Tout ce que vous devez savoir sur la pollution aérienne et l’avenir de l’aviation

Résumé

L’avantage environnemental prétendument réalisé par les vols internationaux directs qui sont recherchés par l’expansion de l’aéroport de Paros est un leurre: les jets A318-320-321 / B737 – consomment plus de kérosène et sont plus polluants que les turbopropulseurs utilisés actuellement. De plus, ils ne pourront pas redécoller à pleine charge, la piste de 1799 m restant trop courte pour permettre une cargaison complète sur des vols retour  moyen-courrier. Cela dégradera d’autant leurs performances en consommation de carburant. Par voie de conséquence, ils causeront beaucoup plus de pollution que celle des vols turboprops transportant actuellement des passagers internationaux en provenance de et vers Athènes.

A partir de 2025, des avions électriques à hélices silencieux et non polluants, alimentés par des batteries mais bientôt par de l’hydrogène, seront mis en service sur des destinations court-courrier. S’il est nécessaire de moderniser l’aéroport, c’est pour accueillir ces avions. Ni les turboprops d’aujourd’hui ni leurs successeurs électriques de demain n’ont besoin de pistes plus longues que l’existante.

Investir dans une piste plus grande pour accueillir des avions A3xx/B737, en plus des nombreux impacts environnementaux causés sur l’île, c’est refuser d’assumer nos obligations environnementales dans ce domaine. En d’autres termes, nous demanderions sciemment des investissements augmentant la pollution, en particulier dans un secteur qui est condamné à se transformer à coup d’énormes investissements dans les technologies vertes, et à disparaître bientôt sous sa forme actuelle, ayant causé d’énormes dommages à l’environnement.

Au lieu de cela, nous devons investir en regardant vers l’avenir, dans une infrastructure qui accueillera les avions du futur, durables et silencieux et notamment des installations de recharge d’électricité et de fourniture d’hydrogène, produits à partir de sources durables.


Aujourd’hui

L’aviation actuelle pollue, beaucoup.
Voyons d’abord comment. L’organisation non gouvernementale allemande Atmosfair l’explique bien :

Un avion émet non seulement du CO2 au départ du kérosène qu’il consomme, les autres fumées et vapeurs émises ont également un effet sur l’effet de serre. En gros, un avion volant à haute altitude contribuera un équivalent de l’ordre de 3 fois son émission carbone à l’effet de serre.

Éléments d’avionique de base.

Mettons à jour votre culture générale avionique – il y a aujourd’hui principalement 3 types de propulsions pratiqués en aviation atmosphérique:

  1. des turboprops (comme sur les DASH d’Olympic Air et ATR de Sky Express)
des turboprops (comme sur les DASH d’Olympic Air et ATR de Sky Express)
© Wikipedia
  1. des turbofans (comme sur les avions dits ‘jets’ comme les A320 et B737)
  1. des turbo jets (comme sur des avions de chasse et par le passé, sur le Concorde)

Tous utilisent du kérosène qui est brulé dans une chambre de combustion mise sous pression par une turbine. La combustion donnera du volume de fumées actionnant par des hélices d’une turbine, un axe à une vitesse et couple (force rotative) donnés. Tous doivent être utilisés à pleine puissance de leur moteur pour fonctionner à rendement optimal (et émission la plus faible possible dans leurs configurations respectives).

Les turboprops et turbofans utilisent la force axiale de la turbine pour active une hélice (turboprops) ou une turbine à air (turbofans) qui réalisent la propulsion – séparément de la combustion du kérosène, qui dans leur configuration, n’a qu’une faible contribution à cette propulsion.

Les turboprops passent pour ce faire par une boite de vitesse (à faible perte de rendement car mécanique) qui diminue la vitesse de l’axe de la turbine pour actionner une grande hélice tournant plus lentement, très efficace à vitesse faible et moyenne (jusqu’à 0,7 Mach) à faible altitude, car optimal à densité d’air plus forte;
tandis que les turbofans prennent l’air par ventilateur à l’avant du cylindre de leur ‘moteur’ (en périphérie de la turbine à gaz au centre de celui-ci-ci, et le rejettent vers l’arrière. Ce système est moins efficace à faible vitesse mais plus efficace à densité d’air moindre et à vitesse transsonique (en dessous mais proche de Mach 1):

© source: Dr.ir J.F. BROUCKAERT Chief Scientific Officer, CLEAN SKY

Les avions équipés de turbojets (comme les avions chasseurs) sont propulsés exclusivement par le rejet d’un mélange d’air et de gaz de combustion sortant de la turbine et non par l’action de leur turbine sur un flux d’air distinct – ils ne sont efficaces qu’à des vitesses supersoniques (le Concorde était le dernier avion civil à les utiliser) . Laissons hors discussion ici, car non-applicables dans notre cas.

