L’avion hydrogène ne relève plus seulement de la prospective. Airbus poursuit ses travaux sur une nouvelle génération d’aéronefs capables d’utiliser l’hydrogène comme source d’énergie, avec un objectif affiché depuis plusieurs années : faire voler un appareil décarboné à l’horizon 2035.
Le calendrier reste ambitieux. Les technologies doivent encore progresser, les infrastructures aéroportuaires doivent être adaptées et la production d’hydrogène bas-carbone doit se développer. Mais le projet avance par étapes. En 2024 et 2025, Airbus a notamment renforcé ses recherches sur les systèmes de propulsion électrique alimentés par une pile à combustible.
Que prépare exactement l’avionneur européen ? Quelles émissions peut-on réellement éviter ? Et pourquoi l’hydrogène ne permettra-t-il pas de décarboner tous les vols ? Voici les principaux éléments à retenir.
Un objectif : un avion commercial décarboné en 2035
Airbus a lancé son programme ZEROe en 2020. L’objectif initial était de mettre en service un avion commercial à émissions nulles en vol, ou très fortement réduites, autour de 2035.
Trois concepts avaient alors été présentés :
- un avion à turbopropulseurs pouvant transporter environ 100 passagers ;
- un appareil à aile intégrée, de capacité comparable ;
- un avion de type monocouloir, proche des appareils utilisés aujourd’hui sur les vols européens.
Ces concepts n’étaient pas des modèles prêts à être produits. Ils servaient surtout à explorer différentes architectures. Le projet doit répondre à une question industrielle complexe : comment stocker et utiliser suffisamment d’hydrogène à bord sans rendre l’avion trop lourd ou trop volumineux ?
Airbus travaille désormais sur plusieurs briques technologiques. L’entreprise teste notamment la propulsion par combustion directe de l’hydrogène et la propulsion électrique alimentée par des piles à combustible. Ces deux solutions n’ont pas les mêmes contraintes, ni les mêmes applications.
Comment fonctionne un avion à hydrogène ?
L’hydrogène peut être utilisé de deux grandes manières dans un avion.
La première consiste à le brûler dans une turbine adaptée. Le principe ressemble à celui d’un moteur d’avion classique : le carburant est mélangé à l’air, puis brûlé afin de produire une poussée. La différence tient à la nature du carburant. L’hydrogène ne contient pas de carbone. Sa combustion ne produit donc pas directement de dioxyde de carbone, ni de particules liées à un carburant fossile.
La seconde solution repose sur une pile à combustible. Celle-ci transforme l’hydrogène et l’oxygène de l’air en électricité. Cette électricité alimente ensuite un moteur électrique. Le principal produit de la réaction est de l’eau, sous forme de vapeur ou de condensats.
Airbus a annoncé travailler sur un système de propulsion électrique alimenté par une pile à combustible d’une puissance de l’ordre de plusieurs mégawatts. Un démonstrateur doit permettre de tester cette technologie au sol, puis en vol. Cette étape est indispensable : entre un prototype de laboratoire et un équipement certifiable pour le transport de passagers, l’écart est considérable.
La pile à combustible présente un avantage important : elle ne rejette pas de carbone au point d’utilisation. Elle doit cependant être suffisamment puissante, compacte et fiable. L’aviation exige des équipements capables de fonctionner dans des conditions très strictes, avec un niveau de sécurité supérieur à celui de nombreux usages terrestres.
Pourquoi l’hydrogène doit être stocké sous forme liquide
À température ambiante, l’hydrogène occupe un volume très important. Pour l’embarquer dans un avion, il est donc nécessaire de le comprimer fortement ou de le liquéfier.
Airbus privilégie l’hydrogène liquide pour ses concepts de grande capacité. Cette forme permet de réduire le volume nécessaire, mais elle impose de maintenir le carburant à environ -253 °C. Les réservoirs doivent donc être fortement isolés et conçus pour limiter l’évaporation.
Cette contrainte modifie complètement l’architecture de l’avion. Les réservoirs d’hydrogène liquide ne peuvent pas être installés simplement dans les ailes, comme les réservoirs de kérosène actuels. Airbus envisage plutôt de les placer dans la partie arrière du fuselage, derrière la cabine passagers.
Ce choix entraîne plusieurs conséquences :
- les réservoirs sont volumineux, même si l’hydrogène est très léger ;
- la cabine et la structure de l’avion doivent être repensées ;
- les systèmes de distribution et de sécurité sont différents de ceux utilisés pour le kérosène ;
- le ravitaillement au sol doit s’effectuer avec des équipements cryogéniques spécifiques.
Autrement dit, il ne suffira pas de remplacer le carburant d’un avion existant. L’avion hydrogène nécessitera une nouvelle conception, de nouveaux procédés de maintenance et probablement de nouvelles pratiques dans les aéroports.
