Avion électrique : combien de batteries faudrait-il sur l’A350-1000 ULR, qui a battu le record du plus long vol du monde ?

Le record du plus long vol sans escale jamais réalisé sur Terre à bord d’un avion commercial a été battu le 28 juillet. Une performance réalisée par le nouvel Airbus A350-1000 ULR, qui a relié Melbourne en Australie à Toulouse en un peu plus de 24 heures. Un record très carboné, puisqu’il a nécessité environ 150 tonnes de kérosène fossile. On s’est amusés à calculer la quantité de batteries qu’il aurait fallu embarquer pour effectuer le même trajet en long-courrier 100 % électrique. Accrochez-vous.

L’avion commercial le plus endurant de la planète est désormais capable de relier la totalité des villes entre elles, même celles qui se trouvent aux antipodes. En réalisant un vol de 23 076 km d’une traite en 24 heures et 24 minutes, l’A350-1000 « ultra long range » (ULR) a pulvérisé le précédent record détenu par Boeing. Toutefois, cette prouesse affiche un bilan carbone monstrueux, puisqu’elle a été rendue possible par l’utilisation d’une grande quantité de kérosène d’origine fossile.

La version à grande autonomie de l’A350-1000 embarque un réservoir supplémentaire de 20 000 litres pour pouvoir voler aussi longtemps. Ce modèle a d’ailleurs été spécifiquement développé pour la compagnie australienne Qantas, qui en dépend pour lancer ses interminables vols directs entre l’Australie et l’Europe. Au total, cet appareil peut embarquer 188 000 litres de kérosène, et nul doute que la quasi-totalité a été consommée pour le vol record entre Melbourne et Toulouse, où se trouve le siège d’Airbus.

20 000 km en avion = 1 h de production d’un réacteur nucléaire

Électrifier un tel trajet est à ce jour impossible. Si de petits jets électriques se sont déjà envolés durant quelques dizaines de minutes, il n’existe aucun long-courrier électrique ou à hydrogène, et la recherche est encore très loin d’y parvenir. Seule l’utilisation de kérosène synthétique produit à partir de ressources renouvelables (SAF ou e-kérosène) permet de réduire les émissions, mais son coût est démesuré : 2 à 15 fois plus cher que sa déclinaison fossile, selon la méthode de production. Nous nous sommes tout de même rêvés à calculer la quantité d’électricité qu’il faudrait embarquer pour effectuer le vol record de l’A350-1000 ULR.

Avec ses 188 000 litres de kérosène, l’appareil contient 1 945 mégawattheures (MWh) d’énergie brute. C’est considérable. 1 945 MWh correspondent à plus d’une heure de production plein gaz du réacteur nucléaire le plus puissant de France : l’EPR de Flamanville. Pour stocker une telle quantité d’énergie sous forme d’électricité dans des batteries disposant d’une densité énergétique de 250 Wh/kg, il ne faudrait pas moins de… 7 780 tonnes d’accumulateurs. Nous sommes très loin des 322 tonnes de masse maximale autorisée au décollage de l’A350-1000 ULR.

Même en utilisant la chimie de batterie la plus performante à ce jour, 824 Wh/kg, obtenue en laboratoire uniquement, 2 360 tonnes de piles seraient nécessaires. Une masse toujours aussi inconcevable à placer dans un avion, quel qu’il soit.

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Ces estimations ne sont toutefois valables que si l’on utilise un réacteur à arc électrique pour propulser l’appareil, dont le rendement est probablement proche d’un réacteur au kérosène. Un tel turboréacteur électrique était bien en développement par une start-up française en 2023, mais elle semble avoir cessé ses activités. Dans les faits, le développement des avions électriques passe, pour le moment, par une motorisation de type turbopropulseur. En clair : des hélices qui tournent, non pas grâce à une turbine alimentée au kérosène, mais avec un moteur électrique. Et cela change tout, car le rendement est considérablement amélioré.

En considérant le rendement thermique des turboréacteurs modernes utilisés sur les long-courriers, autour de 40 % selon différentes sources, on obtient 778 MWh d’énergie utile à bord d’un A350-1000 ULR, au lieu de 1 945 MWh. Un moteur électrique ayant un rendement de 95 %, 817 MWh suffiraient, a priori, pour effectuer les 23 000 km du vol record. Cela donne tout de même 3 268 tonnes de batteries au lithium à embarquer, ce qui reste impossible. D’autant que la masse n’est pas le seul obstacle, l’espace disponible l’est aussi.

L’hydrogène, unique espoir pour électrifier les vols long-courrier ?

Il suffit de voir la taille des batteries stationnaires géantes qui fleurissent un peu partout dans le monde. Pour stocker 600 MWh, donc moins que ce qui est requis pour notre vol record, la batterie de Blackhillock en Écosse s’est accaparée 9000 m². Elle s’étend sur 300 m de long et 30 m de large. Elle ne pourrait bien évidemment jamais se loger sur les 464 m² de surface alaire de l’A350-1000 ULR.

La seule alternative bas-carbone un tant soit peu envisageable reste l’hydrogène. Avec une densité énergétique de 33 kWh/kg lorsqu’il est stocké à 700 bars, l’hydrogène fait même beaucoup mieux que le kérosène, puisque 60 tonnes seraient nécessaires pour boucler un demi-tour du monde, soit presque 3 fois moins que le carburant fossile. Cependant, si l’hydrogène est plus léger, il occupe davantage d’espace que le kérosène : il faudrait des réservoirs 7 fois plus volumineux pour embarquer autant d’énergie, ou un système de cryogénisation à -270°C, sans compter l’énorme pile à combustible pour transformer l’hydrogène en électricité.

L’aviation ultra-bas carbone n’est donc pas pour demain. Dans l’immédiat, les seules solutions pour réduire les émissions de CO₂ des avions consistent à réduire le trafic, mais aussi à utiliser massivement du kérosène synthétique, idéalement produit à partir d’énergie solaire et de dioxyde de carbone séquestré. Réaliser un vol de 20 000 km nécessiterait 65 hectares de champs de maïs pour produire du biokérosène, contre 3,5 hectares pour le kérosène solaire, selon ce simulateur.