Les obstacles à la certification et à la réglementation des aéronefs à pile à combustible à hydrogène

Les aéronefs à pile à combustible à hydrogène sont généralement considérés comme une technologie clé pour la décarbonisation de l'aviation, offrant le potentiel de zéro émission de carbone en vol et de réduction de la dépendance à l'égard des combustibles fossiles. Toutefois, la transition du concept à l'exploitation commerciale est bloquée par un épais épais épaississement des défis de certification et de réglementation.

Défis techniques et de certification de sécurité

L'hydrogène, bien que l'énergie de masse soit hautement inflammable, présente une large gamme d'inflammabilité et peut fragiliser certains métaux. Les autorités de certification comme l'Agence de la sécurité aérienne de l'Union européenne (AESA) et la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis doivent démontrer avec rigueur que les systèmes à hydrogène sont au moins aussi sûrs que les solutions actuelles basées sur le kérosène, ce qui implique des essais au sol approfondis, des analyses thermiques de fuite, des validations de détection des fuites et des essais de résistance à l'impact à grande échelle.

Lacunes dans l'élaboration des normes

Les normes actuelles de sécurité aérienne, telles que CS-25 pour les gros avions et FAR Part 25 pour les aéronefs de catégorie transport, ont été rédigées en tenant compte du kérosène. Il n'existe pas de normes globales et convenues au niveau international spécifiquement pour les groupes motopropulseurs de piles à hydrogène dans les aéronefs. Des organisations comme SAE International[ et Organisation internationale de normalisation (ISO)[ travaillent sur des directives préliminaires, mais le processus est lent. Par exemple, SAE AIR6464 couvre les systèmes de piles à combustible dans l'aérospatiale, mais il ne s'agit pas d'une norme de certification.

Principaux domaines de certification technique

  • Stockage de l'hydrogène:[ L'hydrogène liquide cryogénique (LH2) et l'hydrogène gazeux à haute pression présentent chacun des modes de défaillance uniques. La certification doit traiter de la gestion de l'ébullition, de l'aération pendant les opérations au sol, de l'intégrité du réservoir sous coup de foudre et de l'impact, et de la protection thermique.
  • Sécurité de la pile de combustible:[ Il faut démontrer que la surchauffe, la dégradation de la membrane et le croisement de l'hydrogène sont détectables et contenus.
  • Isolement du système de carburant:[ Les tuyaux à double paroi, les capteurs de détection des fuites et les systèmes d'inertie pour la zone de nacelle ou de fuselage doivent être certifiés pour empêcher l'accumulation d'hydrogène.
  • Procédures d'urgence:[ Les scénarios de descente d'urgence, d'atterrissage forcé et d'écrasement doivent supposer la libération d'hydrogène.

Complexité du processus de certification

La voie menant à la certification de type d'un aéronef à hydrogène n'est pas tracée. L'AESA et la FAA ont tous deux introduit des processus spéciaux pour traiter de nouvelles caractéristiques. Un exemple notable est la certification EASA de l'avion à pile à combustible à hydrogène à quatre places, qui utilisait un plan de conformité -- spécifique à la propulsion des piles à combustible. Cependant, l'élargissement de cette approche à l'avion régional à 50 ou 100 places implique des ordres de grandeur plus de tests.

Problèmes de réglementation et d'infrastructure

Même si un aéronef à hydrogène obtient la certification de type, il ne peut fonctionner sans un environnement réglementaire favorable pour l'infrastructure au sol, la manutention du carburant et les opérations aéroportuaires.

Règlement sur l'infrastructure des carburants à l'hydrogène

Les stations de ravitaillement en hydrogène conçues pour l'automobile ne sont pas directement transférables à l'aviation.Le ravitaillement en carburant des aéronefs nécessite des débits beaucoup plus élevés (kg par minute), des conceptions différentes de buses (criogènes pour LH2) et des zones de sécurité spécialisées. La certification d'aéroport dans le cadre de cadres comme l'annexe 14 de l'OACI (Aérodromes) ne prévoit pas encore de dispositions pour le stockage et la distribution de l'hydrogène.Les exploitants d'aéroports doivent négocier avec les codes d'incendie locaux, les agences environnementales et les autorités aéronautiques pour obtenir des permis pour les installations d'hydrogène.

