Un avion A350 de la compagnie Quatar Airways au décollage le 27 septembre 2019 (photo illustration).
Un avion A350 de la compagnie Quatar Airways au décollage le 27 septembre 2019 (photo illustration). — PASCAL PAVANI / AFP

TRANSPORT

Avions plus légers, plus aérodynamiques… Faut-il croire aux promesses du secteur aérien ?

L’intelligence artificielle et l’impression 3D laissent entrevoir aux avionneurs la possibilité de concevoir des appareils moins lourds. C’est l’une des pistes principales pour réduire les émissions de gaz à effet de serre du secteur aérien. Mais faut-il y croire ?

  • Utiliser l’impression 3D et l’intelligence artificielle pour réduire de 45 % le poids d’une cloison de l’A320. L’avionneur européen Airbus et la société éditrice de logiciels Autodesk y travaillent depuis 2015 et annoncent avoir franchi une nouvelle étape cette semaine.
  • Cette nouvelle technologie de conception des composantes d’un avion pourrait permettre des gains de poids substantiels dans les appareils, comme l’utilisation de matériaux composites l’avait permis il y a une dizaine d’années.
  • Ces avions moins lourds sont aussi moins gourmands en kérosène et permettent ainsi de réduire leurs émissions de CO2. Mais l’explosion du trafic tend à annihiler ces progrès technologiques.

Mettre à profit la conception générative pour concevoir des avions moins lourds. C’est-à-dire moins gourmands en kérosène… et, par extension, moins émetteurs de gaz à effet de serre. Sur le papier, l’idée est séduisante. Le constructeur aéronautique Airbus et la société d’édition de logiciels Autodesk tentent de la rendre concrète.

La conception générative consiste à s’appuyer sur l’intelligence artificielle et l’ impression 3D pour fabriquer une pièce ou un objet. « Au lieu de dessiner ce qu’il avait en tête, le designer commence par indiquer à un logiciel une série de contraintes de conception qu’il veut voir appliquer à l’objet », détaille un porte-parole d’Autodesk. Celle d’utiliser le moins de matériaux possible par exemple, ou de s’inspirer de la nature…

Plus performant que n’importe quel cerveau humain ?

Aux algorithmes ensuite de jouer. « Ils vont passer en revue toutes les options possibles, reprend le porte-parole d’Autodesk. Soient plusieurs centaines, voire des milliers d’options, bien plus en tout cas que ce que pourrait imaginer un cerveau humain. »

« C’est la fabrication à la carte », résume Francisco Chinesta, enseignant-chercheur en ingénierie des matériaux aux Arts et Métiers, et directeur scientifique d'  ESI Group-Arts et Métiers.

En 2015, Airbus et Autodesk avaient ainsi mis à profit cette technique pour revoir la conception d’une cloison de l’Airbus A320, l’avion moyen-courrier phare de l’avionneur européen. Celle située à l’arrière de l’appareil et qui sépare le compartiment passager de l’office. Pas si simple. « Cette cloison [de 2 mètres de haut pour 1,5 mètre de large] est l’équivalent du mur porteur dans une maison, précise-t-on à Autodesk. Nous sommes toutefois parvenus à passer d’une paroi autrefois pleine à un nouveau modèle parsemé de petits trous et tout aussi résistant. On enlève ainsi beaucoup de matière. »

30 kg gagnés sur une cloison

Airbus estimait alors le gain de poids à 45 % par rapport au modèle actuel, soit 30 kg en moins. Le hic est que cette nouvelle cloison était le résultat d’un assemblage d’une centaine de pièces, imprimées séparément. De quoi faire exploser alors les coûts de production. C’est sur ce point qu’Autodesk et Airbus annoncent, cette semaine, avoir avancé en créant un moule plastique, imprimé en 3D, dans lequel la pièce en alliage est coulée.

De quoi envisager une fabrication à grande échelle et à coût plus abordable. Airbus estime que cette nouvelle approche lui permettrait d’économiser près de 500.000 tonnes d’émissions de CO2 par an, si cette dernière était appliquée à ses commandes d’A320 en cours.

Le tout avec seulement 30kg de moins ? « Il faut faire attention à ces chiffres, mais cette estimation me semble crédible, répond Nicolas Peteilh, professeur et responsable du domaine « avion et moteur » à l’Ecole nationale de l’aviation civile (Enac). Les près de 6.000 A320 en service totalisent environ 25.000 vols chaque jour. Si vous parvenez à économiser un petit peu de carburants et donc d’émissions de CO2 par vol, il y a très vite un effet boule de neige. »

Une chasse aux kilos superflus

Tout pousse en tout cas les constructeurs et les compagnies aériennes à alléger leurs appareils*. L’enjeu est autant écologique – le secteur aérien est prié de toutes parts de réduire ses émissions de gaz à effet de serre – qu’économique, le kérosène étant l’un des principaux postes de dépenses d’une compagnie aérienne.