Un moteur turboprop est toujours – par construction – plus efficace qu’un turbofan à puissance kérosène égale :

De plus, pour pouvoir atteindre un rendement optimal de propulsion, les avions turbofans doivent voler à hauteur élevée (10.000 m au moins), où ils peuvent trouver les conditions optimales à la fonctionnement de leur turbine – à savoir : basse température (meilleur rendement thermodynamique) et faible densité de l’air (moindre résistance à l’air de l’avion, conçu pour aller vite).

Un avion turbofan devra donc investir du carburant dans une montée graduelle, à vitesse et utilisation suboptimales fortement consommatrices en carburant, qui lui prendra typiquement 15 minutes pour atteindre cette altitude nécessaire. Or, ayant volé 15 minutes, il aura accompli une distance de l’ordre de (admettons : 1/4 h @ 500 km/h en moyenne) 125 km. Ce ne sera qu’à partir de cette distance qu’il pourra fonctionner optimalement. L’effort pour gagner cette attitude et vitesse – coûteux en carburant – n’est malheureusement pas récupéré de façon significative en descente. Ceci explique que les turbofans ne sont en général pas utilisés sur des courtes distances, où leur avantage de rapidité ne se justifie pas d’un point de vue opérationnel (ou consommation).

Ce n’est donc pas parce que la piste est trop courte que la ligne Paros-Athènes n’est pas desservie par des turbofans, mais parce qu’il ne fait pas suffisamment de sens d’en utiliser sur ce trajet. Une piste plus longue ne réglerait rien, et serait investie pour rien, du moins pour ce trafic court-courrier.

Les turboprops sont meilleurs (de loin) que les turbofans/jets en termes de consommation et dès lors d’émission de CO2 et de NOx. Ils ne sont cependant pas conçus pour dépasser des vitesses au-delà de 0,7 Mach (moins d’efficacité hélices à.p.d. de cette vitesse). Comme ils disposent d’une boite de vitesse, leur turbine peut-être immédiatement mise à son point de fonctionnement mécanique optimal, et comme les avions sont conçus pour fonctionner à faible vitesse, ils n’ont pas besoin de s’élever à haute altitude pour trouver leur régime de croisière. Ils sont donc plus rapidement installés dans leur régime de croisière optimal, ce qui est important sur des distances dites « court-courrier ».

Sur des longues distances (où leur consommation moyenne chute encore, puisque l’investissement décollage est mieux amorti sur la longueur de voyage), la vitesse faible que leur propulsion permet, les maintient cependant significativement plus longtemps dans l’air qu’un avion turbofan pour une même distance. Ils deviennent dès lors moins intéressants économiquement parlant, puisqu’immobilisant plus de capital et plus de frais d’entretien que des turbofans/jets, exprimé au passager transporté, malgré un prix d’acquisition moins cher que ces avions turbofan.

C’est (uniquement) pour cela qu’ils ne sont pas utilisés sur des vols « moyen-courrier ».

Wikipedia propose un comparatif intéressant des consommations spécifiques par type d’avion. Les sources sont évidemment sujettes à caution, mais des recoupages avec d’autres sources permettent de valider raisonnablement l’essentiel de l’information donnée.

La consommation spécifique des turboprops (ATR, Bombardier-DASH) est de de 2 à 3,5 l/siège/100 km pour des vols « court-courrier » de moins de 560 km. Nous ne trouvons pas de statistiques sur les consommations spécifiques de turbofans/jets sur de tels vols. Ceci s’explique par le fait que les consommations sont en effet prohibitives à un tel usage, pour les raisons exposées ci-avant.

A pleine capacité passager et sur des distances moyen-courrier optimales pour eux (de 900 à 1 100 km), les A319, A320 et A321 Neo, A220, B737 affichent une consommation de 2,2 à 3,5 l/siège/100 km. Ces consommations augmentent quelque peu selon les avions, en moyenne, si les distances à parcourir augmentent au-delà, mais pas significativement si la distance totale reste en-deçà des 4 000 km.

En effet, si vols plus long, plus de carburant à prévoir, et donc plus de poids mort sur une bonne partie du vol !

