L’aviation s’est considérablement développée au cours des dernières décennies et représente chaque année environ 2 pour cent des émissions mondiales de dioxyde de carbone et environ 4 pour cent de tous les impacts du changement climatique. Même si l’aviation contribue largement au changement climatique et à d’autres problèmes environnementaux, l’électrification constitue une option pour réduire ces impacts environnementaux. Les premiers avions électriques sont déjà en service aujourd'hui et sont principalement de petits avions utilisés pour la formation des pilotes et les vols courts dans les environs immédiats. C’est le type d’avion qui a été étudié dans l’analyse de cycle de vie.
« Dans un avenir à court terme, les avions électriques alimentés par batterie seront probablement principalement utilisés pour des distances plus courtes, comme ce que l'on appelle en Norvège le « fjord-hopping », c'est-à-dire des vols plus courts entre des fjords profonds. Dans une perspective plus large, l'étude montre que les avions électriques alimentés par batterie ont le potentiel de réduire considérablement les impacts environnementaux de l'aviation », déclare Rickard Arvidsson, l'auteur principal de l'étude de Chalmers.
L'étude : même avion, mais différent
L'équipe a examiné un avion électrique à batterie et à deux sièges disponible dans le commerce, le « Pipistrel Alpha Electro », dans le cadre de l'évaluation du cycle de vie. Le même avion est également disponible sous forme de modèle alimenté par des combustibles fossiles, permettant aux chercheurs de faire une comparaison directe. L'équipe a étudié l'impact global de chaque avion, du « berceau à la tombe » – de l'extraction des matières premières à la fin de vie – avec une unité fonctionnelle d'une heure de vol. Les données et les enregistrements de l’avionneur ont largement contribué à l’étude.
Un large éventail de catégories d'impact ont été prises en compte, en mettant l'accent sur le réchauffement climatique dû aux émissions de gaz à effet de serre (par exemple le dioxyde de carbone), la rareté des ressources minérales due à l'utilisation de minéraux rares (par exemple le lithium pour les batteries), la formation de particules provenant des émissions de particules, l'acidification. provenant des émissions acides (par exemple, oxydes d'azote) et de la formation d'ozone troposphérique provenant des émissions d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures.
« Le principal point à retenir de cette étude est que les petits avions électriques peuvent avoir un impact climatique nettement inférieur – jusqu'à 60 pour cent de moins – et d'autres types d'impacts environnementaux que les avions équivalents à combustible fossile. Cependant, il existe un commerce – en termes de pénurie de ressources minérales – environ 50 pour cent de plus, même dans le scénario le plus favorable, principalement à cause des métaux rares présents dans les batteries des avions électriques », explique Rickard Arvidsson.
Comme pour les voitures électriques, l’avion électrique est comparativement moins bon d’un point de vue climatique lorsque l’avion est neuf, car la production de la batterie consomme beaucoup d’énergie et de ressources. Puis, au fil du temps, l'impact relatif diminue à mesure que l'avion électrique est utilisé et que ses avantages se concrétisent, à savoir une propulsion électrique sans émissions. Plus l'avion électrique est utilisé longtemps, meilleur il est pour l'environnement, et finalement un « seuil de rentabilité » est atteint.
Après environ 1 000 heures de vol, l'avion électrique dépasse l'avion à combustible fossile en termes d'impact climatique moindre, après quoi l'avion électrique est meilleur pour l'environnement. Ceci est mesuré en kg CO2 eq/h – équivalents de dioxyde de carbone par heure de vol et est vrai dans des conditions optimales, où l’énergie verte est utilisée. Toute utilisation ultérieure devient ainsi un « bénéfice climatique », par rapport à l'avion conventionnel. La durée de vie estimée de l'avion est d'au moins 4 000 heures, soit quatre fois plus longue que le seuil de rentabilité.
« La durée de vie des batteries lithium-ion devrait cependant être environ deux fois plus longue pour que la rareté des ressources minérales soit à peu près la même pour l'avion électrique et pour l'avion à combustible fossile. Alternativement, il faudrait doubler la capacité de stockage d'énergie, comme qu'un seul pack sur deux est nécessaire à bord pour la même durée de vol », explique le chercheur principal Anders Nordelöf, l'un des autres auteurs de l'étude.
Des batteries nouvelles et améliorées pour un avenir plus vert
Dans l’étude, les chercheurs discutent du développement ultérieur des batteries comme d’une étape majeure vers la réduction des impacts sur le cycle de vie de l’avion électrique. Aujourd'hui déjà — mais après la réalisation de l'étude — le constructeur du modèle d'avion a réussi à prolonger jusqu'à trois fois la durée de vie des batteries. Les nouvelles technologies de batteries pourraient encore améliorer à la fois les impacts climatiques et la rareté des ressources minérales.
« Il y a un développement constant de batteries lithium-ion qui peuvent améliorer les performances environnementales de l'avion électrique et le rendre encore plus préférable que celui à combustible fossile. Il existe également de nouvelles technologies de batteries qui pourraient être développées et applicables aux avions électriques. avions dans une perspective à plus long terme, comme les batteries lithium-soufre, même si celles-ci en sont encore à une première phase de développement technologique », explique Rickard Arvidsson.
À propos de l'avion
L'avion électrique étudié est un Pipistrel Alpha Electro fabriqué en Slovénie. Les ailes ont une envergure d'un peu plus de 10 mètres et l'avion pèse 550 kg à pleine charge. La durée maximale de vol est d'environ une heure, plus réserve. La batterie est une batterie lithium-ion NMC (nickel-manganèse-cobalt) de 21 kWh et le moteur produit une puissance de 60 kW. L'Alpha Electro était un modèle de pré-série et a été remplacé par un modèle évolué produit en série.
L’avion à combustible fossile comparé dans l’étude a la même structure de base que l’avion électrique. Les différences résident principalement dans le moteur à essence d'aviation et le réservoir de carburant, au lieu du moteur électrique et des batteries.