Ce qui change dans la stratégie d’Airbus
Le projet ZEROe a d’abord été présenté autour de plusieurs configurations possibles. Airbus affine progressivement ses choix en fonction des résultats techniques. L’entreprise met davantage l’accent sur la propulsion électrique par pile à combustible pour les appareils de taille moyenne, tout en poursuivant les recherches sur la combustion directe de l’hydrogène.
Cette évolution est importante. La pile à combustible pourrait offrir une solution particulièrement intéressante pour les vols courts et moyen-courriers, à condition d’atteindre la puissance nécessaire. Pour les avions plus lourds ou les trajets plus longs, la combustion directe pourrait rester une option, car elle permettrait de fournir davantage d’énergie avec une chaîne de propulsion moins complexe.
Airbus ne communique pas encore un modèle définitif prêt à entrer en production. Le calendrier de 2035 doit donc être compris comme un objectif industriel, et non comme une date garantie de mise en service commerciale. Plusieurs étapes restent à franchir : démonstrateurs, essais en vol, certification, production des réservoirs, adaptation des aéroports et sécurisation de l’approvisionnement en hydrogène.
L’avionneur travaille par ailleurs avec des partenaires industriels et des acteurs de la recherche. Le programme nécessite des compétences dans des domaines très différents : cryogénie, électrochimie, moteurs électriques, matériaux, gestion thermique et infrastructures énergétiques.
Un avion hydrogène n’est pas automatiquement un avion propre
Le mot « hydrogène » ne suffit pas à garantir un bilan climatique favorable. Tout dépend de la manière dont le gaz est produit.
Aujourd’hui, la majorité de l’hydrogène mondial est fabriquée à partir de combustibles fossiles, principalement du gaz naturel. Cette production, souvent appelée hydrogène gris, génère des émissions importantes de gaz à effet de serre.
Pour que l’avion hydrogène apporte un véritable bénéfice climatique, il faudra utiliser de l’hydrogène bas-carbone. Celui-ci peut être produit par électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable ou nucléaire. On parle alors généralement d’hydrogène renouvelable ou décarboné, selon la méthode employée et le cadre réglementaire considéré.
Le bilan doit être évalué sur l’ensemble du cycle de vie :
- production de l’électricité nécessaire ;
- fabrication et transport de l’hydrogène ;
- compression ou liquéfaction ;
- distribution jusqu’à l’aéroport ;
- utilisation à bord ;
- fabrication et fin de vie des équipements.
La liquéfaction de l’hydrogène consomme elle-même une quantité significative d’énergie. L’avion hydrogène sera donc réellement pertinent si l’électricité utilisée pour produire et conditionner le carburant est suffisamment décarbonée.
Quelles émissions pendant le vol ?
Avec une pile à combustible, la réaction ne produit pas de CO2 au niveau de l’avion. Elle génère principalement de l’eau et de la chaleur. Avec une turbine brûlant de l’hydrogène, il n’y a pas non plus d’émission directe de CO2 liée au carburant.
Mais parler d’émissions nulles serait trop simplificateur. La combustion de l’hydrogène dans l’air peut produire des oxydes d’azote, appelés NOx, en raison des températures élevées dans la chambre de combustion. Ces polluants contribuent à la dégradation de la qualité de l’air et peuvent participer à la formation d’ozone troposphérique.
Il faut également prendre en compte les traînées de condensation et les cirrus induits par les avions. La vapeur d’eau rejetée à haute altitude peut participer à la formation de nuages artificiels, dont l’effet sur le réchauffement dépend des conditions atmosphériques. Les recherches se poursuivent pour mieux mesurer cet impact.
L’hydrogène peut donc réduire fortement l’empreinte carbone du transport aérien, mais il ne supprime pas toutes les conséquences environnementales du vol. La formule la plus juste est celle d’une aviation fortement décarbonée, plutôt que totalement sans impact.
Quels vols pourraient être concernés en premier ?
Les premiers avions hydrogène ne remplaceront probablement pas les gros-porteurs utilisés sur les liaisons intercontinentales. Les besoins énergétiques et la masse de carburant nécessaire seraient trop élevés avec les technologies actuelles.
Les applications les plus réalistes concernent les vols courts et moyen-courriers. Un appareil de capacité limitée pourrait relier des villes européennes distantes de quelques centaines à environ un millier de kilomètres, selon les performances finalement obtenues.
Cette perspective intéresse notamment les liaisons régionales. Elle pourrait concerner des avions de moins de 100 passagers, mais aussi certains futurs monocouloirs. La capacité dépendra directement de la densité énergétique du système complet : hydrogène, réservoirs, moteurs, piles à combustible et dispositifs de refroidissement.
