Avions révolutionnaires à aile fusionnée l'avenir du vol

Au Royaume-Uni, Faradair Aerospace travaille sur une conception d'avion innovante qui maximise l'efficacité des carburants du futur. L'entreprise développe le BEHA, un avion de 18 passagers, fabriqué à partir de matériaux composites légers. Cet appareil peut transporter une charge de cinq tonnes et a une portée de 1 150 miles. Le design, appelé 'blended-wing', pourrait réaliser une réduction significative des émissions de carbone.

La forme de base des avions commerciaux n'a guère changé au cours des 60 dernières années. Les avions d'aujourd'hui tels que le Boeing 787 et l'Airbus A350 partagent leur conception de base avec le Boeing 707 et le Douglas DC-8 de la fin des années '50, qui ont établi la configuration standard 'tube et aile' encore utilisée aujourd'hui. Cela est dû au fait que l'aviation commerciale privilégie la sécurité et opte pour des solutions éprouvées, tandis que les développements dans les matériaux et les moteurs font que la conception traditionnelle reste pertinente.

Cependant, un grand changement est sur le point de se produire. Une toute nouvelle forme d'avion a été approuvée pour prendre son envol en Californie. JetZero, basé à Long Beach, a annoncé que leur avion de démonstration 'blended wing body', nommé Pathfinder et à l'échelle 1:8, a reçu un certificat de navigabilité de la FAA et que des vols d'essai sont imminents.

L'industrie aéronautique cherche désespérément des moyens de réduire les émissions de carbone, un défi qui s'avère plus difficile que dans d'autres secteurs en raison de la dépendance enracinée aux technologies nucléaires existantes. C'est un moment idéal pour innover.

Le design 'blended wing body' ressemble à celui de la 'aile volante' utilisé par des avions militaires comme le bombardier emblématique B-2, mais avec plus de volume au milieu. Boeing et Airbus expérimentent avec cette idée, et la récente étape franchie par JetZero rapproche la réalisation d'un avion 'blended wing' d'ici 2030.

Tom O'Leary, co-fondateur et PDG de JetZero, a souligné le potentiel du design 'blended wing' pour réduire de moitié la consommation de carburant et les émissions, ce qui représente un progrès considérable par rapport aux normes industrielles actuelles.

Le concept du 'blended wing' n'est pas nouveau ; les premières tentatives de construction d'avions avec cette conception remontent à la fin des années '20 en Allemagne. L'ingénieur aéronautique américain Jack Northrop a développé en 1947 une 'aile volante' propulsée par des jets, qui a inspiré le B-2 dans les années '90.

Comme une sorte d'hybride entre une 'aile volante' et une conception traditionnelle 'tube et aile', le 'blended wing' permet à l'ensemble de l'avion de générer de la portance, réduisant ainsi la traînée. La NASA a indiqué que cette forme augmente l'efficacité énergétique et permet d'avoir de plus grands espaces de chargement au milieu de l'avion. L'agence a testé cela avec l'un de ses avions expérimentaux, le X-48.

Entre 2007 et 2012, deux X-48 sans pilote et contrôlés à distance ont effectué environ 120 vols d'essai pour démontrer la viabilité du concept. "Un avion de ce type aurait une envergure légèrement supérieure à celle d'un Boeing 747 et pourrait opérer à partir des terminaux d'aéroport existants", déclare l'agence, ajoutant que l'avion serait également plus léger, générerait moins de bruit et d'émissions, et coûterait moins cher à exploiter qu'un avion de transport conventionnel également avancé.

En 2020, Airbus a construit un petit démonstrateur 'blended wing', d'environ six pieds de long, indiquant un intérêt à poursuivre un avion à taille réelle dans le futur. Mais si la forme est si efficace, pourquoi n'avons-nous pas encore changé pour construire des avions sur cette base?

Selon O'Leary, il y a un principal défi technique qui retient les fabricants : la régulation de la pression d'une coque non cylindrique. Il souligne qu'un avion tubulaire est mieux équipé pour gérer les cycles constants de dilatation et de rétraction qui se produisent à chaque vol.

