Durabilité en ingénierie

Les technologies perturbatrices des carburants et des avions jouent un rôle clé dans les contributions de l'industrie aéronautique à la réalisation des objectifs mondiaux de durabilité. Des experts partagent avec Lauren Haigh comment ils abordent le défi d'intégrer la durabilité dans leurs matériaux et processus

En 2021, l'aviation représentait plus de 2 % des émissions mondiales de CO2 liées à l'énergie et l'industrie a à la fois un rôle et une responsabilité pour surmonter les défis environnementaux et contribuer à la transition vers le zéro net. Les efforts de recherche et de technologie dans l'aviation se concentrent sur la réduction de l'empreinte carbone mondiale du transport aérien d'ici 2050 par rapport à 2005. Les innovations technologiques contribuant à faire progresser la durabilité comprennent des développements visant à améliorer le rendement énergétique des avions et à réduire leurs émissions de CO2. Selon le rapport 2019 Aircraft Technology Roadmap de l'Association internationale du transport aérien (IATA) : "À plus long terme vers 2050, des configurations d'avions radicalement nouvelles seront nécessaires pour réduire considérablement la consommation de carburant et l'intensité carbone." À ce titre, la durabilité est intégrée dans les produits et processus de conception et d'ingénierie des aéronefs.

Un sentiment de responsabilité partagée et la reconnaissance d'un engagement important envers la durabilité environnementale se font sentir parmi les intervenants qui ont partagé leurs réflexions sur la question. « En tant que chef de file de l'industrie, nous avons la grande responsabilité d'être de bons intendants du monde qui nous entoure, ce qui comprend l'évolution de nos technologies pour lutter contre les changements climatiques, l'intégration de pratiques plus durables dans l'ensemble de notre entreprise et la mise en pratique de stratégies environnementales, sociales et de gouvernance (ESG) ambitieuses », a déclaré Scott McElvaine, vice-président, Développement des affaires et services commerciaux, Pratt & Whitney Canada.

Une partie essentielle de cela concerne le carburant d'aviation durable (SAF). Selon la Federal Aviation Administration (FAA), les SAF produits à partir de matières premières renouvelables et de déchets seront «essentiels à la capacité de l'industrie aéronautique à atteindre l'objectif de zéro émission nette et ils ont le potentiel de réduire les émissions jusqu'à 100%». "SAF fournit une solution "drop-in" pour réduire les émissions de CO2 du cycle de vie de milliers d'avions en vol aujourd'hui et au cours des prochaines décennies", a expliqué McElvaine. « Le principal défi du SAF réside dans l'augmentation rapide de la capacité de production, étant donné que nos approvisionnements actuels ne peuvent répondre qu'à moins de 0,1 % de la demande mondiale de carburant d'aviation. Parallèlement, nous devons développer des matières premières durables pour soutenir le SAF, sans affecter les terres arables pour la production alimentaire. AF se fond dans le futur."

Bell s'engage également envers la durabilité et défend l'importance de SAF à cet égard. « Nous avons réalisé que nous devions jouer un rôle essentiel dans le maintien de notre engagement envers des opérations écologiques, c'est pourquoi en mars 2021, Bell a annoncé qu'elle commencerait à intégrer SAF dans tous les avions de la Bell Training Academy (BTA) et de la flotte de démonstration des clients », a affirmé Eric Sinusas, directeur des programmes de développement commercial, Bell. "SAF fournit une source de carburant plus propre pour propulser les giravions et diminue l'impact environnemental de l'aviation générale." Sinusas a déclaré qu'en 2020, dans le cadre de l'initiative Achieve 2025 de Bell, Textron a établi un nouvel ensemble d'objectifs de durabilité sur cinq ans. "Il s'agit de réduire l'intensité des émissions de gaz à effet de serre de 20 % ; l'intensité de la consommation d'énergie de 10 % ; l'intensité de la consommation d'eau de 10 % ; et l'intensité de la production de déchets de 10 %", a-t-il expliqué. "Bell s'engage à soutenir Textron et nos clients avec des pratiques plus durables, afin de soutenir la mission du secteur de l'aviation pour un avenir plus vert."

Mark Burns, président de Gulfstream Aerospace Corporation, a souligné l'importance de l'innovation dans le maintien de l'engagement partagé en faveur de la durabilité : « L'industrie de l'aviation d'affaires occupe la position de leader dans l'aviation en général pour atteindre nos objectifs de zéro émission nette de carbone. Gulfstream a défendu ces efforts depuis le début et continue de le faire en mettant l'accent sur l'innovation », a-t-il déclaré. "Qu'il s'agisse de stimuler l'efficacité du moteur et de la conception aérodynamique, de réduire les déchets de fabrication ou de démontrer la sécurité, la fiabilité et l'utilité du SAF, nous faisons notre part pour aider à conduire l'industrie vers un avenir durable."

