CARBURANTS POUR L'AVIATION

Dans le domaine du transport aérien, la question du remplacement des carburants, qui sont produits aujourd'hui exclusivement à partir du pétrole, se pose de façon récurrente. Les motivations sont variées : fluctuation du prix du baril de pétrole, tensions géopolitiques, impact des émissions de dioxyde de carbone (CO₂) sur l'évolution du climat... La recherche de carburants de substitution (dits carburants alternatifs) explore deux types d'approches. La première voie, très prospective, s'intéresse à l'hydrogène. Au-delà de son intérêt pour la combustion – pouvoir calorifique massique supérieur d'un facteur trois à celui du kérosène et émissions réduites uniquement à de la vapeur d'eau –, les défis technologiques sont encore nombreux, tant au niveau d'une filière de production de l'hydrogène qui soit compétitive sur les plans économique et environnemental, qu'au niveau du stockage sous forme liquide (soit à moins de — 250 ⁰C) de cette substance à bord des aéronefs. L'autre voie, qui concentre la majorité des recherches actuelles, consiste à mettre au point un carburant aux propriétés proches du kérosène et qui ne soit pas issu du pétrole. C'est cette seconde approche qui sera développée ici.

Les carburants aéronautiques actuels

Les moteurs à turbines (turboréacteurs et turbopropulseurs) qui équipent la majorité des avions ou des hélicoptères (civils ou militaires) utilisent du kérosène. Ce carburant est un mélange d'hydrocarbures et est obtenu par soutirage d'une coupe pendant la distillation du pétrole, typiquement entre 150 ⁰C et 275 ⁰C. Il est composé de plusieurs centaines de chaînes carbonées distinctes, chacune d'entre elles comprenant entre huit et seize atomes de carbone.

Le carburant de référence pour l'aéronautique civile et le plus répandu est le Jet A-1. Ses propriétés sont définies par la norme internationale A.S.T.M. D1655 (A.S.T.M., signifiant à l'origine American Society for Testing and Materials, est devenue un organisme international de normalisation). Les caractéristiques physiques du carburant Jet A-1 répondent aux critères d'efficacité et de sécurité exigés dans le domaine du transport aérien, que ce soit pour les opérations au sol ou pour les phases de vol. Les principales propriétés sont :

– Un pouvoir calorifique élevé, qui vaut au moins 42,8 mégajoules par kilogramme. Il représente la quantité d'énergie dégagée par unité de masse de carburant lors de sa combustion. Cette grandeur est très importante car elle procure à l'aéronef une plus grande autonomie pour une masse embarquée constante (ce qui revient à dire qu'elle permet d'alléger la masse à autonomie constante).

– Un point de congélation très bas, qui doit être inférieur à — 47 ⁰C, ce qui permet de conserver le carburant à l'état liquide lorsque l'aéronef est en vol de croisière, dans un environnement à — 65 ⁰C.

– Un point éclair (ou température au dessus de laquelle des vapeurs de carburant peuvent s'enflammer en présence d'une flamme), qui doit être supérieur à 38 ⁰C, afin de garantir des manipulations sûres du carburant au sol.

D'autres propriétés telles que le contenu en soufre, l'acidité ou la densité du carburant sont également définies par la norme A.S.T.M. Comme chaque élément constitutif de l'aéronef, le carburant doit subir une série de tests avant certification afin de montrer sa compatibilité avec les matériaux utilisés dans le circuit carburant (réservoirs, pompes, etc.) et les turbines.