« Recherche:Les problèmes environnementaux concernant l'aviation, solutions actuelles et alternatives d'avenir » : différence entre les versions
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=== Introduction ===
Ce mémoire est un travail de synthèse sur les problèmes environnementaux concernant le domaine de l’[[w:aviation|aviation]] suivi d’une présentation des solutions et alternatives possibles. À l’image des études qu’il clôture, ce travail abordera le thème de façon générale.
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Pour une recherche d’informations plus détaillée, vous trouverez en référence à la suite de chaque sujet abordé les adresses des sites Internet les plus intéressants et les plus complets (Internet :) ainsi que les numéros de magazines et numéros de pages des articles Science & Vie les plus complets (Magazine Science et Vie :).
=== Les problèmes environnementaux planétaires ===
==== Notre terre, un avion ====
L’aviation est un domaine pointu où une réglementation très stricte ne permet pas de voir les choses avec négligence. De fait, en vol, une simple défaillance peut être fatale pour les passagers d’un aéronef, voire pour les personnes se trouvant sur les lieux lors du crash.
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Comme le pilote dans son avion, il nous est permis de vérifier le bon fonctionnement de la terre de par son observation. Pour suivre avec détails les processus d’équilibre, de nombreux moyens ont en effet été mis en place tel que [[W:Satellites|satellites]], [[W:Stations météorologiques|stations météorologiques]], [[W:Sondes océaniques|sondes océaniques]], etc. Ces informations très complexes fournies pas ces postes d'observations sont contrôlées en permanence par les scientifiques. Ce sont eux qui surveillent le tableau de bord de notre planète. Dès l’apparition d’une anomalie, ils nous informent du phénomène inquiétant. Avertis du problème, les dirigeants de notre planète sont libres de réagir en bons pilotes et prendre les dispositions nécessaires pour garantir la sécurité des générations à venir, autrement dit, les passagers présent et futur cette engin spatial que l’on appelle Terr
==== L’exemple de la couche d’ozone ====
En 1984, les scientifiques mettent à jour l’existence d’une diminution significative de la concentration d’[[w:ozone|ozone]] (O3) au printemps en [[w:Antarctique|Antarctique]] et à l’automne en [[w:Arctique|Arctique]].
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Magazine Science et Vie n<sup>o</sup> 56 p.66
==== Le réchauffement climatique ====
[[Fichier:EcartsTempSurface2014.svg|right|frameless]]
Depuis quelques années, les relevés statistiques des températures terrestres inquiètent les scientifiques. Comme le montre ce graphique ci-contre, la terre se réchauffe et les conséquences de son [[w:réchauffement climatique|réchauffement climatique]] ne sont pas connues avec précision à ce jour.
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Magazine Science et Vie n<sup>o</sup> 1020 p.98
===== L’effet de serre =====
L’énergie solaire nous parvient sur terre sous forme de rayonnement dont la plus grande partie traverse l’atmosphère pour réchauffer la surface du globe. La terre, à son tour, se défait de cette énergie (aussi sous forme de rayonnement) et la renvoie dans l’espace. Pour maintenir l’équilibre des températures, la terre doit dégager dans l’espace autant d’énergie qu’elle en absorbe.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup>1016 p.110
===== Le Protocole de Kyoto =====
La réaction des gouvernements face au réchauffement climatique s’est concrétisée lors d’une [[w:Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques|Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques]] en 1992 à Rio. Ce rassemblement a permis l’élaboration de mesures diverses visant à diminuer la production de gaz à effet de serre par l’homme.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup>1049 p.86
==== Impact de l'aviation sur le réchauffement climatique ====
La plupart des analyses permettent d’observer une augmentation des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur du transport aérien. Et pour cause, l'aviation a connu une croissance d'environ 48% entre 1990 et 2000. Le [[W:GIEC|groupe d'experts intergouvernemental sur l’évolution du climat]] (GIEC) évalue les émissions de {{formule chimique|CO|2}} par l’aviation à 0,14 milliard de tonnes de carbone pour l’année 1992 (soit 0,51 milliard de tonnes de {{formule chimique|CO|2}}). L’aviation comptait donc en 1992 dans le monde pour 2% des émissions anthropiques totales de {{formule chimique|CO|2}}, et 13% des émissions liées aux transports.
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Selon l'Institut pour l'Environnement de Stockholm, qui a publié le 5 juillet 2004 un rapport sur l'aviation et le développement durable, c’est bien un peu moins de 2 % du total des gaz à effet de serre qui sont émis par le trafic aérien. Mais du fait de leurs émissions à haute altitude, leurs effets sont 3 fois plus nocifs que s'ils étaient émis au sol. Cela avec la croissance prévisible du trafic, fait qu'en 2050 l'aviation pourrait avoir une responsabilité de 15 % dans le changement climatique.
