10/11/2010

L’ONERA propose différentes pistes pour l’avenir du transport aérien !

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Dans 40 ans, le ciel sera-t-il encore un lieu de transport massif ? Quelles ruptures technologiques majeures sont à envisager ? L’aviation offrira-t-elle un substitut à la voiture particulière ? Sur quels domaines de recherche investir.

Le Premier centre public de recherche aéronautique et spatiale français,  l’Onera a étudié les options technologiques et organisationnelles à envisager pour le Système de Transport Aérien à l’horizon 2050. Fruit d’un groupe de travail pluridisciplinaire de chercheurs Onera,l’étude « Transport aérien 2050 : des recherches pour préparer l’avenir » pose les jalons d’une réflexion de long terme et identifie les axes de recherche prioritaires.

          

La prospective comme prolongement naturel des missions de l’Onera :

 

Acteur clé de la prospective aérospatiale, l’Onera a mobilisé pour cette étude une dizaine de ses spécialistes de domaines d’expertises complémentaires (durant une trentaine de jours répartis sur une période de six mois). Pluridisciplinaire, ce groupe de travail a tiré directement partie de la diversité des recherches de l’Onera, qui couvrent tous les domaines de l’aéronautique et de l’aérospatiale. Il s’est attaché à explorer, argumenter, investiguer et présenter des recommandations. Il a ainsi dressé un état de l’art, revisité les idées nouvelles, exploré les pistes innovantes à la lumière des nouvelles connaissances ainsi qu’identifié les verrous technologiques et les ruptures souhaitables. L’étude Onera « Transport aérien 2050 : des recherches pour préparer l’avenir » regroupe les principales conclusions de

ces travaux.

 

Quatre scenarios pour le Système de Transport Aérien à horizon 2050, qui impliquent des technologiedifférentes à envisager pour l’Onera :

 

L’avenir d’un secteur de pointe est fortement lié aux options prises, plusieurs décennies en amont, dans les laboratoires et centres de recherche. Énergies, matériaux, configurations, systèmes embarqués, infrastructures, protection de l’environnement : autant de domaines technologiques sur lesquels il faut miser à bon escient. En partenariat avec l’EREA (European Research Establisments in Aeronautics), l’Onera a souhaité étudier plus précisément ces différents domaines en s’appuyant sur les quatre scénarios définis par l’étude Consave*. Tous prennent en considération les trois certitudes qui conditionnent le paysage aérien : l’exigence de sécurité, la limitation des ressources énergétiques et la nécessité grandissante de réduire l’empreinte environnementale.

 

Un ciel sans limite (UnLimited Skies) : un secteur en pleine expansion,dérégulé d’un point de vue économique :

 

Alors que l’espace aérien est sur-sollicité, on voit apparaitre une grande variété de véhicules aériens, des utilisations de transports de plus en plus diverses (loisirs, missions de surveillance, transport militaire) et des intervenants qui se multiplient (compagnies aériennes, systèmes de contrôle, infrastructures au sol). Les défis à relever portent sur la conception de nouveaux véhicules, la refonte du système de gestion du trafic aérien et le développement de solutions d’inter-modalité.

 

 

Un ciel régulé (Regulatory Push Pull) : la régulation au service d’une approche globale du respect de l’environnement :

 

La demande de transports est toujours aussi forte (aérien, terrestre, maritime) et les intervenants aussi multiples et diversifiés. Mais, simultanément, une prise de conscience de la nécessité de réguler l’offre émerge pour aller plus loin en matière de préservation des ressources énergétiques et de réduction de l’empreinte environnementale. Dans ce contexte de « ciel régulé », de nouveaux véhicules, de nouvelles infrastructures et de nouvelles

procédures (trajectoires vertes, phase d’approche…) voient le jour ; tous devront être respectueux de l’environnement, avec des valeurs limites d’émissions et de nuisances sonores.