Pour les trajets plus longs, d’autres solutions resteront nécessaires. Les carburants d’aviation durables, ou SAF, peuvent être utilisés dans les avions existants et joueront probablement un rôle durant plusieurs décennies. Ils ne sont toutefois pas disponibles en quantité illimitée et leur production nécessite des ressources, notamment de la biomasse ou de l’électricité renouvelable pour les carburants de synthèse.
Des aéroports à transformer
L’arrivée de l’hydrogène ne concernera pas uniquement les constructeurs. Les aéroports devront mettre en place des infrastructures adaptées au stockage et au ravitaillement.
Un aéroport devra notamment prévoir des réservoirs, des canalisations, des dispositifs de détection des fuites et des zones de sécurité. Le ravitaillement en hydrogène liquide exigera des procédures spécifiques pour limiter les risques liés au froid extrême et à l’inflammabilité du gaz.
La question de l’approvisionnement sera centrale. Produire l’hydrogène directement sur place par électrolyse pourrait être pertinent dans certains aéroports, mais cette solution nécessiterait de disposer d’une grande quantité d’électricité bas-carbone et d’eau. Un approvisionnement par camion, train ou canalisation est également envisageable, avec des contraintes logistiques différentes.
Les collectivités territoriales et les gestionnaires d’aéroport devront donc arbitrer entre plusieurs usages de l’électricité décarbonée. Faut-il la consacrer à l’industrie, aux bâtiments, aux transports terrestres ou à l’aviation ? La transition énergétique ne supprimera pas ces choix. Elle les rendra plus visibles.
Le cadre européen pousse à la décarbonation
Le secteur aérien est soumis à plusieurs dispositifs européens. Le règlement ReFuelEU Aviation impose une part croissante de carburants durables dans l’avitaillement des avions au départ des aéroports de l’Union européenne. Les objectifs progressent par étapes à partir de 2025, puis en 2030 et au-delà.
Cette réglementation ne crée pas directement un marché pour l’avion hydrogène, mais elle accélère la transformation du secteur. Elle oblige les compagnies, les aéroports et les fournisseurs d’énergie à anticiper une baisse progressive de l’usage des carburants fossiles.
Le système européen d’échange de quotas d’émission, ainsi que les règles internationales de compensation et de réduction des émissions de l’aviation, renforcent également la pression économique et réglementaire. Dans ce contexte, les constructeurs cherchent à proposer des appareils moins dépendants du kérosène.
Le calendrier réglementaire ne garantit pas la réussite technique du programme ZEROe. Il crée toutefois un cadre qui encourage les investissements et donne de la visibilité aux industriels.
Ce que cela change pour les voyageurs
À court terme, les passagers ne verront pas apparaître de vols hydrogène dans les aéroports français. Les prochaines années seront consacrées aux prototypes et aux démonstrateurs.
À plus long terme, un avion hydrogène pourrait modifier l’expérience de certains vols régionaux. Les appareils seront probablement conçus pour des distances limitées et pourraient transporter moins de passagers que les avions monocouloirs actuels. Le prix du billet dépendra du coût de l’hydrogène, de la production des avions et des investissements nécessaires dans les aéroports.
Il ne faut donc pas attendre de cette technologie qu’elle permette une croissance illimitée du trafic aérien sans impact. Même avec un carburant bas-carbone, un vol consomme des ressources et mobilise des infrastructures importantes. La sobriété des déplacements restera un levier complémentaire, en particulier lorsque le train constitue une alternative crédible.
Les points à retenir
- Airbus travaille sur un avion hydrogène dans le cadre du programme ZEROe, avec un objectif industriel autour de 2035.
- L’hydrogène pourrait être brûlé dans une turbine ou utilisé dans une pile à combustible pour produire de l’électricité.
- Le stockage sous forme liquide impose de nouveaux réservoirs et une architecture entièrement repensée.
- Le bénéfice climatique dépendra de la production d’un hydrogène réellement bas-carbone.
- Les émissions de CO2 peuvent être fortement réduites, mais les NOx, la vapeur d’eau et les traînées de condensation restent à surveiller.
- Les premiers usages concerneront vraisemblablement les vols courts ou moyen-courriers, et non les liaisons intercontinentales.
- Les aéroports devront investir dans de nouvelles infrastructures de stockage et de ravitaillement.
L’avion hydrogène constitue donc une piste sérieuse, mais encore expérimentale. Airbus avance sur les composants essentiels et tente de transformer une ambition climatique en solution industrielle. La réussite dépendra autant des performances de l’appareil que de la disponibilité d’une énergie bas-carbone, des infrastructures et des règles qui encadreront son usage.
Dans l’aviation comme dans les autres secteurs, une technologie ne suffit jamais à elle seule. Elle doit s’inscrire dans un système cohérent, compatible avec les ressources disponibles et avec une évolution réaliste des mobilités.
