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Pratt & Whitney et le projet de moteur HySIITE à hydrogène pour équiper les avions du futur

Pratt & Whitney et le projet de moteur HySIITE
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Pour préparer une aviation décarbonée avec de futurs avions commerciaux alimentés à l’hydrogène, Pratt & Whitney a lancé le projet HySIITE (Hydrogen, Steam Injected, Inter-cooled Turbine Engine). L’objectif est d’accroître l’efficacité et de réduire considérablement les émissions de NOx pour les futurs avions commerciaux alimentés à l’hydrogène.

Le principe de l’architecture du moteur proposé par Pratt & Whitney est une turbine alimentée par de l’hydrogène et dotée de certaines caractéristiques supplémentaires (voir l’image ci-dessus).

Pourquoi utiliser l’hydrogène pour alimenter les moteurs d’avion ? La réaction entre l’hydrogène H2 et l’oxygène O2 libère de l’énergie et de l’eau, sans danger pour l’environnement.

Pourquoi l’injection de vapeur ? Principalement pour réduire les oxydes d’azote Nox à un niveau acceptable lorsque les Nox, qui provoquent le réchauffement de la Terre, sont un sous-produit possible de la combinaison de l’hydrogène et de l’air (O2, N2). (L’O2 nécessaire à la réaction chimique avec le H2 provient de l’air).

Pourquoi le refroidissement intermédiaire par eau ? Pour augmenter la masse accélérée hors du moteur et ainsi augmenter la poussée. Ainsi que pour refroidir la turbine.

Dans le cadre de ce projet HySIITE, des essais de composants partiels à l’échelle réelle menés au RTX TechnologyResearch Center (East Hartford, CT) ont démontré des résultats positifs sur trois points clés : une réduction de 99,3 % des NOx par rapport à une référence actuelle, le condenseur a fonctionné comme prévu et l’évaporateur a fonctionné efficacement dans une trajectoire de gaz d’échappement.

L’architecture globale HySIITE de Pratt & Whitney pourrait permettre d’améliorer l’efficacité énergétique de 35 % par rapport à un système de propulsion de pointe pour un avion monocouloir.

Un moteur à hydrogène avec récupération d’eau et injection de vapeur pourrait tripler les économies d’énergie nettes par rapport à l’utilisation de carburant aviation durable Power-to-Liquid SAF (PtL SAF).

Le carburant aviation durable Power-to-liquid SAF est une alternative au carburant ordinaire actuellement utilisé dans les moteurs d’avion, mais il est produit par conversion catalytique d’hydrogène vert provenant d’énergies renouvelables et de dioxyde de carbone. Le SAF (Sustainable Aviation Fuel) réduit globalement les émissions de CO2 de 80 %, mais sa production est coûteuse.

L’architecture HySIITE de Pratt & Whitney pourrait également être combinée à d’autres améliorations telles que la propulsion hybride, l’utilisation de technologies de matériaux avancées, l’ajout de systèmes de récupération de l’énergie thermique ou le concept Geared Turbin Fan GTF. (La turbine GTF est une turbine dotée d’un réducteur entre la soufflante d’admission de l’air à l’avant du moteur et le cœur du réacteur. Cela permet à chaque section de fonctionner à sa vitesse optimale : la soufflante avant du moteur tourne plus lentement pour une efficacité maximale de l’admission d’air, tandis que le cœur, avec son compresseur et sa turbine, fonctionne à une vitesse beaucoup plus rapide pour une meilleure génération de poussée. Cette conception se traduit par des gains de performance significatifs, avec cependant  un poids supplémentaire pour la boîte de vitesses.) De nombreux échanges sont effectués par Pratt & Whitney avec certaines universités ou centres de recherche européens sur ce sujet de l’utilisation du H2 pour rechercher la meilleure solution.

En ce qui concerne l’introduction de ce type de système de propulsion d’avion à l’hydrogène à l’horizon 2050, il convient de poursuivre les études et les essais et de s’assurer de l’existence d’un marché commercial viable pour l’hydrogène dans le secteur de l’aviation. La propulsion aéronautique à l’hydrogène étant pleine de promesses pour un monde plus vert et convenant mieux aux avions monocouloirs (les plus nombreux aujourd’hui), il ne fait aucun doute que l’ensemble de l’industrie déploiera de nombreux efforts dans cette direction. Le projet HySIITE de Pratt & Whitney représente une contribution significative à l’utilisation de l’H2 dans l’aviation commerciale.

Nadia Didelot pour AeroMorning