eVTOL : un marché porteur pour l'aviation et l'aérospatial ?

C’est un secteur industriel naissant qui fait beaucoup parler de lui. Et suscite hélas beaucoup de "vapoware".

Commençons par le plus évident :  en aéronautique l’enjeu no1 c’est la masse. Et on n’a hélas jusqu’à aujourd’hui pas trouvé d’énergie aussi concentrée et aussi facile à manipuler que le pétrole. Un kg de kérosène c’est environ 12kWh d’énergie brute (et ce qui est sympa c’est que le comburant est gratuit et n’a pas à être embarqué :  c’est l’oxygène de l’air). Avec un rendement de conversion global du réservoir à l’hélice d’environ 0.30 (et on fait même mieux sur les gros turbomoteurs actuels), ça donne du 3.6kWh/kg. Par comparaison, les meilleures batteries Li-ion au standard aéronautique actuel (qualifiées DO-311a), avec leur BMS, sarcophage, refroidissement et protections électriques, atteignent au mieux 160-180Wh/kg. Avec un rendement de conversion global de la chaine electrique de 0.90 (eh oui, une batterie, un onduleur et un moteur électrique, ça a des pertes malgré tout, pas toujours faciles à extraire de l’avion en plus), on arrive au mieuxLi-ion à environ 0.160kWh/kg net de la cellule à l’helice. On a donc un rapport d’environ… 20 entre le kérosène et la batterie. Et contrairement à ce que l’on peut lire ici ou là, la densité énergétique des cellules Li-ion ne progresse qu’assez lentement. En 10 ans, on est passé grosso-modo de 180 à 250Wh/kg, pas plus (je parle au niveau cellule, pas au niveau batterie complète). L’essentiel des gains de masse a jusqu’ici été réalisé plus sur l’optimisation fe l’intégration du pack complet (BMS, sarcophage, refroidissement, protections électriques etc) que sur les cellules. Rien d’eblouissant. Et les "innovations fracassantes" que l’on peut lire ici ou là dans les congrès (batterie Li-souffre, Li-air, electrolyte solide etc) on bien du mal à sortir des labos pour atteindre le stade industriel automobile. Je ne vous dit même pas pour l’aero, qui exige des technos un niveau élevé de maturité avant même que l’on puisse penser à l’embarquer. Bref, ce n’est pas demain que l’on va combler le gap avec le kérosène.

Facteur aggravant :  comme déjà dit précédemment, un avion qui consomme du kérosène s’allège :  pas un avion 100 % électrique. Cela impacte les perfos à l’ordre 1.

Autre point clef :  en aéronautique, contrairement à ce que l’on pourrait croire, la simplicité est essentielle. Elle permet de limiter le recours aux redondances, de minimiser les taux de pannes Hazardous/Catastrophic, et SURTOUT, elle met en confiance les autorités de certification (TRES important). Quand je vois les usines à gaz que sont certains de ces démonstrateurs… La caricature, c’est celui de Joby Aviation, convertible qui cumule les dispositif de tilt des rotors de l’AW609 (pivotement de la nacelle moteur complète) et, pour les hélices des moteurs intérieurs, celui du Bell V-280 Valor (nacelles fixes et cardan). Le 1ier, l’AW609, vole depuis… près 20 ans et n’est toujours pas certifié (et ne le sera peut-être jamais :  un gouffre pour Agusta-Westland, qui n’est pourtant pas l’avionneur du quartier). Le second est un pur démonstrateur militaire. Quant au parallèle avec le MV-22 Osprey, ce serait plutôt un repoussoir tant cet appareil horriblement pcomplexe cumule les handicaps, même pour du militaire (crashes à répétition, complexité sans nom, cout à l’heure de vol prohibitif etc). Contrairement à ce que l’on pourrait croire, multiplier les rotors ne rend pas l’aeronef plus efficace. Au contraire. De petits calculs de mécanique du vol montrent en moins d’une page que le rendement propulsif optimum s’obtient en brassant le volume d’air le plus élevé possible avec un delta de vitesse modérée et une surface la plus importante possible (c’est le principe des turbofan double flux à fort taux de dilution, des turboprop à helice lente de grand diamètre etc). Dans le domaine du vol vertical, l’optimum est donc… La voilure tournante monorotor  : -). L’helico classique, quoi (tiens tiens…). Multiplier les rotors avec de petites helices rapides fait drastiquement chuter le rendement propulsif global, multiplie les exigences de redondances donc la complexité et la masse. Le seul intérêt, pour les aéronefs à voilure fixe, peut être le soufflage de l’aile avec des avantages en termes de perfos de décollage et d’atterrissage courts. Mais c’est vrai que ça a de la gueule, ça fait de belle images et ça attire les investisseurs. Il ne faut pas non plus s’enthousiasmer exagérément sur le bruit :  70 %  du bruit, c’est celui des hélices/rotors. Le bruit d’une turbomachine est situé haut dans le spectre et assez facile à masquer, sauf dans l’axe de la tuyère.

