenant notre site officiel, et ne manquez pas notre webinar dédié au programme More Electric Aircraft.
