L’aviation est sous le feu des critiques qui s’intensifient au fur et à mesure que la crise climatique se manifeste. Une des stratégies qui est maintenant utilisée pour répondre à ces critiques est d’apporter des réponses technologiques. Boeing affirme que le changement climatique est un défi sérieux et met en avant les améliorations technologiques comme solution pour réduire les émissions [1]. De son côté Airbus veut amener une réponse plus ambitieuse et parle d’avions zéro-émission [2]. Intéressons-nous à ces avions zéro-émission. Le sont-ils vraiment ? Si ce n’est pas le cas, combien émettent-ils ? Cela sera-t-il suffisant pour que le secteur de l’aviation puisse relever les défis de la crise climatique ?
Les avions zéro-émission sont actuellement définis comme des avions qui fonctionnent à l’hydrogène. Le principe est d’utiliser de l’hydrogène comme combustible à la place du kérosène. Il est essentiel de comprendre que l’hydrogène n’est pas une source d’énergie. Il n’existe pas de puits d’hydrogène comme il pourrait exister des puits de pétrole. L’hydrogène est un moyen de transporter de l’énergie, comme une batterie par exemple.
Tout l’enjeu est donc de savoir comment l’hydrogène qui sera utilisé par ces avions aura été produit, afin de déterminer les émissions de gaz à effet de serre associées.
L’hydrogène aujourd’hui
Comment produit-on l’hydrogène et combien de gaz à effet de serre cela émet-il ?
Aujourd’hui, la production mondiale annuelle d’hydrogène est responsable de l’émission de 830 millions de tonnes de CO₂ [3]. Ce qui représente par exemple 17,8 fois les émissions de la Suisse [4] (les émissions directes issues du territoire national). Cet hydrogène est principalement utilisé pour la production d’engrais et la conversion du pétrole lourd.
Il existe par ailleurs différentes manières de produire de l’hydrogène, faisant ainsi fortement varier les émissions de CO₂ associées à sa production, en fonction de la nature de la matière première utilisée :
Ainsi, l’hydrogène émet en moyenne 12,1 kgCO₂/kgH₂ (en tenant compte des émissions les plus basses pour l’électrolyse). Par conséquent, 12,1 kg d’émissions de CO₂ sont nécessaires pour produire 1 kg d’hydrogène.
Parmi les différents procédés de production de l’hydrogène, le plus “propre” est l’électrolyse de l’eau. Or, cette méthode nécessite de l’électricité et de l’eau. Si tout l’hydrogène produit aujourd’hui l’était par électrolyse, il faudrait utiliser 617 millions de m3 d’eau, soit 1,3% de la consommation d’eau du secteur énergétique [5].
Sur cette base, on peut voir qu’utiliser de l’hydrogène n’est pas “zéro-émission”. En effet, si au moment de sa combustion, l’hydrogène n’émet pas de CO₂, sa production nécessite d’émettre une quantité non négligeable de CO₂. Continuons donc l’analyse à travers l’exemple de l’aviation.
Combien un avion émettrait de gaz à effet de serre s’il fonctionnait aujourd’hui à l’hydrogène ?
Un avion faisant un vol Londres-New-York en utilisant uniquement de l’hydrogène utiliserait 11,1 tonnes d’hydrogène et émettrait donc 135 tonnes de CO₂, soit 630 kgCO₂ par voyageur uniquement pour le carburant utilisé. À titre de comparaison, les avions qui volent en ce moment émettent environ 563 kgCO₂ par voyageur (les calculs sont expliqués en annexe). Il est important de noter ici qu’uniquement les émissions liées à la production de l’hydrogène et la combustion du kérosène sont prises en compte. Les émissions liées à la construction des avions, les infrastructures aéroportuaires et toutes les autres émissions liées au secteur de l’aviation ne sont pas considérées.
Un avion utilisant de l’hydrogène produit aujourd’hui augmenterait de 12% les émissions de gaz à effet de serre du carburant par rapport à un avion fonctionnant au kérosène.
Est-ce suffisant pour relever le défi de la crise climatique?
Si l’objectif est de réduire les gaz à effet de serre produits par l’aviation, la manière dont l’hydrogène est produit est donc la question centrale. La voie privilégiée pour de l’hydrogène “propre” est l'électrolyse de l’eau en utilisant des énergies renouvelables. Cependant, l’électrolyse n’est pas encore développée à grande échelle et présente un coût d’investissement élevé. Par ailleurs, comme vu précédemment, la production d’hydrogène “propre” produirait tout de même des émissions de CO₂ (0,97kgCO₂ pour un kg d’hydrogène avec de l’électricité provenant d’éoliennes).
Un avion fonctionnant uniquement avec de l’hydrogène “propre” émettrait dès lors environ 50,1 kgCO₂/voyageur pour un vol Londres-New-York (à comparer avec les 563 kgCO₂/voyageur des avions existants).
Un avion fonctionnant uniquement avec de l’hydrogène “propre” aurait un carburant qui émettrait 91% d’émissions de gaz à effet de serre en moins qu’un avion fonctionnant au kérosène, mais ne serait pas zéro-émission.
Il faut aussi se méfier massivement du fameux effet rebond. Plus un produit ou service est bon marché et efficient, plus on a tendance à l’utiliser. C’est d’ailleurs exactement ce qu’il s’est produit avec l’aviation jusqu’à maintenant : depuis 1990, les émissions par passager ont diminué (de 45% [6] pour les avions au départ de la Suisse) mais les émissions totales de l’aviation ont quant à elles globalement augmenté. Ainsi, plus les avions sont efficaces, moins un billet coûte cher et plus le nombre de vols augmente. Il est donc probable que l’on observe le même effet avec l’avion à hydrogène si la notion de sobriété n’est pas introduite. Donc que l’on se mette à moins prendre l’avion d’une manière ou d’une autre.