 

 Retour sur terre (Down to Earth) : un monde qui fonctionne quasiment sans énergies fossiles et ne rejette rien :

La société exprime une volonté forte : limiter la consommation des ressources énergétiques, que ce soit pour des raisons environnementales ou économiques. Par conséquent, l’espace aérien est réservé aux missions prioritaires et la mobilité se limite aux missions d’intérêt général. Ce scenario pousse les acteurs du Système de Transport Aérien à développer des véhicules spécialisés pour des missions de sûreté ou de surveillance. Ces véhicules sont pensés avec des technologies propres et ont notamment recours à l’automatisation. Le transport terrestre se développe et de nouvelles alternatives à la mobilité apparaissent (ex. moyens de communication virtuelle). Enfin, l’aérien dédié aux missions autres que prioritaires est contraint d’utiliser des aéronefs non polluants.2100457680.jpg

 

 

Un monde fracturé et cloisonné (Fractured World) : une juxtaposition de mondes autarciques au développement très contrasté :

 

Juxtaposition des trois précédents scenarios, ce dernier présente un monde fragmenté en plusieurs blocs. Ces blocs observent des scenarios différents, fonction de leurs spécificités et besoins propres. Le développement du Système de Transport Aérien passe donc nécessairement par une offre distincte pour chaque bloc. La conception d’aéronefs se fait au niveau local et chaque bloc mise sur des formes et des technologies différentes. Les vols internationaux entre blocs sont en déclin, mais les vols régionaux au sein d’un même bloc se développent. En raison de tensions entre les blocs, on pourrait assister également au

développement d’agressions entre les blocs ou de terrorisme. De fait, l’exigence de sûreté est renforcée.

 

Quatre axes de recherche identifiés comme prioritaires par l’Onera, pour un transport aérien viable à

horizon 2050 :

 

Quel que soit le scénario, l’Onera a d’ores et déjà identifié les constantes et axes de recherche communs sur lesquels investir prioritairement. Ils concernent les aéronefs, la gestion du trafic et le pilotage, les infrastructures aéroportuaires ainsi que les outils de conception, d’évaluation et de validation.

 

Aéronefs : de nouvelles options conceptuelles et technologiques :

 

Dans le domaine des aéronefs, l’Onera envisage de nouveaux modes de propulsion, de nouvelles configurations, de nouveaux matériaux et de nouveaux modes de commande. Cette profusion impose une approche multidisciplinaire et multicritère afin que tous ces phénomènes soient modélisés et intégrés.Qu’il soit question de propulsion répartie, électrique, hybride ou nucléaire, les aéronefs de demain permettraient un abaissement du coût énergétique ainsi qu’une réduction du rayonnement acoustique. Certaines formes pourraient même atteindre l’objectif d’une neutralité en matière de rejet de CO2.

En ce qui concerne les nouvelles configurations, l’Onera s’est penché sur plusieurs configurations. Leurs avantages ont été revus afin d’accueillir des nouvelles technologies porteuses de gains supplémentaires en termes d’efficacité énergétique et environnementale. A titre d’exemple, on peut citer l’aile volante. Au-delà d’avantages aérodynamiques évidents, il faut noter sa masse structurale intrinsèquement faible et sa capacité à intégrer la motorisation en son sein. Sur la question des matériaux (ex. matériaux composites, matériaux à mémoire de formes), il conviendrait d’étudier plus en avant leur capacité d’absorption (limitation des nuisances sonores), leur robustesse et leur tolérance au vieillissement : leurs capacités pourraient s’avérer étonnantes.

 

Gestion du trafic et pilotage : vers une automatisation contrôle aérien et des aéronefs :

 

L’automatisation, qu’il s’agisse du contrôle aérien ou des aéronefs, induit plusieurs défis à relever : une capacité de calcul rapide, une preuve de la sécurité et de la sûreté d’un tel système, puisqu’il implique un véritable bouleversement culturel pour les passagers. Une attention particulière devra également être portée à la période de transition entre le système actuel et le futur automatisé. En termes de procédures, il y a beaucoup à gagner sur la mise au point de trajectoires vertes grâce à la notion de contrat 4D. Ces contrats seraient établis en prenant en compte les performances de l’avion, la météo prévue et la demande de trafic. Chaque appareil devra pouvoir respecter son contrat 4D ou le renégocier s’il ne peut faire face, par exemple, aux variations imprévues des conditions météo. En proposant une automatisation de la gestion du trafic, l’aérien pourrait bénéficier d’une économie des énergies, d’une limitation des nuisances, d’une augmentation de la sécurité, d’une fluidité du trafic, d’une meilleure prédictibilité ou encore d’une gestion des imprévus optimale.

Pour réduire le nombre d’accidents, une automatisation de la plupart des taches devra être envisagée : les communications avion / Air Trafic Control, la navigation, la gestion des imprévus, le pilotage.