"Quand tu penses à un 'tube et aile', cela sépare les charges — tu as la charge de pression sur le tube, et les charges de flexion sur les ailes. Mais une 'aile mélangée' mélange en fait ces deux. Ce n'est que maintenant que nous pouvons le faire avec des matériaux composites qui sont à la fois légers et solides."

Une telle forme radicalement nouvelle rendrait l'intérieur de l'avion très différent des avions à fuselage large d'aujourd'hui. "C'est simplement un fuselage beaucoup, beaucoup plus large", dit O'Leary. "Votre avion typique à couloir unique a trois sièges par trois, mais ceci est une sorte de tube plus court et plus large. Vous obtenez le même nombre de personnes, mais vous pourriez avoir 15 ou 20 rangées à travers la cabine, selon la façon dont chaque compagnie aérienne le configure.

"Cela leur donne une toute nouvelle palette pour l'aménager. Je pense que ce sera génial de voir quelle sera leur interprétation de cet espace beaucoup plus large."

O'Leary dit que l'équivalent le plus proche en termes de taille serait le Boeing 767 – un avion bimoteur à fuselage large introduit dans les années '80 qui transportait typiquement environ 210 passagers. Il est toujours produit comme un avion cargo, mais a été remplacé par le Boeing 787 comme avion de ligne. Il a également une variante militaire moderne, le KC-46, que l'armée de l'air américaine utilise pour le ravitaillement en vol.

De la même manière, JetZero prévoit de développer simultanément trois variantes : un avion de ligne pouvant accueillir plus de 200 passagers, un avion cargo et un ravitailleur. La forme 'blended wing' se prête si bien à cette dernière que l'année dernière, l'armée de l'air américaine a accordé à JetZero 235 millions de dollars pour développer un avion de démonstration à échelle réelle et valider les performances du concept 'blended wing'. La version militaire de l'avion est prévue pour mener le chemin et peut-être soutenir le développement des modèles commerciaux.

Le Pathfinder nouvellement approuvé, avec son envergure de 23 pieds, est une version à l'échelle 12,5% de l'avion de démonstration à échelle réelle, qui devrait voler en 2027. L'avion est conçu pour être 100% compatible avec le Carburant pour Aviation Durable (SAF) et pour avoir le volume interne pour accueillir l'hydrogène à émission zéro.

Cependant, construire un avion tout neuf à partir de zéro est une tâche énorme, et les objectifs de JetZero semblent ambitieux, étant donné que le processus complet de certification pour même une variante d'un avion existant peut prendre des années. Un avantage que JetZero a dans ce domaine est que l'avion empruntera initialement les moteurs des avions à fuselage étroit d'aujourd'hui, tels que le Boeing 737 — bien que le plan soit de finalement passer à une propulsion entièrement exempte d'émissions alimentée par l'hydrogène, ce qui nécessiterait de nouveaux moteurs qui n'ont pas encore été développés.

JetZero n'a pas encore annoncé de commandes pour son avion, mais O'Leary a déclaré l'année dernière que les compagnies aériennes étaient intéressées. "Nous parlons déjà avec toutes les grandes compagnies aériennes mondiales, car elles sont enthousiastes à l'idée d'entendre parler des gains d'efficacité."

Reste à voir si une réduction de la consommation de carburant de 50% est réellement possible. Tant la NASA que Airbus ont mentionné une réduction plus modeste de 20% pour leurs conceptions, tandis que l'armée de l'air américaine affirme qu'un avion 'blended wing' pourrait améliorer l'efficacité aérodynamique d'au moins 30% par rapport aux avions de ravitaillement et de mobilité actuels de l'armée de l'air.

"Les avions supersoniques remplaceront les jets conventionnels dans notre vie", déclare le PDG de la compagnie aérienne. "Il est important de noter que bien qu'un 'blended wing body' puisse réduire la traînée et augmenter l'efficacité énergétique, les avantages réels dépendent de la conception spécifique, de la configuration et des conditions opérationnelles", déclare Bailey Miles, analyste en aviation chez le cabinet de conseil AviationValues.

"Des tests aérodynamiques approfondis et une optimisation sont essentiels pour réaliser le plein potentiel de cette conception innovante d'avion pour la réduction de la traînée. Il serait difficile de déterminer un pourcentage spécifique de réduction de carburant sans les tests nécessaires", ajoute-t-il.