Le coût à l’heure de vol - donc le business model - n’est pas non plus encore connu avec précision. Pour l’instant, le prix du kérosène (detaxé) n’est pas très élevé. On peut imaginer que les augmentations futures du prix des hydrocarbures et des taxes feront pencher la balance plus fort en faveur de l’electrique, mais à quel horizon  ?  La maintenance usuelle d’un appareil 100 %  électrique devrait elle aussi être sensiblement moins coûteuse que celle d’un appareil équipé d’un moteur à combustion interne. Une inconnue réside cependant dans la durée de vie et le cout du remplacement des batteries (pour faire simple, un levier pour alléger la masse des batterie est de les utiliser de manière intensive, avec des courants et des taux de décharge élevés, mais cela impacte négativement leur durée de vie). Un autre poste de dépense non négligeable est le salaire du pilote, surtout sur de petits appareils emportant peu de passagers et avec un effet de mutualisation faible. Ne croyez pas dans les promesses de "l’avion automatique sans pilote bardé d’IA" (en tout cas, pas pour les 15-20 prochaines années):  cette promesse s’est crashée dans l’automobile, ce n’est pas demain la veille dans un aeronef transportant des passagers.

Dernier point très important à prendre en compte :  la certification. Tout aeronef civil doit avoir un certificat de type pour avoir le droit d’être exploité commercialement. Les deux plus grandes agences gouvernementales occidentales sont la FAA aux USA et l’EASA en Europe. Ce sont elles qui publient les règlements et auprès de qui les constructeurs doivent demontrer que leur aéronefs sont conformes. Ces agences sont extrêmement pointilleuses. Le processus de certification est un exercice extrêmement complexe, long, administratif. Dans le cas des eVTOL, un facteur aggravant est qu’il n’existe pas encore de reglement parfaitement défini. En Europe, l’EASA a publié 2 textes préliminaires, le SC-EHPS pour la chaine propulsive et le SC-VTOL pour l’aeronef. Ce ne sont encore que des "Special Conditions", pas des règlements mûrs et stables comme le CS-E ou les CS-23/25 etc (le seul texte réglementaire raisonnablement mûr me parait être la DO-311a, qui spécifie les exigences de qualification environnementale des batteries Li-ion embarquées ;  et il est déjà extrêmement sévère. Pour autant, c’est loin d’être un standard de certification d’un aéronef ou d’un système propulsif complets). Pourtant, ils sont déjà assez ’carabinés’, et il est d’ores et déjà certain que bon nombre de design que vous citez ne seront pas conformes. Pire, il n’existe pas encore d’AMC (Acceptable Means of Compliance), qui sont des méthodes et preuves de conformité au reglement acceptées par avance par l’autorité. Cela signifie qu’il va falloir convaincre l’EASA sur chaque point de règlement quant à la démonstration de conformité :  cela va être long, complexe et l’autorité pourra à loisir refuser telle ou telle méthode, "selon son bon plaisir". Les equipes de certification vont être mises à l’épreuve. La situation est analogue côté FAA.

Bref, en tant que technicien, je regarde et je suis ces évolutions technologiques avec grand intérêt. Aucun doute que les avions électriques seront un jour une réalité. Mais quand  ?  Et après combien d’échecs  ? A court terme, compte tenu des limitations technologiques énormes et des incertitudes règlementaires, le marché commercial visé par les eVTOL me parait extrêmement étroit (’taxi volant’ entre aéroport et banlieue…). J’aurais tendance à trouver plus réalistes les concepts d’aéronefs à voilure fixe hybrides série ou parallèle, type turboelectriques comme ceux d’Aura Aero ou d’Elixir Aircraft qui, s’ils font moins rêver (ils continuent à cramer du kéro…), restent plus ’classiques’ et plus polyvalents. En tant qu’investisseur, je reste extrêmement prudent. Le plus probable est que 90 %  de ces startups déposent le bilan après avoir englouti des sommes énormes mais fait considérablement avancer l’état de l’art. Les rares survivants seront selon toute probabilité rachetés par les grands avionneurs historiques qui apporteront leur structure industrielle, leur connaissance des processus de certification et du mode de fonctionnement des autorités.