Défis pour l’industrie aéronautique
Les industries d’aujourd’hui sont confrontées à une pression sans précédent pour réduire leur impact environnemental de la part des gouvernements, des clients et d’autres parties prenantes, l’industrie aéronautique étant confrontée à certains des défis de durabilité les plus complexes de tous les secteurs. Alors que la sensibilisation mondiale au changement climatique s’intensifie, les compagnies aériennes et les entreprises aéronautiques doivent composer avec des exigences réglementaires croissantes, l’évolution des attentes des clients et une surveillance accrue des investisseurs en ce qui concerne leur performance environnementale. Cette pression s’étend à l’ensemble de la chaîne de valeur de l’aviation, des fabricants d’aéronefs aux exploitants d’aéroports, créant un impératif urgent de stratégies globales de décarbonisation qui abordent à la fois les améliorations opérationnelles immédiates et la transformation technologique à long terme.
L’aviation représente environ 2,8 % des émissions mondiales de carbone, mais elle constitue l’un des secteurs les plus difficiles à décarboniser en raison de ses exigences opérationnelles uniques et de ses contraintes technologiques.
Les défis de l’industrie en matière de durabilité sont multiples et interconnectés. La pollution atmosphérique demeure une préoccupation majeure, les émissions de l’aviation contribuant non seulement au CO2 mais aussi aux effets autres que le CO2 tels que les oxydes d’azote, la vapeur d’eau et les particules qui ont un impact sur le changement climatique. La Commission européenne estime que l’aviation génère 13,9 % des émissions du secteur des transports, ce qui en fait la deuxième source d’émissions de gaz à effet de serre dans le secteur des transports après le transport routier.
Pourquoi est-il difficile de décarboniser l’aviation ?
Les carburants d’aviation durables présentent des obstacles importants en termes d’accessibilité et de prix, car les capacités de fabrication actuelles ne devraient satisfaire qu’une portion minime des besoins de l’industrie d’ici 2030.
Des obstacles techniques entravent également les efforts de décarbonisation de l’aviation. Bien que les technologies aéronautiques émergentes telles que la propulsion électrique et à hydrogène offrent des solutions potentielles pour les liaisons régionales, elles se heurtent à des limites importantes pour les opérations à longue portée en raison des contraintes liées à la densité de stockage de l’énergie et aux rapports puissance/poids.
Les nouvelles technologies aéronautiques, y compris les systèmes de propulsion électrique et à hydrogène, sont prometteuses pour les vols court-courriers, mais se heurtent à des défis importants pour les applications plus longues en raison des exigences en matière de densité énergétique.
Les facteurs supplémentaires qui rendent l’aviation particulièrement difficile à décarboniser sont les suivants :
- Contraintes d’infrastructure et intensité capitalistique: Le secteur de l’aviation fonctionne avec un important stock de capital d’équipements et d’infrastructures à longue durée de vie qui ont été optimisés spécifiquement pour le carburéacteur conventionnel. Les compagnies aériennes sont confrontées à des coûts énormes pour la modernisation des flottes existantes, tandis que les aéroports nécessitent des investissements importants dans les infrastructures pour prendre en charge les systèmes de stockage, de distribution et de manutention des carburants alternatifs.
- Exigences en matière de poids et de densité énergétique: La conception des aéronefs est fondamentalement limitée par les limitations de poids et la nécessité de carburants à densité énergétique élevée.
- Incidences climatiques multiformes: Au-delà des émissions de carbone, l’aviation produit des effets complexes autres que le CO2, notamment les traînées de condensation, les oxydes d’azote et la vapeur d’eau qui contribuent au réchauffement climatique.
- Longs délais de développement et de certification: Les nouvelles technologies aéronautiques et de propulsion nécessitent des essais, une certification et des processus d’approbation réglementaire approfondis qui peuvent s’étendre sur des décennies.
- Obstacles économiques et financiers: La transition vers des technologies durables implique des investissements initiaux importants et des obstacles financiers que de nombreuses entreprises du secteur de l’aviation ont du mal à financer, en particulier lorsque les alternatives durables comme le SAF demeurent beaucoup plus coûteuses que le carburéacteur conventionnel.
Dans toutes ces voies émergentes, la capacité de concevoir, de valider et de réduire les risques des architectures électriques dans des conditions de fonctionnement réalistes devient un catalyseur central de la décarbonisation de l’aviation.