===== La production de dioxyde de carbone ({{formule chimique|CO|2}}) =====
Chaque kilogramme de kérosène brûlé libère 3,15 {{abréviation|kg|kilogramme}} de [[w:gaz carbonique|gaz carbonique]].
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D’autre solutions techniques seront traitées dans des prochains chapitres.
===== La production d’oxyde d’azote (NOx) =====
La haute température de combustion des moteurs d’avions conduit les molécules d’oxygène et d’azote de l’air à former des oxydes d’azote (NOx). Ceux-ci ont un impact positif sur l’effet de serre par la dégradation du méthane. Il contribuent aussi à la formation d’ozone (O3) reconnu comme gaz à effet de serre mais utile dans la stratosphère et nuisible, on le verra, dans la troposphère. Le bilan de la contribution des NOx au réchauffement de la planète n’est donc pas encore clairement défini.
===== La formation de cirrostratus par les « contrails » =====
[[Fichier:Trainées avion évolution albédo.jpg|thumb|Traînées (au soleil levant et évolution)<br />(Lille, 8 octobre 2006).]]
En altitude de croisière, les avions peuvent former des traînées blanches appelées [[w:fr:Contrail|contrails]], qui depuis quelques décennies modifient significativement l’[[w:fr:albédo|albédo planétaire]]. La formation de ces « ''trails ''» s’explique par le fait que l’air traversé par les avions peut être saturé d’eau sans qu’il y ait formation de nuages par manque de noyaux de condensation.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup>1052 p.106
===== La prolifération de maladies et la délocalisation d’espèces =====
En 1968 la [[w:grippe de Hong Kong|grippe de Hong Kong]], responsable de deux millions de morts, a mis un an pour atteindre 52 des plus grandes villes du monde. Si elle s’était déclarée en l’an 2000, elle aurait fait le tour de la planète en six mois.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup>1049 p.85
===== La contribution au tourisme de masse =====
Dans certains pays qui émergent par le tourisme, l’argent facile que les visiteurs apportent pervertit la vie locale. Un pourboire donné pour un petit service équivaut parfois au gain normal d’une journée de travail harassant. Ce fait, lié à la drogue ou à la prostitution, peut avoir des répercussions dramatiques. La [[w:Thaïlande|Thaïlande]] est un exemple tristement célèbre pour son tourisme sexuel et sa prostitution enfantine.
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Internet : http://www.planetecologie.org/JOBOURG/Francais/tourisme.html http://www.insula.org/tourism/version.htm
=== Problèmes environnementaux régionaux ===
==== Le bruit ====
Comme en témoigne le dossier de Bruxelles National, le bruit des avions est un problème épineux à proximité des aéroports. Il a été admis que dans l’union européenne plus de dix millions de citoyens souffrent de nuisances sonores dues au trafic aérien.
===== Le bruit des moteurs à réaction =====
La réduction du bruit des moteurs à réaction à été très importante depuis l’apparition de ceux-ci. Pour exemple, un avion à réaction des années 1960 tel que la Caravelle produisait autant de bruit que 125 avions de la génération actuelle tels que l'Airbus A320.
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Enfin un turboréacteur peut être utilisé pour alimenter une hélice il devient alors [[w:turbopropulseur|turbopropulseur]]. Au bruit du moteur s’ajoute donc celui de l’hélice dont on parlera ci-dessous.
===== Le bruit du moteur à pistons =====
Les [[w:moteurs à pistons|moteurs à pistons]] sont par nature moins bruyants que les moteurs à réaction. Mais l’aviation légère et sportive qui utilise ce type de moteur utilise des altitudes de croisière plus basses que l’aviation commerciale (surtout les ultra légers). De plus, les terrains d’atterrissages sont situés généralement plus près des zones habitées.
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Les bruits provenant d’un moteur à pistons proviennent majoritairement de l’échappement des gaz brûlés. Contrairement aux ULM les avions neufs ne sont en général pas équipés de silencieux. Mais les constructeurs de silencieux existent et la réglementation d’un pays peut rendre leur installation obligatoire.
===== Le bruit des hélices =====
Les moteurs à pistons sont généralement couplés à une hélice propulsive.
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En général, plus les hélices sont courtes et plus elles sont lentes, moins elles font de bruit. Pour conserver une force propulsive suffisante en rapport à la puissance du moteur on augmente alors le nombre de pales.
===== Les bruits aérodynamiques =====
Le bruit des avions ne se limite pas à celui de leurs moteurs. Les bruits résultant de l’écoulement de l'air le long de la voilure sont aussi très important.