Obstacles réglementaires en matière d'infrastructure

  1. Utilisation des terres et zonage :[ Les aires de stockage de l'hydrogène doivent être situées à une distance sécuritaire des terminaux de passagers et des fosses d'alimentation en carburant.
  2. Normes de qualité du carburant:[ L'hydrogène utilisé dans les piles à combustible doit avoir une pureté extrêmement élevée (99,999% plus) pour prévenir l'empoisonnement par catalyseur.
  3. Les zones de sécurité du ravitaillement:[ Les règlements concernant la distance entre les véhicules et les aéronefs, les systèmes d'extinction d'incendie et la formation du personnel varient selon les pays.
  4. Réponse d'urgence:[ Les services d'incendie aéroportuaires doivent être formés pour gérer les incendies d'hydrogène (qui nécessitent des produits chimiques secs ou du dioxyde de carbone, et non de l'eau pour les incendies électriques).

Cadres de réglementation environnementale

Les avions à pile à combustible à hydrogène ne produisent pas de CO2, de NOx (dans la pile à combustible elle-même), ou de suie, mais ils produisent de la vapeur d'eau et peuvent avoir des émissions en amont si l'hydrogène n'est pas vert. CORSIA[ (Carbon Compresting and Reduction Scheme for International Aviation) ne traite actuellement que du CO2, de sorte que les avions à hydrogène répondraient automatiquement à l'objectif de neutralité carbone.

Divergence réglementaire entre les régions

L'AESA a pris une approche plus prudente, en mettant l'accent sur les petits manifestants, ce qui crée une incertitude pour les constructeurs ciblant les deux marchés. Un accord bilatéral sur la certification des aéronefs à hydrogène n'est pas encore en place. Entre-temps, China , l'Administration de l'aviation civile (ACAC) élabore ses propres normes d'hydrogène, ce qui pourrait conduire à trois régimes de certification différents. L'industrie a besoin d'urgence de coordination au niveau de l'ICAO pour éviter une recertification coûteuse pour chaque marché.

Perspectives d'avenir : la voie vers la certification et le déploiement

La feuille de route de l'EASA - -Hydrogen Aviation - (mise à jour en 2024) décrit une approche progressive : petits manifestants d'ici 2025, avions régionaux d'ici 2030 et concepts à un seul essieu d'ici 2035. Le FAA-Centre pour les concepts émergents et l'innovation collabore avec la NASA sur les bancs d'essai de propulsion à l'hydrogène.

Principaux jalons à franchir

  • 2025-2027: Publication de normes internationales consensuelles pour le stockage de l'hydrogène et l'intégration des piles à combustible (SAE/ISO/ASTM).
  • 2027-2028:[ Premier type de certification d'un aéronef régional à hydrogène (p. ex., l'ATR EVO avec adaptation de la pile à hydrogène).
  • 2029-2030:[ Adoption de règlements globaux sur la manutention de l'hydrogène dans les aéroports par l'intermédiaire des amendements à l'annexe 14 de l'OACI.
  • 2031-2032:[ Intégration des effets de l'hydrogène non CO2 dans les systèmes d'échange de droits d'émission, fournissant un crédit réglementaire.

Pour accélérer les progrès, les régulateurs, les fabricants et les entreprises d'énergie doivent former des groupes de travail de précertification qui fonctionnent en parallèle avec le développement d'aéronefs. Cette approche a fonctionné pour les aéronefs VTOL électriques (p. ex., EASA=s condition spéciale pour eVTOL) et peut être reproduite pour l'hydrogène.

Enfin, l'industrie aéronautique doit accepter que la certification soit itérative. Les aéronefs à hydrogène de première génération peuvent être pénalisés à distance et nécessiter des infrastructures aéroportuaires spécifiques, mais les cadres réglementaires doivent demeurer suffisamment souples pour permettre des améliorations progressives.L'objectif ultime n'est pas seulement un avion certifié, mais un système certifié – aéronautique, carburant, aéroport et exploitation – qui répond aux normes de sécurité et d'environnement les plus élevées.

L'aviation à pile à combustible à hydrogène peut réussir, mais seulement si les défis de certification et de réglementation sont traités comme un problème de conception de premier ordre dès le début du développement. L'horloge est en marche: pression de la cible zéro net et les attentes des investisseurs n'attendront pas que le règlement rechigne.

Pour en savoir plus : EASA Hydrogen Aviation[ Ohio FAA Hydrogen Propulsion[ Ohio SAE AIR6464 Ohio IATA Hydrogen Standards[