Comment les essais d’électronique de puissance contribuent-ils à surmonter ces défis ?
Les essais d’électronique de puissance comprennent une évaluation complète des composants et des systèmes électriques dans des conditions réelles simulées.
Ces essais englobent diverses méthodologies, y compris les essais Hardware-in-the-Loop (HIL) et Power Hardware-in-the-Loop (PHIL), qui permettent aux ingénieurs de valider les systèmes de propulsion électrique, d’optimiser les réseaux électriques et d’améliorer les protocoles de sécurité avant la mise en œuvre réelle du vol.
Le processus d’essai aborde des aspects essentiels tels que la compatibilité électromagnétique (CEM), la qualité de l’énergie, la gestion thermique et la fiabilité opérationnelle dans des conditions environnementales extrêmes, notamment les variations d’altitude, les fluctuations de température, les vibrations et les changements d’humidité que les aéronefs rencontrent pendant les opérations de vol.
Voici quelques exemples clés d’essais d’électronique de puissance dans l’aviation :
- Essais avancés de stockage d’énergie : Évaluation complète des systèmes de stockage d’énergie pour les aéronefs électriques, y compris les essais de cycle de vie, la validation des performances dans diverses conditions de charge et les évaluations de sécurité afin d’assurer une alimentation électrique fiable tout au long des opérations de vol
- Essais des entraînements de moteurs électriques et des systèmes de propulsion :Validation des composants de propulsion électrique par le biais d’essais HIL, garantissant des performances, une efficacité et une intégration optimales avec les systèmes de distribution d’énergie des aéronefs
- Essais des unités de distribution d’énergie (PDU) :Évaluation des convertisseurs de puissance, des onduleurs et des systèmes de distribution qui gèrent le flux d’énergie électrique dans l’ensemble de l’aéronef, assurant une alimentation électrique stable et fiable à tous les systèmes électroniques
- Essais de contraintes environnementales: Évaluation de l’électronique de puissance dans des conditions extrêmes, y compris les cycles de température, les essais de vibration et l’exposition à l’humidité pour simuler les environnements de vol réels et assurer la fiabilité des composants
Les essais d’électronique de puissance jouent donc un rôle crucial dans la décarbonisation de l’aviation en assurant la fiabilité, la sécurité et la performance des systèmes électriques qui permettent des technologies aéronautiques plus durables. Alors que l’industrie aéronautique évolue vers des systèmes de propulsion électriques et hybrides, des essais rigoureux des composants électroniques de puissance deviennent essentiels pour valider ces solutions novatrices.
Découvrez PLUTON de Spherea
La série PLUTON® est le résultat de plus de 5 ans de R&D, et c’est maintenant la source d’énergie régénérative AC et DC la plus précieuse sur le marché. La série PLUTON® est une alimentation électrique et un émulateur de système d’alimentation à 4 quadrants configurables, fonctionnant avec diverses capacités de contrôle avec ou sans modèles intégrés en temps réel :
- Amplificateur de puissance, contrôlé en tension ou en courant
- Émulateurs intégrés de batterie, de pile à combustible et de moteur électrique
- Source/charge d’énergie régénérative avec capacité de télécommande à haute vitesse
Intégrant une technologie de commutation multi-niveaux et à haute fréquence novatrice, la série PLUTON® est spécialement conçue pour l’émulation de systèmes d’alimentation en temps réel. Son système de contrôle avancé permet l’exécution à faible latence de modèles personnalisés. Les solutions PLUTON® peuvent s’intégrer de manière transparente aux simulateurs tiers et fonctionner comme un amplificateur de puissance dans les applications Power Hardware-in-the-Loop (PHIL). Conçue pour la polyvalence, elle fonctionne en modes AC et DC.
Comment PLUTON accélère la décarbonisation de l’aviation
Les capacités avancées d’essais d’électronique de puissance de PLUTON répondent directement aux défis essentiels auxquels est confrontée l’industrie aéronautique dans sa transition vers des technologies durables. Alors que les compagnies aériennes et les entreprises de l’ensemble du secteur de l’aviation s’efforcent d’atteindre les objectifs stricts de réduction des émissions de carbone fixés par la Commission européenne et les cadres internationaux comme CORSIA, PLUTON fournit l’infrastructure d’essai essentielle nécessaire pour valider et optimiser les systèmes d’alimentation aéronautiques de prochaine génération.