Selon Miles, la conception 'blended wing' est une idée 'révolutionnaire' qui a du potentiel, mais elle vient avec un certain nombre d'obstacles, notamment une complexité aérodynamique accrue rendant la conception et les tests difficiles, une série de défis réglementaires et de certification, et une forme qui pourrait ne pas être adaptée à l'infrastructure aéroportuaire existante.

"L'avion 'blended wing body' offre des promesses immenses en tant que changement de jeu dans l'industrie de l'aviation, avec le potentiel d'une efficacité énergétique améliorée, une capacité de charge accrue et des systèmes de contrôle innovants. Cependant, relever les complexités aérodynamiques, assurer l'intégrité structurelle, naviguer à travers les obstacles réglementaires et adapter l'infrastructure aéroportuaire sont des défis redoutables qui doivent être surmontés pour le rendre réalité", dit-il, ajoutant que ces défis, parmi d'autres, rendent le but de JetZero de commencer le service en 2030 'inconcevable'.

Selon Richard Aboulafia, un analyste en aviation chez le cabinet de conseil Aerodynamic Advisory, bien que toutes les affirmations de JetZero ne puissent être vérifiées, "l'idée d'un 'blended wing body' est très attrayante depuis de nombreuses années, et il semble qu'ils aient fait des recherches très intéressantes. Mes collègues et moi le considérons prometteur."

Il s'inquiète que l'entreprise soit actuellement principalement "un magasin de design", mais il croit que le projet pourrait décoller avec l'aide de contractants. "Il y a certainement de la place pour quelqu'un qui veut réellement ajouter de la valeur dans cette industrie", dit-il.

Le chemin vers la réalisation d'un avion 'blended wing body' est jonché de défis techniques et réglementaires, mais la promesse d'améliorations substantielles en termes d'efficacité énergétique, de réduction des émissions et de capacité des passagers continue de motiver l'industrie de l'aviation à repousser ces frontières. Le développement de tels avions révolutionnerait non seulement la façon dont nous volons, mais constituerait également un pas en avant crucial dans la lutte contre le changement climatique.

Le 'blended wing body' offre une approche radicalement différente de la conception des avions, où la séparation entre les ailes et le fuselage s'estompe. Cela entraîne un flux d'air plus efficace et réduit la traînée, résultant en une consommation de carburant inférieure. De plus, la forme unique de l'avion permet une cabine plus spacieuse, offrant de nouvelles possibilités pour le confort et l'aménagement des passagers.

L'ambition de JetZero de mettre en service un avion 'blended wing body' d'ici 2030 reflète la prise de conscience croissante au sein de l'industrie de l'aviation que des innovations significatives sont nécessaires pour répondre aux défis environnementaux du 21e siècle. Bien que les obstacles techniques et réglementaires soient importants, le potentiel d'un changement révolutionnaire dans l'aviation est clair.

L'intérêt des compagnies aériennes pour le concept de 'blended wing body' souligne la demande pour des avions plus efficaces et plus respectueux de l'environnement. À mesure que la pression pour réduire l'empreinte carbone de l'aviation augmente, des innovations telles que le 'blended wing body' joueront probablement un rôle de plus en plus important dans le développement futur du secteur.

La collaboration entre JetZero et l'armée de l'air américaine, ainsi que l'intérêt des grandes compagnies aériennes, montre qu'il y a un large soutien pour explorer de nouveaux designs d'avions qui peuvent améliorer l'efficacité et réduire l'impact sur l'environnement. Ces collaborations sont essentielles pour relever les défis techniques, opérationnels et réglementaires associés à la mise sur le marché d'un design d'avion aussi innovant.

Alors que l'industrie de l'aviation se prépare pour l'avenir, il est clair que le 'blended wing body' offre un potentiel passionnant pour transformer la façon dont nous volons. Les avantages en termes d'efficacité, de réduction des émissions et d'expérience des passagers en font une option attrayante pour la prochaine génération d'avions commerciaux. Bien qu'il reste encore beaucoup de travail à accomplir pour réaliser cette vision, la direction prise par JetZero et d'autres innovateurs est un signe encourageant pour l'avenir de l'aviation durable.