Et dès lors, si plus de poids total, plus de consommation mais aussi, plus la piste de décollage devra être longue. Une piste de 2 500 m permet probablement à peu près à tous les moyens courriers de décoller à pleine charge.

Une piste de 1800 m comme celle prévue à Paros ne le permettra pas: les avions y décollant devront dès lors limiter leur prise de carburant pour pouvoir y décoller. Ceci limitera le rayon d’action international de cette piste et/ou obligera l’avion décollant à une destination trop lointaine de faire escale ailleurs pour refaire un plein. Nous y reviendrons.

Revenons à notre comparaison. Comment pérformeraient les turboprops sur des destinations moyen-courrier (de l’ordre de 1000 à 4 000 km) ? Ils seraient toujours les meilleurs en termes d’efficacité combustible, mais seraient fort lents. Un A320 peut assurer (presque) 3 allers/retours par jour entre Paris et Athènes. Un ATR 72-600 ne réussirait qu’à n’en faire qu’un seul, à grand peine, (et puisque conçu pour du « court-courrier ») en devant faire au moins une escale sur chaque voyage, par manque d’autonomie. Trop lents pour le marché commercial de transport de personnes sur de telles distances, ils ne sont pas utilisés à ces fins – mais ne sont donc pas conçus non plus pour le faire.

Le choix de ne pas utiliser les turboprops en moyen-courriers n’est donc nullement motivé par une consommation de carburant qui serait supérieure (puisqu’elle serait inférieure), mais il est également faux de penser que les turboprops ne pourraient pas être utilisés sur du moyen ou long courrier : l’avion militaire Airbus A400M, turboprop et non turbofan, vole en croisière à MACH 0,7 et à 12 000 m, avec une autonomie allant de 8 000 km à 4 500 km, selon la charge embarquée. La technologie turboprop a été préférée à celle du turbofan, pour motif d’autonomie et d’efficacité (notamment en carburant), la rapidité n’ayant pas été l’objectif premier du développement de l’appareil.

Pour plus de détails, voyez aussi :

Analysons et réfléchissons.

Mais alors, si les consommations sont comparables entre turboprops (sur vols court-courrier) et turbofans (sur vols moyen-courrier) … la conclusion n’est-elle pas évidente : à consommation apparemment égale (et donc émission CO2 grosso-modo similaire) pourquoi ne pas privilégier les vols directs moyen-courrier et éviter de se fatiguer à faire des stop-overs ?

Sûrement pas. Voici pourquoi.

Le calcul des consommations comme renseignées par Wikipediase fait en conditions standardisées, à pleine occupation des avions.

Or, comme le prouve les statistiques, les vols moyens courrier – en particulier – ne sont jamais optimalement remplis. Il y a déséquilibre à l’arrivée et au départ – la saison jouant – et leurs taux de remplissage moyens ne sont jamais optimaux.

Prenons le cas de Mykonos, qui n’accueille guère plus de 135 passagers par vol international en moyenne sur l’année. Or, les avions desservant Mykonos (des A320 et des 737, charters avec configuration permettant le maximum de passagers dans leur majorité) ont une capacité moyenne de 170 passagers au moins. Le taux de remplissage de ces avions n’est donc que de 135/170 = 80%.

passengers

International flights

arrivals

departures

PAX/flightA

PAX/flightD

Net movement

January

0%

February

0%

March

20

1351

0%

427

135

43

46,2

April

136

9548

2%

7103

140

104

17,98

May

504

36810

9%

30967

146

123

11,59

June

980

69210

18%

61206

141

125

8,17

July

1388

102272

26%

92967

147

134

6,7

August

1490

100281

25%

107593

135

144

-4,91

September

979

58809

15%

70621

120

144

-12,07

October

330

15390

4%

23427

93

142

-24,35

November

8

67

0%

645

17

161

-72,25

December

0%

Total

5.835

393.738

100%

394.956

135

135

-0,21

Pour autant, la consommation de ces avions ne sera pas réduite au proportionnel. Les 20% de passagers en moins ne réaliseront guère une diminution d’environ 100 kg/passager * 35 passagers = 3,5 t, à comparer aux 83 t que pèsera un A320 rempli. Admettons (conservativement) que la consommation soit proportionnelle au poids : les 80% de passagers consommeront dès lors encore (83-3,5)/83 = 96% du carburant nécessité par un avion plein. Une consommation spécifique optimale de 2,5 l/siège/100 km sera ainsi augmentée à 2,5 *170*96%/135 = 3,02 l/siège/100 km.