Leonardo a également parlé à AirMed&Rescue de son approche de la durabilité. "L'amélioration continue fait partie de l'ADN de Leonardo, et la durabilité environnementale fait de plus en plus partie intégrante de nos processus de conception", a déclaré un porte-parole. "Actuellement, différents flux sont actifs sur les nouveaux matériaux et procédés au sein de nos départements d'ingénierie et laboratoires dans le but de bien comprendre leurs performances, leur applicabilité et leur intégration dans un environnement aussi exigeant et réglementaire que l'aviation. Les nouveaux matériaux sont testés conformément à nos procédures et méthodologies internes rigoureuses approuvées et certifiées et avec le soutien de nos fournisseurs pour recueillir toutes les informations nécessaires. Les nouveaux procédés de fabrication et leur impact environnemental sont également évalués en vue de leur intégration tout au long de notre chaîne de valeur."

Une voie importante vers la durabilité est l'amélioration de l'efficacité énergétique. En effet, le Flight National Partnership durable voit la NASA et la FAA travailler avec l'industrie pour "accélérer le développement de technologies d'avions et de moteurs plus efficaces avec une amélioration de 30% des économies de carburant". McElvaine a confirmé que l'un des domaines prioritaires de Pratt & Whitney Canada est l'amélioration continue de l'efficacité des moteurs pour améliorer les performances, les économies de carburant et la réduction des émissions : « Le moteur PW127XT est la nouvelle norme en matière de durabilité pour les avions régionaux à turbopropulseurs. Il offre une efficacité énergétique supplémentaire de 3 %, ainsi qu'un temps de vol prolongé de 40 % et des coûts de maintenance réduits de 20 % par rapport aux générations d'avions précédentes, ce qui étend encore l'avantage d'efficacité inhérent de 40 % des turbopropulseurs par rapport aux biréacteurs régionaux volant sur des routes équivalentes.

Un deuxième objectif pour Pratt & Whitney Canada est de faire progresser la technologie de propulsion hybride-électrique grâce à une gamme de projets de démonstration. "Ceux-ci combinent de manière optimale des moteurs à combustion avec des moteurs électriques et des systèmes de batterie pour améliorer le rendement énergétique et réduire les émissions", a expliqué McElvaine. « Notre démonstrateur de vol hybride-électrique régional vise une amélioration de 30 % du rendement énergétique par rapport aux avions à turbopropulseurs les plus avancés d'aujourd'hui. En décembre 2022, nous avons terminé le premier essai du moteur du démonstrateur et nous prévoyons que les essais en vol commenceront en 2024. »

Les nouveaux matériaux et processus de fabrication sont une partie importante du parcours de durabilité et offrent des avantages supplémentaires en termes de développement de composants de plus en plus légers et conduisant à une réduction de la consommation de carburant. "Les nouveaux matériaux peuvent apporter plusieurs bénéfices et avantages différents à la fois à nos clients et à nos opérations", a confirmé le porte-parole de Leonardo. "Les matériaux avancés et les processus de fabrication associés peuvent conduire à des composants plus légers car le matériau est situé exactement là où il est nécessaire pour supporter les différentes conditions de charge. Des composants plus légers signifient des hélicoptères plus légers et moins l'hélicoptère pèse, plus la consommation de carburant est faible."

Chez Gulfstream, la recherche et le développement (R&D) sont un élément important de la stratégie de développement durable de l'entreprise et cela inclut les innovations dans les nouveaux matériaux. "Nous recherchons continuellement de nouvelles innovations, matériaux et processus qui amélioreront la durabilité de nos opérations et de nos avions", a révélé Burns. "En termes de performances et d'ingénierie de l'avion, une grande partie de l'accent a été mis sur l'amélioration de l'efficacité de l'avion grâce à une aérodynamique avancée. L'aile et l'ailette conçues par Gulfstream et introduites sur le G650 réduisent considérablement la traînée, ce qui rend l'avion beaucoup plus efficace. Nous avons appliqué cette conception d'aile sur les G500, G600, G700 et G800 de nouvelle génération. une toute nouvelle conception d'ailettes à grande vitesse sur ces avions, ce qui améliore les capacités de vitesse de ces avions et augmente encore l'efficacité."

Une tendance en plein essor dans l'aviation est l'utilisation de composites à matrice céramique (CMC). Leur capacité à fonctionner de manière fiable à des températures extrêmes et les économies de poids ne sont que deux de leurs caractéristiques bénéfiques. McElvaine pense que d'autres opportunités d'amélioration de l'efficacité et des performances découleront d'investissements dans des matériaux avancés, tels que les CMC : « Pratt & Whitney a récemment ouvert son centre d'ingénierie et de développement CMC à Carlsbad, en Californie. Nous développons des technologies de base de moteur basées sur CMC en collaboration avec la NASA, dans le cadre du programme HyTEC (Hybrid Thermally Efficient Core).

Pour Gulfstream, l'accent est mis sur l'augmentation de la durabilité des opérations de production grâce à des techniques de fabrication avancées : « Les outils que nous avons mis en œuvre dans nos installations de production de nouvelle génération réduisent les temps de cycle, diminuent la consommation d'énergie et d'eau et éliminent un gaspillage important », a déclaré Burns. L'entreprise a déjà obtenu des résultats impressionnants : « Nous avons réduit les émissions de gaz à effet de serre de 18 % tout en augmentant notre capacité de 30 % », a-t-il confirmé.