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Magazine Science et Vie n<sup>o</sup>1049 p.92
==== L’émission de gaz toxiques ====
La pollution toxique d’un moteur provient principalement d’une combustion incomplète du carburant car son mélange avec l’air n’est jamais parfait.
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* L’ozone troposphérique est produit par l’action du rayonnement solaire sur les oxydes d’azote mélangés aux émissions de solvants et d‘hydrocarbure. Les pics d’ozone ont pour conséquence l’apparition d’un [[w:brouillard photochimique|brouillard photochimique]] (smog) caractérisé par une diminution de la visibilité et par des atteintes aux humains, animaux, plantes et matériaux.
===== Les moteurs 4 temps =====
Dans le monde automobile où les moteurs à 4 temps sont principalement utilisés, des progrès considérables ont été réalisés pour diminuer l’émission de gaz toxiques. D’une part en diminuant grandement la consommation, d’autre part en préconisant l’installation de pots d’échappement catalytiques sur les moteurs diesel comme essence.
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Magazine Science et Vie n<sup>o</sup> 1038 p.82 et n<sup>o</sup> 1037 p.122
===== Les moteurs 2 temps =====
Principalement utilisés dans l’aviation ultra légère, les moteurs deux temps sont les plus pollueurs. Ils brûlent non pas de l'essence pure mais un mélange d'huile et d'essence. En raison de leur fonctionnement technique, une forte proportion d’huile et d'essence traverse le moteur sans participer à la combustion. Aussi ils ne peuvent être équipés de pots catalytiques car ceux-ci s’encrasseraient trop vite.
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Les moteurs 2 temps ont pour avantage leur rapport poids puissances, mais les améliorations techniques apportées aux moteurs 4 temps les rendent de plus en plus compétitif sur ce point. Aussi plus écologiques, les moteurs 4 temps sont aussi avantageux au niveau de la fiabilité, de la consommation et de l’endurance.
===== Les moteurs à réaction =====
Les moteurs à réaction utilise du [[w:kérosène|kérosène]] pour leurs combustion. Produit de distillerie, il se situe entre le diesel et l’essence.
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Magazine Science et Vie :n<sup>o</sup>1052 p.106
==== L’émission d’aérosols ====
La combustion d’essence et de kérosène dans les moteurs d’avions produit des aérosols sous forme de suies. Les moteurs fonctionnant au kérosène et au diesel produisent beaucoup plus d’aérosols que les moteurs à essence.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup> 1038 p. 82
==== Le délestage de kérosène en cas de problème ====
La pression qu’exerce un avion sur une piste d’aéroport est moins importante au décollage qu’à l’atterrissage. En effet, à l’atterrissage la piste doit non seulement supporter le poids d’un avion, mais aussi la force nécessaire pour dévier l’avion de sa trajectoire descendante. Ce [[w:Poids#Poids apparent|poids apparent]] variera en fonction de l’habileté du pilote de faire correctement son « arrondi » dans sa manœuvre d'[[w:atterrissage|atterrissage]].
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Un Boeing 747, partant pour un vol long courrier pourrait délester cinquante à soixante mille litres de kérosène. Limiter la charge d’un avion au décollage à celle de l'atterrissage pourrait éviter ce type de problème mais cela pourrait exiger dans le cas de long courrier une escale de ravitaillement, avec les problèmes qui en découlent.
==== Pollution des eaux ====
L'extraction, le stockage et le transfert dans la chaîne de production et d’approvisionnement en hydrocarbures s'accompagnent de pollutions diverses : marées noires, dégazages, pollution des eaux continentales par le raffinage, fuites de stocks entreposés, pertes lors de transfert, accidents ...
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* http://www.stac.aviation-civile.gouv.fr/publications/documents/eauaero2/eauaero2.pdf
=== Alternatives d'avenir ===
==== De nouveaux concepts aérodynamiques ====
Avec l’apparition prochaine sur nos aéroports de l’airbus A380, il est fort probable que nous ayons atteint une limite qu’on pourrait qualifier de génétique à l’évolution en taille des cellules de types traditionnelles. Par ailleurs Boeing, concurrent direct d’Airbus, ne semble pas vouloir relever le défi du nombre de places.
Si un gros avion crée moins de problèmes environnementaux que deux petits pour la même quantité de passagers, la recherche de nouveaux concepts aérodynamiques est donc d'actualité. Il n’existe encore aucun projet concret mais les recherches sont en cours sur les pistes des plus diverses dont voici quelques exemples.
===== L’avion à double pont =====
L’avion à double pont permet d’augmenter la charge utile mais pose des problèmes au niveau de son envergure.