Pire encore – afin d’assurer un bon remplissage des vols, et de pallier le problème de limitation de prise de carburant et de longueur de piste disponible, les vols sur Mykonos sont souvent combinés avec d’autres destinations, comme Kos ou Athènes. Mykonos prend dès lors une position de stop-over, et l’avantage de consommation réalisé sur moyen-courrier, se voit annulé par la surconsommation au redécollage. L’Autorité de L’Aviation Civile Grecque ne fournit malheureusement pas de statistiques permettant de chiffrer cet impact, pourtant très certainement significatif: un stop-over sur trajet domestique dégradant le vol « moyen-courrier » à « court-courrier », avec une consommation spécifique par siège sensiblement plus importante pour un avion turbofan, comme nous l’avons vu.

Nous ne disposons pas non plus du détail des avions des vols domestiques desservant Mykonos pour analyser leur taux d’occupation (92 passagers/vols) . Mais nous gageons que la (plus petite) taille des avions et la fréquence (ajustable) des vols permettra de remplir ceux-ci mieux que leur homologues internationaux.

Dans tous les cas de figure, la consommation spécifique par passager, et donc les émissions CO2 et NOx seront supérieures en avion moyen-courrier.

Par ailleurs, n’oublions pas, il y a les effets non-CO2 – 2 fois ceux des émissions CO2- en tous cas pour les vols « moyen-courriers » !

Souvenons-nous effectivement, comme précisé d’emblée, il n’y a pas que le CO2. Les effets non-CO2 ont été estimés responsables des deux tiers de l’impact climatique de l’aviation en 2018. Autrement dit, pour un effet de 1 en émission CO2, il y aura 2 effets non-CO2, pour 3 au total.

Or, ce facteur 3 est une moyenne, qui se distribue selon l’altitude de vol.

Un avion turbofan devra voler à haute altitude pour les raisons expliquées ci-avant, et causera à cette altitude, non seulement une émission de gaz d’échappement plus importante qu’un turboprop, mais également une émission à conséquences plus fâcheuses, dûe à l’altitude à laquelle celle-ci sera propagée.

Un DASH ou ATR d’Olympic volera en moyenne à 2 500 m entre Athènes et Paros, et au plus à 4000 m environ -à  comparer aux 10 000 m d’altitude de croisière d’un A320. Il ne formera pas de traînée de condensation (les températures à moins de 4000 m étant insuffisamment froides, au contraire de celles à 10.000 m, proches de -55°C).

La contribution totale à l’effet de serre du turbofan volant à 10 000 m sera supérieure à 3 fois celle de son émission CO2. En revanche, celle du turboprop volants à moins de 1 000 m sera inférieure à cette moyenne. Si la littérature le reconnaît, et prône le « re-routage » d’avions à faible altitude, aucune publication ne donne un multiplicateur précis. Gageons qu’il sera pourtant substantiellement inférieur à 3.

Pire encore à Paros, demain, avec un aéroport étendu

Ces phénomènes seront encore plus patents à Paros, dans la nouvelle configuration de l’aéroport étendu.

D’abord, rappelons que la nouvelle piste de Paros en projet ne devrait avoir que 1 799 m réels (soit 104 m de moins que Mykonos : 1903 m), et conformément aux normes ICAO pour des aéroports de catégorie 3 (1200 = < longueur piste < 1800m) une « Runway End Safety Area » ou « RESA » à chaque extrémité de 100 m (soit plus que 90 m requis), ainsi qu’une largeur de terrain libre de minimum 65 m de part et d’autre du centre de la piste.

Ces mêmes normes internationales prévoient que la longueur nécessaire pour décollage est calculée par le pilote avant chaque départ, en fonction des conditions atmosphériques (thermie, vent, pluie), conditions de la piste, et du poids total prévisible de l’avion. Le pilote doit vérifier que poids de l’avion ne requiert pas plus de distance de décollage que la « longueur de piste disponible » comme définie par ces normes ICAO. Pour faire court, cette norme prévoit entre autres, que l’avion devra pouvoir atteindre une altitude de 10,66 m avec tous moteurs en fonctionnement au bout d’une distance de maximum 85% de la piste, laissant une marge de 15 %. La réelle distance utilisable ne sera dès lors que 1799 * 85% au plus, soit 1 529 m.

Cette distance est insuffisante pour permettre un décollage à « Maximum Take-off Weight » des A318 (1780 m), A319 (1 850 m) et A320 (2 100 m) 737-600 (1 878 m), 737-700 (2 042 m) et 737-800 (2 316 m) comme renseigné par Wikipedia, pour des conditions standardisées, probables et donc relevantes pour Paros.