Validation du système de propulsion des aéronefs électriques
L’alimentation électrique à 4 quadrants et les capacités d’émulation de PLUTON permettent des essais complets des systèmes de propulsion des aéronefs électriques, qui sont essentiels à la décarbonisation de l’activité aéronautique. La capacité du système à émuler les batteries, les piles à combustible et les moteurs électriques permet aux ingénieurs de :
- Valider la performance de l’entraînement du moteur dans des conditions de vol réalistes, assurant une conversion et un contrôle précis de la puissance dans toutes les phases des opérations de vol
- Tester les réseaux de distribution d’énergie pour les aéronefs électriques et hybrides, optimisant l’efficacité énergétique et réduisant le poids global du système
- Simuler des systèmes régénératifs qui peuvent récupérer de l’énergie pendant les phases de descente et d’atterrissage de l’aéronef, améliorant ainsi l’efficacité énergétique globale jusqu’à 15 %
Essais avancés de stockage d’énergie
Alors que l’industrie aéronautique développe de nouveaux aéronefs avec une propulsion électrique et hybride-électrique, les systèmes de stockage d’énergie — y compris les batteries et les solutions à base d’hydrogène — deviennent des composants essentiels. Les capacités d’essai régénératif de PLUTON fournissent :
- Validation complète des systèmes de stockage d’énergie dans des conditions aéronautiques extrêmes, y compris les changements d’altitude rapides, les variations de température, les charges transitoires et les cycles de fonctionnement à haute puissance
- Essais du cycle de vie qui accélèrent les mécanismes de vieillissement et de dégradation afin de prédire la performance du système sur des durées de vie opérationnelles des aéronefs de 10 à 20 ans, dans différentes technologies de stockage
- Protocoles d’évaluation de la sécurité assurant la conformité aux normes de sécurité aéronautique rigoureuses, tout en prenant en charge une densité énergétique élevée, une conversion d’énergie efficace et une intégration robuste du système
Soutenir le développement d’aéronefs de prochaine génération
Les capacités Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) de PLUTON permettent aux entreprises qui développent de nouvelles technologies aéronautiques de :
- Réduire les délais de développement grâce à la simulation et aux essais en temps réel des systèmes d’alimentation avant les prototypes physiques
- Optimiser l’électronique de puissance pour les systèmes de piles à combustible à hydrogène, soutenant le développement d’aéronefs à zéro émission pour les liaisons régionales
- Valider la compatibilité électromagnétique (CEM) pour les systèmes électriques complexes, assurant la conformité aux réglementations de sécurité aéronautique.
Soutenir le développement d’aéronefs de prochaine génération
Les capacités Power Hardware-in-the-Loop (PHIL) de PLUTON permettent aux entreprises qui développent de nouvelles technologies aéronautiques de :
- Réduire les délais de développement grâce à la simulation et aux essais en temps réel des systèmes d’alimentation avant les prototypes physiques
- Optimiser l’électronique de puissance pour les systèmes de piles à combustible à hydrogène, soutenant le développement d’aéronefs à zéro émission pour les liaisons régionales
- Valider la compatibilité électromagnétique (CEM) pour les systèmes électriques complexes, assurant la conformité aux réglementations de sécurité aéronautique.
Impact réel sur les objectifs de décarbonisation de l’aviation
Les capacités d’essai de PLUTON contribuent directement aux objectifs ambitieux de décarbonisation du secteur de l’aviation en permettant un développement et un déploiement plus rapides des technologies durables.
La capacité du système à effectuer des essais de mesures opérationnelles garantit que les nouveaux systèmes de propulsion électrique répondent non seulement aux objectifs environnementaux, mais maintiennent également les normes de sécurité, de fiabilité et de performance que l’industrie aéronautique exige. Cette approche d’essai complète représente une première étape cruciale dans la validation des technologies nécessaires pour atteindre des émissions nettes nulles de l’aviation d’ici 2050.
Grâce aux capacités d’essai avancées de PLUTON, Spherea soutient directement la chaîne de valeur de l’aviation en surmontant les obstacles techniques et financiers qui ont historiquement ralenti les efforts de décarbonisation de l’aviation, rendant les technologies aéronautiques durables plus accessibles et commercialement viables pour les compagnies aériennes et les fabricants d’aéronefs du monde entier.