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Internet : http://www.techno-science.net/?onglet=articles&article=025
===== L’aile volante =====
Pour augmenter la capacité des avions du futur, il est probable que l’on se tourne vers le concept de l’aile volante dont le principal avantage réside dans le fait que toute la structure de l’avion est portante. Aussi la perte de rendement aérodynamique d’une aile delta par rapport à une aile classique est compensé par la suppression de traînée due à l’empennage.
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Magazine Science et Vie n<sup>o</sup>933 p.102, n<sup>o</sup>1000 p.170 et n<sup>o</sup>1002 p.128
===== Le dirigeable =====
L’accident du « [[w:Hindenburg|Hindenburg]] » (le dirigeable allemand qui brûla en 1935) suscita l’abandon du « plus léger que l’air ».
Ligne 429 :
Magazine Science et Vie n<sup>o</sup>992 p.150
==== Des moteurs non polluants ====
===== Les nouveaux carburants =====
Des substituts aux carburants classiques des avions utilisant des moteurs à pistons existent comme nous avons déjà pu le constater. À ceux déjà vus nous pourrions ajouter certains biocarburants dont la production nécessite de grandes quantités de biomasse et des procédés qui ne sont pas toujours très écologiques.
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* http://www.pile-a-combustible.com/islande.html
===== Le moteur électrique =====
Voici un moteur qui, dans le domaine de l’aviation présente beaucoup d’avantages sur le moteur à pistons. Démarrage automatique, puissance instantanée, grande plage de vitesses, simplicité d’entretien, insensibilité au givre, au renversement , aux variations de densité de l’air, bruit négligeable, pollution zéro, grande longévité… Ce serait le moteur d’avion idéal s’il ne nécessitait pas d’être approvisionné par une énergie difficile à stocker et à transporter.
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* http://www.clean-auto.com/article.php3?id_article=253
===== Le moteur à air comprimé =====
Le moteur à air comprimé existe mais les problèmes liés au stockage de l’air comprimé ne pourraient permettre une autonomie suffisante pour une application dans l’aviation. Aussi si le moteur à air comprimé vol actuellement, c’est sur des avions modèle réduit.
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* http://www.lastinfos.com/articles/jeux_jouets/JOUETS/440196.htm
===== Stockage d’électricité et production embarquée =====
L’électricité est une énergie très commode et propre pour peu qu’elle soit fabriquée de façon écologique. Les risques de son utilisation sont connus et maîtrisés mais elle n’existe pas de façon spontanée dans la nature ou en tout cas pas de façon exploitable. Il faut donc la produire puis la stocker et, si sa production ne pose pas de soucis, son stockage reste un problème épineux.
===== La Batterie lithium polymère =====
La [[w:batterie Lipo|batterie Lipo]] est actuellement le système d’accumulation d’électricité le plus performant. D’une grande capacité, elle se présente comme une enveloppe souple d’une épaisseur de 3.5 mm et d’une grande légèreté. Son rapport poids puissance est trois fois supérieur aux derniers accumulateurs commercialisés.
Ligne 495 :
Magazine Science et Vie n<sup>o</sup>991 p.136
===== La pile à combustible =====
La [[w:pile à combustible|pile à combustible]] est sans doute la solution la plus plausible pour l’approvisionnement des moteurs électriques de demain. Grosso modo son principe repose sur une réaction inverse à celle de l’hydrolyse. Elle produit à partir d’hydrogène de l’énergie répartie en électricité pour 60% et en chaleur pour 40%. L’exploitation de ces deux types d’énergies (cogénération) permettrait à la pile à combustible de supplanter facilement l’apu des avions de grande taille.
Ligne 514 :
Magazine Science et Vie n<sup>o</sup>1004 p.140
===== L’avion solaire =====
La cellule photovoltaïque serait une solution idéale pour alimenter les moteurs électriques d’un aéronef: énergie gratuite, pas de problème de gestion de carburant, rentabilité augmentant avec l’altitude et le froid, peu d’entretien, grande longévité... Malheureusement son rendement est trop faible. L’énergie fournie au mettre carré par le soleil est de 1200W. Avec des cellules dépassant difficilement un rendement de 25%, il faudrait une surface énorme pour assurer une puissance équivalente à celle d’un moteur d’un avion classique.
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Magazine Science et Vie : n<sup>o</sup>958 p.134
=== Conclusion ===
Plus rapide, plus propre, plus sûr, moins bruyant et moins cher : tel sera l'avion du futur… C'est du moins le vœu de tous et une condition essentielle au fantastique essor auquel l'aviation civile semble promise.
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