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CONCORDE, ET ENSUITE ?

02 mai 2024 Lettre 3AF
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Article paru dans la Lettre 3AF N°2-2024

par Jean Pinet, ancien pilote d'essai du programme Concorde

4 février 2010 : Jean Pinet reçoit la Médaille d’Or de l’Aéro-Club de France

Arts-et Métiers 1949, Supaéro 1952 - Armée de l’Air 1952–1956, Pilote de chasse (USAF)1954 - Centre d’Essais en Vol 1956–1965, INE 1957, Pilote d’essais 1958, essais missiles - EStelle der Bdw 1962 – 1965, missiles sur F104G- Sud-Aviation/Aérospatiale 1965–1994 - Programme Concorde 1965–1985, Airbus Industrie 1972–1994 - Aeroformation (Airbus Trng aujourd’hui)1972-1994, fondateur, Instructeur pilote de ligne - Docteur en psychologieergonomie 2011 - Académie de l’Air et de l’Espace 1984, membre et ancien président 1989-1991 - Membre émérite 3AF 2002.

Ancienne question, sans réponse ni claire ni satisfaisante. Elle fut posée dès la mise en service de l’avion il y a près d’un demi-siècle, et pendant longtemps il n’y eut que des propositions pour toute réponse. Puis 20 ans après l’arrêt commercial de Concorde la boule de cristal émet quelques éclats et c’est le moment où une opinion sur le futur du transport supersonique est demandée.

Cet exercice intellectuel avec taux de réussite aléatoire est intéressant. De façon classique le raisonnement est basé sur l’expérience du passé, sur les tendances observées avec l’estimation de leur évolution. Avec aussi une actualité incitant à la curiosité.

 

LE PASSÉ 

 

Concorde a ouvert un domaine de vol, mais pas un marché.

 

Il a répondu à cet objectif irrésistible de l’humanité : aller plus loin, plus vite, plus haut. Cela grâce au pari inouï de deux gouvernements européens désirant, il y a 60 ans, concrétiser cet objectif, ensemble et pour leurs peuples.

Il faut rappeler que cette initiative franco-britannique, lancée pendant les « 30 glorieuses » faisant suite à la Deuxième guerre mondiale, a ouvert la collaboration européenne dans l’aéronautique civile dont nous bénéficions depuis.

Malgré une organisation internationale bancale, des centaines, des milliers de personnes se sont précipitées pour concrétiser le projet insensé : traversées quotidiennes confortables de l’Atlantique à plus de 2000 km/h pour une centaine de passagers en habit de tous les jours.

Le résultat, un avion de toute beauté a transporté pendant 27 ans un demi-million de personnes. Il y eut un accident dont on a démontré les causes, d’une occurrence extrêmement improbable d’après nos règlements actuels dont Concorde est à la base.

Cette aventure, car cela en fut une, mobilisa des moyens étonnant aujourd’hui nos jeunes ingénieurs par leur frugalité : règle à calcul, ordinateur à cartes perforées, planche à dessin, tracé au sol de structures, simulation analogique, et autres. Il fallut inventer, innover, changer, modifier, essayer, valider, toujours vite malgré les aléas et les pesanteurs des organisations. Et cela a réussi. L’objectif concret, l’avion Concorde, progressait grâce à la motivation des acteurs.

Aventure et motivation ! Concorde fut un réel exploit technique, et reste une référence mondiale.

Cependant seuls 14 avions furent exploités commercialement, principalement entre l’Europe, Londres et Paris, et les Etats-Unis, New-York et Washington. Assez peu ailleurs.

 

L’exploitation commerciale

 

Dès le début l’attrait de la vitesse et de l’innovation amena des compagnies aériennes mondiales à réserver des options sur les futurs avions produits, 76 (ou 74 ?) au total. Mais en 1973 l’augmentation du prix du pétrole et celle des coûts de développement, due à l’exploration d’un domaine de vol inconnu et à la mise au point des solutions s’y adaptant, se répercutèrent sur les prix d’exploitation obligeant les clients potentiels à retirer leurs options. Seules les compagnies nationales restèrent en lice, l’avion étant subventionné par les deux Etats. Le problème financier était l’argument de retrait.

Cependant un autre évènement joua plus tard un rôle important dans la décision d’arrêt de l’exploitation, indépendamment de l’accident. Le faible nombre d’avions en service ne permettait pas d’amortir le remplacement des équipements analogiques de l’avion, par des équivalents numériques plus fiables. Les coûts de maintenance et de remplacement devenaient prohibitifs.      

Cependant les 27 années d’exploitation des 14 avions avaient prouvé la faisabilité d’un service supersonique, certes à des coûts élevés et dans un domaine marginal au vu de la mondialisation du transport subsonique, mais avec l’expérience de ses avantages et de ses limitations.

 

Sur la lancée

 

Dès le début de l’exploitation les problèmes ont été analysés[1] et « l’équipe » en place a proposé les améliorations possibles. On croyait alors à l’attrait commercial du supersonique et il y avait des projets d’avions de 250 places avec des rayons d’action allongés. Cependant les coûts de développement, liés au respect de nouvelles normes, et d’exploitation demeuraient une butée solide alors qu’on s’orientait résolument vers des transports de masse évoluant dans le haut subsonique et dont les coûts d’exploitation étaient largement en-dessous de ceux des supersoniques améliorés.