Chez Bell, plusieurs canaux sont exploités simultanément dans le but d'atteindre la durabilité environnementale, comme l'a expliqué Sinusas : « Les équipes de conception et d'innovation d'ingénierie recherchent des sources d'alimentation alternatives, un vol plus silencieux, des coûts d'exploitation réduits et un impact environnemental minimal. Les équipes de santé et de sécurité environnementales et les opérations intégrées identifient des opportunités pour réduire la consommation d'énergie de l'usine et minimiser les déchets ». Une telle approche à multiples facettes est essentielle pour surmonter un défi profondément complexe.

Un objectif atteignable ?

En effet, cela nécessite une combinaison intensive de collaboration impliquant diverses parties prenantes et d'innovation à travers de nombreux canaux et, bien sûr, d'investissements. « La réalisation de l'objectif de zéro émission nette pour l'aviation dépendra de notre collaboration intersectorielle continue ainsi que des partenariats public-privé pour soutenir les investissements nécessaires dans la technologie et l'infrastructure », a souligné McElvaine. Le porte-parole de Leonardo a convenu : « Il s'agit d'un objectif ambitieux et exigeant, et Leonardo, faisant partie du secteur de l'aviation au sens large, travaille activement pour soutenir la transition vers les objectifs de 2050. Les collaborations entre les industries, les agences de réglementation, les organismes publics, les institutions et les opérateurs sont fondamentales.

Parallèlement à la collaboration de l'industrie, la collaboration avec les clients est nécessaire. "Nous travaillons activement avec nos clients et de nombreux autres collaborateurs de l'industrie sur une gamme d'initiatives d'aviation durable pour aider à accélérer les mesures d'efficacité, la transition énergétique et l'innovation dans le secteur de l'aviation", a déclaré McElvaine. « Par exemple, en novembre 2021, Pratt & Whitney Canada a annoncé sa participation à un programme pilote SAF à long terme avec des opérateurs allemands de sauvetage aérien, ADAC Luftrettung et leur flotte d'hélicoptères. La collaboration s'engagera à exploiter SAF à des mélanges de 30 à 40 % sur une période de 36 mois.

Les clients de Leonardo sont également des collaborateurs clés. « Les clients utilisant les produits de Leonardo Helicopters dans le monde entier sont des acteurs actifs tout au long de ce voyage vers 2030 et 2050 et leur soutien actif pour construire ensemble l'avenir de ce secteur est crucial. La voie de la décarbonisation doit être clairement définie et convenue grâce à une collaboration stricte et ouverte avec nos clients pour identifier les priorités requises par le marché et permettre à l'industrie de planifier et de déployer correctement toutes les ressources et tous les investissements nécessaires afin de répondre aux attentes du marché.

Burns a souligné l'importance de prendre ses responsabilités et de montrer la voie, en donnant l'exemple en tant qu'élément important de la collaboration avec les clients. Avec des objectifs alignés, des progrès seront forgés : "Nous avons de la chance que nos clients souhaitent s'associer à une entreprise, comme Gulfstream, dont les objectifs de développement durable s'alignent sur les leurs", a-t-il déclaré. « Il appartient à Gulfstream, en tant que fabricant d'équipement d'origine, d'offrir des innovations durables à nos clients grâce au SAF, à la conception, à l'efficacité et aux opérations des avions qui les aident à atteindre leurs propres objectifs de durabilité. En travaillant ensemble, nous pouvons avoir un impact global plus important.

Lorsqu'il s'agit d'aller de l'avant sur la voie de la durabilité dans l'aviation, l'innovation et la collaboration sont deux mots clés. Des innovations telles que SAF et CMC créent des vagues dans l'industrie et une grande partie de la R&D et des progrès sont bénéfiques non seulement pour l'environnement mais aussi pour les opérateurs et leurs clients, conduisant à des modèles avancés avec des propriétés de plus en plus souhaitables. Pour aller de l'avant, la collaboration doit être ouverte et approfondie, impliquant les acteurs de l'industrie et les clients. En prenant leurs responsabilités et en ouvrant la voie, les experts qui nous ont parlé influencent positivement l'espace. « Nous prenons cette responsabilité très au sérieux afin que nous puissions préserver et prioriser chaque opportunité, idée innovante ou nouveau produit pour aider nos clients à offrir un transport aérien plus propre, plus vert et plus durable, et leur permettre d'atteindre l'objectif de zéro émission nette de carbone de l'industrie », a déclaré McElvaine.

En fin de compte, l'industrie aéronautique est influente et cruciale et saisit l'occasion de développer et de mettre en œuvre de nouvelles technologies aéronautiques. Avec des efforts partagés continus et des outils financiers et des incitations appropriés, l'industrie est sur une trajectoire ascendante vers un avenir plus durable.

Lauren a travaillé dans l'industrie de l'édition pendant huit ans et lit et écrit quotidiennement sur les soins de santé, la science et l'assurance voyage. Son avion préféré est l'avion de la séquence titre de la série télévisée éducative britannique pour enfants Come Outside.