 

Infrastructures aéroportuaires : une logistique optimisée :

 

Dans le domaine des infrastructures aéroportuaires, l’effort de recherche portera sur la conception des infrastructures dans leur ensemble et l’optimisation de leur logistique. Le recours à des simulations poussées sera indispensable pour étudier chacune des pistes envisagées. Les pistes pour demain s’orientent dans un premier temps vers une neutralité en rejets polluants, notamment de CO2, une réduction des nuisances sonores et un abaissement de l’impact sur la qualité de l’air. Cela suppose une intégration de la notion de développement durable pour chacun des maillons du cycle de vie des infrastructures : de leur conception à leur recyclage. D’un point de vue du fonctionnement même des infrastructures, une production locale de l’énergie pourra être envisagée qu’elle soit d’origine éolienne, géothermique ou qu’elle provienne de centrales distantes. Une adaptation des terminaux et des pistes, une optimisation des procédures d’embarquement et de

nouvelles aides au décollage (ex. catapultage) ou au déplacement au sol (tracteur automatisé, propulsion électrique) seraient également à explorer. Le trafic au sol et la gestion des portes d’embarquement en seraient fluidifiés alors que l’inter-modalité serait facilitée.

 

Conception, évaluation et validation : des outils et méthodes indispensables :

 

Il est indispensable de développer des outils et méthodes de conception, d’évaluation et de validation, au service des trois axes de recherche précédemment décrits. A titre d’exemples, les méthodes de conception contribueraient au développement d’aéronefs, ceux d’évaluation à la réduction du bruit et à une optimisation des performances. Enfin, les outils et méthodes de validation joueraient un rôle majeur pour le développement de nouveaux modes de gestion du trafic aérien. L’effort de recherche doit se concentrer sur des modèles qui se fondent sur les lois de la physique plutôt que sur la capitalisation de données et de statistiques historiques. Dans ce contexte, plusieurs défis seraient à relever : une prise en considération d’innovations dont nous

n’avons encore aucune expérience, une conception et une optimisation multidisciplinaire et multiphysique, une fédération de ces outils au sein de plateformes interopérables, une validation de la sécurité de ces systèmes.

 

 

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15/04/2010

Air France & American Airlines : vols transatlantique verts !

 

 

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La semaine passée Air France a effectué son premier vol transatlantique «vert» avec un B747-400ER (Extended Range) suivi quelques jours plus tard par American Airlines avec un B767-300. Ces vols "verts" sont  le fruit d'une coopération entre les différents acteurs impliqués dans les vols transatlantiques, soit les Aéroports de Paris, la direction générale de l'Aviation civile (DGAC), NATS, Nav-Portugal, NAV Canada, la Federal Aviation Administration américaine (FAA), SESAR Joint Undertaking.

Air France :

Ce premier vol qui transportait 436 passagers et 18 membres d’équipages de Paris à Miami a été pensé dans le but de réduire les émissions de gaz à effet de serre ainsi que les nuisances sonores. Il est le résultat d’une collaboration entre l’Europe et les Etats-Unis au sein du programme AIRE (Atlantic Interoperability  Initiative to Reduce Emissions). D’une durée de 9H30, ce vol a permis de valider plusieurs procédures qui avaient fait l’objet d’expérimentation séparées par le passé et mise bout-à-bout cette fois-ci.

American Airlines :

Le vol AA63 d’American Airlines, opéré sur B767-300, relie Roissy-Charles De Gaulle à l’aéroport de Miami où il s’est posé à 14h25, heure locale. L’équipage a procédé aux mêmes manoeuvre que le vol air France, à ceci près que l’avion est un bimoteurs, plusieurs manœuvres destinées à économiser le carburant, parmi lesquelles, le fait de rouler sur un seul moteur avant le décollage et après l’atterrissage, l’expérimentation de la montée et de la descente continue, l’optimisation de l’itinéraire au-dessus de l’eau et « l’éco-atterrissage ». Certaines de ces procédures sont déjà des éléments clés du programme « Fuel Smart » mis en œuvre par les employés d’American Airlines. En 2010, American a pour objectif d’économiser plus de 450 millions de litres de kérosène et de réduire ses émissions de carbone de plus de 11 millions de tonnes.

Une analyse a posteriori des données du vol permettra à la FAA, à la Commission Européenne et à American Airlines de déterminer les niveaux effectifs de réduction des émissions et des économies de carburant. La FAA et American ont démarré les essais à Miami depuis l’an dernier, afin de déterminer la meilleure façon d’utiliser les nouvelles technologies et procédures de NextGen.

