Le développement durable est un sujet important dans le secteur de l’aviation. Le grand nombre de personnes et de produits qui traversent quotidiennement la planète produit une énorme pollution. Comment pouvons-nous corriger cela ? Plusieurs recherches à grande échelle, comme le projet ASuMED, traitent de cette question. Au cours des dernières années, Demaco a participé activement à la conception d’un moteur d’avion supraconducteur durable.
Le développement durable dans l’industrie aéronautique
L’aviation fait peser une lourde charge sur l’environnement. La plupart des avions consomment plusieurs kilogrammes de carburant par minute, ce qui produit des gaz d’échappement toxiques contenant du CO2, des oxydes d’azote et des particules fines.
ACARE Flightpath 2050 a fixé des objectifs de durabilité ambitieux pour l’industrie aéronautique afin de réduire ces gaz d’échappement toxiques. Le programme vise à poursuivre les objectifs suivants pour 2050 par rapport aux objectifs de 2020 :
- Réduire les émissions de CO2 de 75 %.
- Réduire de 90 % les émissions d’oxydes d’azote et de particules fines.
- Réduire de 60% le niveau de bruit causé par l’aviation.
Par nature, les améliorations apportées à la conception des aéronefs ne sont pas susceptibles de donner les résultats escomptés. D’où la nécessité de rechercher des techniques nouvelles et alternatives.
Le projet ASuMED
L’une des façons d’alléger un avion et de favoriser un fonctionnement plus durable consiste à développer un moteur compact, léger et supraconducteur. Le projet ASuMED 2017 a précisément cet objectif.
Le projet ASuMED a été financé par l’Union européenne, en tant qu’élément du programme de recherche de l’Union européenne. Programme de recherche et d’innovation Horizon 2020. Le programme est exécuté par un consortium expérimenté composé de : Air Liquide, Hochschule Aschaffenburg, Institut d’ingénierie électrique, Karlsruher Institut für Technologie, K&S GmbH Projektmanagement, Oswald, Rolls-Royce, SuperOx, Université de Cambridge, et Demaco, tandis que Airbus a joué un rôle consultatif dans le projet.
L’objectif ultime du projet était de développer un moteur cryogénique pour l’industrie aéronautique qui réduise la consommation de carburant et l’émission de gaz toxiques.
Pourquoi un moteur supraconducteur ?
La superconduction est le phénomène par lequel des matériaux spécifiques perdent leur résistance électrique lorsqu’ils sont extrêmement refroidis. Les courants électriques ne sont alors plus entravés par aucune résistance, ce qui permet de construire des applications électriques compactes mais très puissantes et efficaces.
Les moteurs électriques fonctionnent selon le même principe. Plus le matériau est conducteur, plus l’énergie peut être convertie, tandis que le moteur électrique peut être construit de manière plus compacte et plus légère.
Le moteur cryogénique ASuMED
Le moteur ASuMED, léger et compact, utilise la supraconductivité pour obtenir la densité de puissance et l’efficacité nécessaires à l’obtention de la puissance requise pour un moteur hybride-électrique à poussée répartie (HEDP), qui propulsera les futurs gros avions commerciaux. L’utilisation de gaz cryogénique combinée à des systèmes de refroidissement avancés(équipement auxiliaire) permettra de refroidir le moteur ASuMED à des températures extrêmement basses pour permettre la réalisation de moteurs d’avion supraconducteurs.
Comment cela fonctionne-t-il ? Un moteur cryogénique est basé sur le concept du double cryostat. Il comprend deux cryostats séparés et deux systèmes de refroidissement distincts. Un système est utilisé pour le rotor, l’autre pour le stator. Le rotor est refroidi à l’hélium gazeux à 25 K (-248,15 °C) et le stator à l’azote liquide à 20 K (-253,15 °C).
Au cours de ce projet, Oswald était responsable du développement du stator, tandis que Demaco, en collaboration avec l’Université de Cambridge, a développé le rotor.
Refroidir un objet en mouvement
Le refroidissement d’un objet en mouvement, comme le rotor du projet ASuMED, présente des défis considérables. Les objets fixes peuvent être refroidis par conduction ; pour les objets en mouvement, c’est difficilement réalisable. La meilleure option qui s’est dégagée après une comparaison et une analyse approfondies est le refroidissement par convection forcée.
Pour ce faire, on fait circuler de l’hélium gazeux dans un système fermé autour du rotor(refroidissement en boucle fermée) ; le rotor est ainsi refroidi par un flux constant de gaz froid.
L’hélium, dont la température est de 25 K (-248,15 °C), passe devant le rotor. Pendant que le rotor est refroidi, le gaz se réchauffe jusqu’à environ 30 K (-243,15 °C). Après le passage du rotor, le gaz légèrement réchauffé est automatiquement collecté dans le système de refroidissement et refroidi à 25 K pour repasser dans le rotor. Le processus est continuellement répété.
Où allons-nous à partir d’ici ?
Les premiers pas sont faits. L’analyse FEM (basée sur la méthode des éléments finis) est terminée, et la conception du système est achevée. L’objectif du projet ASuMED est atteint. Avec le consortium, nous avons démontré la capacité d’un moteur cryogénique supraconducteur compact à fournir une poussée suffisante pour être utilisé dans l’aviation.
Avant que l’industrie aéronautique puisse utiliser ce type de moteur dans l’aviation, des recherches, des tests et des expériences supplémentaires sont obligatoires. Ces expériences et tests approfondis permettront de mieux comprendre comment le système se comporte dans diverses conditions (par exemple, dans des environnements froids et chauds), ce qui permettra d’affiner et d’optimiser le système de refroidissement cryogénique.
Demaco, un consultant pour les questions cryogéniques complexes
Les méthodes de travail de Demaco sont très diverses. Nous employons des équipes qui s’occupent de projets standard à court terme, comme la fourniture de tuyaux de transfert isolés sous vide ou de systèmes de cryoconservation.
Cependant, une partie essentielle de notre mission consiste à étudier en profondeur les défis cryogéniques complexes. En tant qu’acteur de premier plan dans le domaine de la cryogénie, nous sommes régulièrement consultés pour déterminer la meilleure solution à une variété de défis cryogéniques. Proposer une solution pour le rotor du projet ASuMED est un exemple clair de notre expertise.
Notre participation à des projets de ce type s’appuie généralement sur bien plus que la fourniture de produits cryogéniques. Nous proposons une offre complète comprenant la gestion de projet, l’ingénierie cryogénique et la fourniture des systèmes cryogéniques appropriés.
Dans de nombreux cas, nos projets débouchent sur de nouvelles inventions brillantes. Demaco a déjà breveté la nouvelle technique pour le rotor ASuMED très avancé ; nous pensons que notre invention contribuera à une industrie aéronautique durable.
Voulez-vous en savoir plus ?
Si vous avez des questions sur les moteurs cryogéniques ou sur l’implication avancée de Demaco dans les défis cryogéniques, n’hésitez pas à nous contacter ou à parcourir notre site Web pour découvrir nos produits et nos projets et en savoir plus sur qui nous sommes et ce que nous faisons.
