La percée de la propulsion électrique produit un moteur qui pourrait aider à révolutionner l'aviation verte

Les ingénieurs du MIT affirment avoir développé un nouveau moteur qui pourrait être utilisé pour électrifier les gros avions, réduisant considérablement leur empreinte carbone grâce à une nouvelle technologie de propulsion électrique innovante.

Le moteur de 1 mégawatt a déjà fait l'objet d'une conception et de tests de ses composants principaux, ce qui, selon l'équipe du MIT, aide à démontrer que sa production d'énergie est comparable aux moteurs actuels des petits avions.

Chaque année, plus de 850 millions de tonnes de dioxyde de carbone sont polluées par l'industrie aéronautique. S'ils ne sont pas atténués, ces niveaux pourraient être multipliés par trois d'ici le milieu du siècle, des inquiétudes qui ont entraîné des plafonds sur les émissions de dioxyde de carbone des vols internationaux qui ont été institués ces dernières années.

En raison de son empreinte carbone massive, l'électrification a longtemps été considérée comme la voie la plus viable pour aider à rendre l'industrie aéronautique plus respectueuse de l'environnement.

Depuis le milieu du XIXe siècle, les machines électriques fonctionnent sur le principe général que la quantité d'énergie générée dépend de la taille des bobines de cuivre et du rotor magnétique utilisé pour alimenter le moteur de la machine. Proportionnelle à la puissance qu'une machine peut produire est la chaleur qu'elle génère, ce qui, à de si grandes échelles, nécessite des mécanismes de refroidissement qui augmentent les besoins en espace pour leur fonctionnement.

En raison de ces facteurs, seuls les avions plus petits disposent actuellement d'une production d'énergie entièrement électrique, car les exigences d'électrification des avions de ligne commerciaux et d'autres avions plus gros nécessitent des moteurs capables de produire de l'énergie à l'échelle du mégawatt.

Cependant, produire de telles quantités d'énergie n'est pas une mince tâche et, en termes de faisabilité, il faudrait des systèmes turbo-électriques hybrides qui combinent des composants de moteur électrique avec une propulsion par turbine à gaz.

Zoltan Spakovszky, chef du projet MIT et professeur d'aéronautique T. Wilson de l'université et directeur de son laboratoire de turbines à gaz (GTL), qualifie les moteurs de classe mégawatt que son équipe envisage de "facilitateur clé pour l'écologisation de l'aviation", que le système résultant repose en partie sur des batteries, de l'hydrogène, de l'ammoniac ou une variété de carburants d'aviation respectueux de l'environnement.

En puisant dans la force électromagnétique pour produire du mouvement, les moteurs électriques fonctionnent en générant des champs magnétiques à l'aide de bobines de cuivre, près desquelles un aimant tourne dans la même direction que le champ, qui peut ensuite être utilisé pour alimenter des instruments en rotation comme un ventilateur ou, dans le cas d'un avion, une hélice.

Spakovszky et son équipe affirment que le moteur qu'ils développent actuellement pourrait être combiné avec des sources d'énergie électrique à batterie ou à pile à combustible, qui seraient ensuite canalisées vers un travail mécanique qui pourrait entraîner les hélices d'un avion.

Une autre conception hybride possible pourrait incorporer un turboréacteur à double flux conventionnel qui générerait de l'énergie électrique pendant certaines étapes de vol.

En fin de compte, ce que Spakovszky et l'équipe d'ingénierie du MIT pensent être vraiment nécessaire pour rendre l'industrie aéronautique suffisamment verte pour atteindre les objectifs environnementaux actuels sera le développement de conceptions d'avions uniques et innovantes qui combinent la propulsion électrique hybride avec des systèmes de carburant "intelligents", ainsi que la construction d'avions non conventionnels du 21e siècle utilisant des matériaux avancés.

"C'est une ingénierie difficile, en termes de co-optimisation des composants individuels et de les rendre compatibles les uns avec les autres tout en maximisant les performances globales", a déclaré Spakovszky dans un communiqué de presse du MIT.

"Pour ce faire, nous devons repousser les limites des matériaux, de la fabrication, de la gestion thermique, des structures et de la dynamique des rotors, et de l'électronique de puissance", a-t-il ajouté.

Heureusement, c'est précisément ce que Spakovszky et son équipe ont réussi à faire, en concevant un moteur électrique composé d'un rotor à grande vitesse équipé d'un réseau d'aimants d'orientation de polarité variable, pesant moins qu'un voyageur aérien adulte et pas plus gros qu'une valise.

Le nouveau moteur innovant fournit également un refroidissement avec un échangeur de chaleur - un dispositif qui transfère la chaleur d'une zone ou d'un milieu à un autre - ainsi qu'un système d'électronique de puissance distribuée qui gère les courants fournis aux enroulements de cuivre du moteur à haute fréquence.

"Il s'agit d'une machine à grande vitesse", a déclaré Spakovszky, ajoutant que les capacités de commutation élevées entre les 30 circuits imprimés du moteur aident à faciliter la rotation continue tout en générant un couple, ce qui nécessite des champs magnétiques se déplaçant très rapidement.

Spakovszky dit que leur invention est censée représenter "la première conception intégrée véritablement co-optimisée" de ce type, et dans les années à venir, pourrait aider à faire des avions électriques à plus grande échelle une réalité, signalant potentiellement une révolution en aidant à rendre l'aviation plus verte.

L'équipe du MIT prévoit de présenter ses conclusions à l'American Institute of Aeronautics and Astronautics lors de l'événement Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS) plus tard ce mois-ci.

Micah Hanks est rédacteur en chef et cofondateur de The Debrief. Il peut être joint par courriel à [email protected]. Suivez son travail sur micahhanks.com et sur Twitter : @MicahHanks .