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Ces procédures sont :

la diminution des temps de roulage au sol avec deux moteurs  (1 de chaque côté de l’avion) sur 4, en coordination avec Aéroports de Paris à Paris - Charles de Gaulle et avec la FAA à l’aéroport de Miami ;

la montée continue, en coordination avec la direction des Services de la Navigation aérienne (DSNA, service de la navigation aérienne de la DGAC) ;

en croisière, le choix continu (sans palier) de l’altitude et de la vitesse optimales pour réduire la consommation de carburant, en coordination avec les centres de contrôle aérien traversés : français (DSNA), britannique (NATS), portugais (NAV Portugal) et américain (FAA)

la descente continue, en coordination avec le contrôle aérien américain (FAA).

Pendant les phases de départ et d’arrivée, les procédures adaptées permettront également de réduire les émissions sonores jusqu'à 7 décibels (une réduction de 3 décibels équivaut à une baisse de moitié du niveau sonore).

Une fois posé, l’avion a été autorisé à rouler jusqu’au bout de la piste pour ensuite rejoindre directement le parking de stationnement, la distance de roulage étant ainsi réduite au minimum.

Cette liaison "optimisée" a permis de réduire de 6 à 9 tonnes les émissions de CO2 émises durant le vol. Une économie de 2 à 3 tonnes de carburant a été rendue possible.

A terme, quand ces procédures seront appliquées à l'ensemble des vols vers les Etats-Unis, les compagnies aériennes pourront espérer réduire leurs émissions de CO2 de 13.500 tonnes par an en économisant 43.000 tonnes de carburant.

L'initiative AIRE

L'initiative commune AIRE (Atlantic Interoperability Initiative to Reduce Emissions) s'inscrit dans le cadre du protocole de coopération signé par la Commission européenne et la Federal Aviation Administration américaine (FAA) pour la coordination des deux grands programmes de modernisation de l'infrastructure du contrôle aérien, SESAR du côté européen et NEXTGEN du côté américain.

AIRE permettra d'accélérer la mise en œuvre de nouvelles  technologies et procédures opérationnelles ayant un impact direct et à court-moyen terme sur les émissions de gaz à effet de serre. Parmi ces mesures, on peut citer les approches dites « lisses », ou approches « à moteur réduit » (qui permettront de réduire les émissions sonores et gazeuses lors de la phase d'atterrissage), dont des expérimentations faites à Stockholm, Louisville ou Atlanta montrent des gains substantiels de carburant et d'émissions de CO2 et NOx.

Des tests et expérimentations "gate to gate"

AIRE s'appuiera sur des campagnes de tests et d'expérimentations « gate to gate », grâce auxquelles les gains environnementaux des nouvelles mesures, ainsi que leur faisabilité opérationnelle et technique, pourront être évalués. Pour cette raison, la Commission européenne et la FAA ont étroitement associé à cette initiative des partenaires de l'industrie, comme les avionneurs Airbus et Boeing, les opérateurs aériens Air France-KLM, SAS, Delta ou FEDEX, ainsi que les fournisseurs de services de navigation aérienne comme IAA (Irlande), LFV (Suède) ou NAV Portugal. Au-delà de l'accord entre deux institutions publiques d'aller de l'avant, AIRE est donc un véritable partenariat liant les acteurs aéronautiques dans un but commun de préservation de l'environnement.

Ce partenariat initial sera amené à s'étendre au fur et à mesure du déploiement des meilleures pratiques et des nouvelles technologies en Europe et aux Etats-Unis.

Pour la Commission européenne, la stratégie de développement durable du transport aérien passe par une approche cohérente, bâtie sur trois piliers:

- la gestion du trafic aérien, au travers de SESAR ou plus généralement le Ciel Unique Européen et d'initiatives comme AIRE;

- le développement technologique, au travers de programmes comme CLEAN SKY, ou les  études sur l'utilisation du biocarburant,

- les mécanismes économiques d'échanges de droits à émissions.

AIRE est la première initiative à large échelle dans le domaine de l’environnement qui réunit des acteurs aéronautiques de part et d'autre de l'Atlantique.

Remerciements :

Cet article a été  réalisé grâce à l’aide logistique de Paul Marais-Hayer et de Bernadette Py (agence RP AA). Merci à eux !

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Liens sur les biocarburants et les réductions de kérosène :

http://psk.blog.24heures.ch/archive/2009/12/10/copenhague...

http://psk.blog.24heures.ch/archive/2009/10/21/la-situati...

http://psk.blog.24heures.ch/archive/2008/04/03/premier-vo...

 

Photos : 1 B747-400 (F-GITH) Air France @pmh Paul Marais-Hayer 2 Tracé du vol «vert» @Air France. 3 B767 American Airlines @ Fabricio Jimenez