Nicolas Peteilh et Francisco Chinesta parlent d’une première révolution il y a une dizaine d’années, lorsque les matériaux composites ont fait leur entrée à bord des avions. « Plusieurs pièces, autrefois entièrement métalliques, ont été remplacées par ces nouveaux matériaux constitués de fibres carbone collées entre elles par des résines », explique le premier. « Cela a permis des gains de poids substantiels, ajoute Francisco Chinesta. On parle en tonnes. »

Un nouveau pallier encore avec la conception générative ?

L’intelligence artificielle et l’impression 3D pourraient permettre de franchir un nouveau pallier. Après cette cloison, Airbus songe à appliquer la technologie à d’autres composantes de ses appareils, dont le stabilisateur vertical qui, comme son nom l’indique, assure la stabilité directionnelle d’un avion et participe à réduire la perte d’aérodynamisme en vol.

Ces nouvelles techniques de conception n’intéressent pas qu’Airbus et Autodesk. « Tous les éditeurs de logiciels et les constructeurs d’avions, comme d’ailleurs de voitures, sont sur le coup», indique Francisco Chinesta. Il invite toutefois à ne pas trop s’emballer sur les impacts attendus. « En particulier pour les avions, précise-t-il. Potentiellement, la fabrication à la carte peut alléger tous les composants d’un appareil. Mais certaines de ces pièces, notamment celles qui participent à la sécurité en vol des appareils, font l’objet de certifications drastiques. Obtenir le feu vert peut prendre plusieurs années. Pour les cloisons ou les sièges, en revanche, cela semblent plus abordables dans un premier temps. »

En parallèle, le secteur aérien explore d’autres pistes que le poids pour réduire sa consommation de kérosène, notamment en travaillant l’aérodynamisme des appareils ou les techniques de vol. Lundi, au salon aéronautique de Dubaï, Airbus a ainsi dévoilé Fell’ofly, une technique de vol plus économe en carburant qu’elle espère adapter aux appareils commerciaux. Le principe ? S’inspirer du vol en formation en V renversé des oies sauvages lors de leurs migrations, explique Le Monde. Les tourbillons créés par les ailes de l’avion « leader » facilitent la pénétration dans l’air des avions suiveurs, ce qui leur permet d’aller aussi vite tout en consommant moins de kérosène. Jusqu’à 5 à 10 % par vol en formation si les appareils s’escortent à trois kilomètres de distance, précise Airbus.

Des progrès technologiques en trompe l’œil ?

Reste à savoir si tous ces efforts permettent d’ores et déjà de réduire l’impact carbone du secteur aérien. « A poids équivalent, les avions actuels et sans doute plus encore ceux à venir permettent de transporter plus de passagers que les générations précédentes », note en tout cas Francisco Chinesta. L’empreinte carbone par passager et par kilomètre parcouru est ainsi améliorée.

Laurent Castaignède, fondateur du bureau d’études BCO2 et auteur d’ Airvore ou la face obscure des transports (ed. Ecosociété), invite toutefois à ne pas être dupe. « Les chiffres prometteurs alignés dans les communiqués laissent entendre que le secteur aérien réduit effectivement ses émissions. Or, tous les progrès de l’aviation sur la consommation de carburant sont noyés dans la hausse exponentielle du trafic. De l’ordre de 5 % par an depuis 50 ans. » 2018 n’a pas fait défaut : 4,3 milliards de passagers (+6,1 %) ont embarqué au cours de l’année sur l’un des 24.000 appareils en circulation.

Pour Laurent Castaignède, ces progrès technologiques participent même bien souvent à la croissance du trafic aérien. « Ils permettent aux compagnies aériennes de baisser le prix des billets, explique-t-il. C’est l’effet "rebond de Jevons". » Il faudrait donc s’atteler aussi à lutter contre l’explosion du trafic. Via une écotaxe sur le kérozène, comme celle qu'appliquera la France à partir de 2020? Laurent Castaignède propose une solution plus radicale : limiter le parc d’avions en circulation. « Chaque compagnie aérienne se verrait attribuer un nombre d’appareils, détaille-t-il. Acquérir une nouvelle unité nécessiterait de se séparer d’un appareil ou d’acheter à une autre compagnie le droit à posséder un avion supplémentaire. »

*Certaines poussent même loin la chasse aux kilos superflus. Jusqu’à prévoir des écrans moins grands à bord ou en faisant tenir les cartes et manuels de bords des pilotes sur support électronique plutôt que papier.