L’hydrogène serait donc une manière efficace de réduire l’impact de l’aviation sur le climat dans un monde où la production de l’énergie émettrait peu de CO₂, afin de pouvoir produire de l’hydrogène “bas carbone”. Cependant, ce n’est pas si simple. En réalité, jusqu’à présent, les énergies bas-carbone n’ont pas remplacé les énergies fossiles, elles n’ont servi qu’à compléter (en partie) la consommation énergétique toujours plus élevée au niveau mondial. Dans ce contexte, même des avions qui utiliseraient de l’hydrogène “propre” le feraient aux dépens d’autres utilisations de l’énergie. En d’autres mots, l’aviation utiliserait des énergies bas-carbone qui sont déjà largement insuffisantes pour couvrir les autres besoins énergétiques.
La réalité est que l’aviation devra donc diminuer en priorité sa consommation énergétique si elle veut être compatible avec un monde où l’humanité n’est plus menacée par le dérèglement climatique.
Quelles sont les pistes pour que l’aviation fasse sa part face à la crise climatique ?
Voler utilise beaucoup d’énergie. Or, dans un monde bas-carbone, cette énergie sera de plus en plus précieuse. L’industrie de l’aviation devra ainsi se reconvertir si elle ne veut pas avoir un impact démesuré sur le climat, ce dernier étant de plus en plus déréglé par nos activités avec des conséquences toujours plus fortes pour l’humanité. Une des pistes possibles serait la reconversion progressive du secteur de l’aviation dans d’autres formes de mobilités bas carbone et moins énergivores, comme le train.
Suite à ces constats, les pistes pour une reconversion du secteur de l'aviation seraient les suivantes :
Planifier la restructuration économique et sociale qui sera nécessaire suite à la diminution des transports aériens.
Si l'hydrogène est adopté comme carburant, s’assurer qu’il provienne d’une production par électrolyse avec de l’électricité bas-carbone, afin de remplacer au moins la même quantité d’énergie fossile.
L’avion à hydrogène n’est ainsi pas une solution miracle. Cette technologie peut en effet limiter l’impact de l’aviation sur le climat si et uniquement si elle s’inscrit dans un contexte de sobriété et de transition énergétique.
Pour aller plus loin dans cette réflexion, vous pouvez lire l'analyse plus fine des pistes de reconversion du secteur aéronautique réalisée par le think thank “The shift project”.
Annexe : calculs
Vous pouvez retrouver tous les calculs et les hypothèses utilisées dans cet article ici.
Sources :
[1] Our Environmental and Climate Change Policies - Boeing ...." http://www.boeing.com/aboutus/environment/environmental_report_09/our-environmental-policy.html. Date de consultation : 14 nov.. 2020.
[2]"Zero emission - Innovation - Airbus." https://www.airbus.com/innovation/zero-emission.html. Date de consultation : 14 nov.. 2020.
[3]"Hydrogen - Fuels & Technologies - IEA." 28 août. 2020, https://www.iea.org/fuels-and-technologies/hydrogen. Rapport complet p.37. Date de consultation : 14 nov.. 2020.
[4]"Climat: En bref - Bundesamt für Umwelt." 15 mai. 2020, https://www.bafu.admin.ch/bafu/fr/home/themes/climat/en-bref.html. Date de consultation : 2 déc.. 2020. [5] "The Future of Hydrogen - IEA webstore." https://webstore.iea.org/download/summary/2803?fileName=English-Future-Hydrogen-ES.pdf. Rapport complet. Page 43. Date de consultation : 16 nov.. 2020.
[6]"Impact du transport aérien sur le climat - BAZL." https://www.bazl.admin.ch/climat. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[7]"Comment construire une aviation durable pour ... - Carbone 4." http://www.carbone4.com/decryptage-aviation-durable/. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[8]"SFI Final - Report - Hydrogen Europe." https://hydrogeneurope.eu/sites/default/files/2018-01/spaceforinnovation.pdf. Date de consultation : 16 nov.. 2020.
[9]"Fuel economy in aircraft - Wikipedia." https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_economy_in_aircraft. Date de consultation : 16 nov.. 2020.
[10]"Plan A330-200 - 208 sièges - Air France." https://www.airfrance.fr/FR/fr/common/guidevoyageur/classeetconfort/plan-cabine-LC-plan-A330-200.htm. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[11]"Plan de cabine de l'Airbus A330-200 | Qantas." https://www.qantas.com/fr/fr/qantas-experience/onboard/seat-maps/airbus-330-200.html. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[12] "Plan cabine de notre Airbus A330-200 | Air Caraïbes." https://www.aircaraibes.com/la-compagnie/la-flotte/plan-cabine-a330-200. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[13]"Croissance plus lente mais constante en 2019 - IATA." https://www.iata.org/contentassets/12851812b6e6455eb8363726eb326fef/2020-02-06-01-fr.pdf. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[14] "Bilans GES Ademe." 7 août. 2020, https://www.bilans-ges.ademe.fr/. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
[15] "Life Cycle Assessment of Renewable Hydrogen Production ...." https://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/analysis/pdfs/35404.pdf. Date de consultation : 16 nov.. 2020.
[16] "Rendement de la chaîne hydrogène - Ademe." https://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/rendement-chaine-h2_fiche-technique-02-2020.pdf. Date de consultation : 26 nov.. 2020.
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