Ceci n’exclut probablement pas qu’un de ces avions A3xxx/B737puissent y atterrir ou y redécoller, mais certainement pas à charge totale, ce qui rend inévitable l’utilisation du nouvel aéroport comme stop-over pour des vols retour moyen-courrier.

Imaginons qu’à Paros, un avion vienne de Paris. Il n’aura pris à Paris que le carburant nécessaire à un vol aller, sauf à surconsommer durant tout le vol et dégrader ses performances. Il arrivera à Paros avec des réservoirs vides, ou du moins, avec insuffisamment de kérosène pour entamer son voyage de retour. Il devra au départ de Paros (qui restera trop court pour lui permettre de repartir pleinement chargé de passagers (pour autant qu’il en embarque là) et de fuel) refaire une escale à un aéroport proche plus long, pour refaire un plein suffisant (et de reprendre d’autres passagers) et pour repartir sans encombre sur Paris. Tout avantage présumé de basse consommation de kérosène à l’aller en sera annulé et même pire, largement dégradé au vu du voyage de retour avec refueling à proximité.

Prétendre que l’aéroport de Paros doit être étendu, entre autres, pour pouvoir admettre des avions plus « écologiques » est donc absolument faux et scandaleusement trompeur. L’extension – autorisée sans limite d’utilisation aucune – offrira tout au contraire une fenêtre d’opportunité aux opérateurs aériens pour y accéder avec des avions moyen-courriers certes, mais nécessairement en dépit du bon sens environnemental, et en totale négation des efforts à entreprendre en la matière.

Demain !

La bonne nouvelle, c’est que le futur est pour demain. Non pas pour après-demain. Que les trois modes de propulsion en deviendront très prochainement 4 voire 5, ou plus encore.

Le secteur de l’aviation est très activement à la recherche d’améliorations. Plusieurs pionniers sont au stade d’obtenir l’agréation de leur avions … électriques. Sans émissions aucunes.

https://heartaerospace.com

Ces avions seront équipés de moteurs électriques, munis d’hélices (« props » donc), alimentés par batteries dans un premier temps. Leurs moteurs électriques seront plus légers, à puissance égale, que les turboprops actuels. Ce sont leurs batteries qui seront le facteur limitant, mais permettront néanmoins des autonomies « court-courrier » et capacités jusqu’à 19 passagers sur des distances jusqu’à 400 km.

Les bonnes nouvelles sont multiples. Même si le gabarit de ces avions en développement est petit, leur coût horaire d’utilisation devrait être significativement inférieur à ceux des avions actuelset compétitif. Le bruit au décollage et à l’atterrissage – qui ne nécessitera pas de pistes plus longue que l’actuelle de Paros, sera réduit de façon sinon totale, en tous cas spectaculaire.

Ce n’est pas une chimère: United Compagnies aériennes (100 avions en précommande), Mesa Air Group (100 avions en précommande), Finnair (22 avions précommandés) et DHL (12 avions précommandés)   se sont déjà pointés comme premiers acheteurs.

https://www.eviation.co

Mieux encore, des cadres d’Airbus (pourtant promis à une belle carrière confortable dans cette entreprise) ont choisi de se lancer à leur propre compte, pour développer des kits de transformation d’avions de type DASH ou ATR en avions durables.

https://hydrogen.aero/company

Comme ils l’indiquent : le plus grand obstacle à l’aviation à hydrogène sera le manque d’infrastructures.

Ne serait-ce pas là l’intérêt de Paros : être le premier aéroport capable de servir une aviation durable ? Nous en sommes convaincus.

En conclusion :

Vouloir rallonger la piste de l’aéroport de Paros est un non-sens car cela correspond à des raisonnements parfaitement dépassés au plan technique et dolosifs au plan climatique.

La piste actuelle de Paros à 1400 m est largement suffisante pour non seulement s’accommoder de manière optimale d’un trafic aéroportuaire en augmentation significative (cohérente avec un croissance maitrisée de la fréquentation sur l’île) mais également pour y accueillir les avions de la future (proche) génération d’avions efficaces au plan climatique …à condition d’y prévoir les bonnes infrastructures cohérentes avec les besoins futurs (approvisionnement électrique/hydrogène).

C’est pourquoi le collectif GREEN AIRPORT PAROS demande un révision drastique du projet d’extension de l’aéroport de Paros avec une véritable vision d’avenir .

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