On abandonna les « gros » pour étudier des projets de supersoniques « d’affaires », demandant moins d’investissement, et dont la clientèle était plus argentée que celle du transport subsonique classique. Ce fut là-aussi l’abandon.

A noter que dans le problème du coût il y avait celui, technique et financier, du moteur adapté à la fois aux faibles vitesses, décollage et atterrissage, et aux vitesses supersoniques, pour lequel personne ne désirait se lancer dans un coûteux développement, sans aucune estimation valable de rendement financier positif.

 

L’environnement

 

Les problèmes d’environnement n’étaient encore pas soulevés en 1962. Seule était avancée la crainte de détérioration de la couche d’ozone. Rapidement le respect de l’environnement a dévoilé de multiples obstacles. Le nombre limité d’avions en opération, donc soumis à la critique, a été l’élément favorable pour l’acceptation des nuisances apportées par l’utilisation des 14 Concorde. Elles étaient tolérables car limitées. 

En revanche, si le nombre d’avions supersoniques devenait important, les successeurs auraient des difficultés, probablement l’impossibilité, de s’affranchir des limitations réglementaires du transport aérien civil, surtout environnementales. Des dérogations seraient probablement nécessaires mais difficiles à obtenir.

 

 

LES PARTICULARITÉS DU TRANSPORTSUPERSONIQUE (2)

 

Ici on n’évoque que celles le différenciant des subsoniques, montrant où se trouvent les problèmes à résoudre si l’on veut poursuivre dans ce domaine.

Il y a 60 ans on n’avait aucune expérience de transport supersonique. Aujourd’hui l’exploitation de Concorde apporte des connaissances augmentant les chances de poursuivre vers le supersonique, avec il est vrai de nouvelles contraintes tendant à freiner toute avancée.

 

Domaine d’utilisation opérationnelle

 

Dans le transport aérien les avions sont le résultat de compromis entre les nécessités commerciales et les réalités technologiques, les deux domaines étant étroitement liés dans la concurrence des coûts et des marchés. L’observation de la façon dont les avions sont opérationnellement utilisés, où les particularités d’un avion témoignent d’une adaptation au marché, et où symétriquement le marché tient compte des contraintes techniques du transport aérien, donne une idée assez claire de la complexité des choix nécessaires.

Le vol supersonique apporte ses spécificités techniques et opérationnelles qui définissent les limites d’un marché particulier s’insérant dans celui dominant du transport subsonique.

En voici quelques-unes, tirées de l’expérience, aujourd’hui unique, de Concorde.

  • Pour aller dans le domaine supersonique il faut passer par celui du subsonique, les deux n’ayant pas exactement les mêmes contraintes (densité de l’air, rafale et turbulence, fatigue, flottement, température, variation de position du centre aérodynamique avec le nombre de Mach[3], pressurisation, phénomènes météorologiques), ni le même taux de fréquentation de l’espace aérien. D’où des limitations opérationnelles différentes. La vitesse aérodynamique (ici vitesse conventionnelle Vc pour simplifier) est un paramètre majeur pour définir la structure de l’avion. Cette Vc peut être en supersonique supérieure à celle en subsonique. Ainsi pour Concorde sa limitation opérationnelle était 400 kt en subsonique et 520 kt en supersonique.

Un tableau en annexe donne quelques points de domaine de vol où se placerait un avion supersonique.

  • Les limitations opérationnelles de Concorde, vitesse VMO (Vitesse maximum opérationnelle), Mach MMO (M maximum opérationnel), température TMO (température maximum opérationnelle), se situaient à l’intérieur du domaine optimum de vitesse, de rayon d’action, de consommation de carburant. En conséquence la nécessité d’optimiser ses performances faisait que l’avion était utilisé opérationnellement à ses limites (par exemple moteurs fonctionnant en permanence à leur régime maximum, température de 126°C à l’entrée), ce que les subsoniques ne font que rarement.

Cette utilisation des moteurs et des équipements à leurs limites opérationnelles avait une répercussion directe sur les coûts d’exploitation.

  • Dans la zone de faibles M du domaine de vol, environ jusqu’à M 1,50, la combinaison de l’écoulement perturbé supersonique, de la pression dynamique forte avec Vc élevée, la souplesse de la structure de l’aile, amenait à de fortes diminutions d’efficacité des gouvernes de vol.
  • L’avion volait à son plafond de propulsion, le délestage dû à la forte consommation de carburant permettait une élévation continue d’altitude à M constant, réduisant ainsi la consommation spécifique.
  • Le recul du centre de poussée aérodynamique au passage en supersonique obligeait à déplacer le centre de gravité de l’avion vers l’arrière, grâce au transfert de carburant. Ce recul du centre de gravité en croisière était tel que l’avion aurait été instable longitudinalement à basses vitesses, d’où la nécessité de retransférer le carburant vers l’avant en décélération subsonique.
  • La température d’impact, directement fonction de M, augmente rapidement comme le montre le tableau en annexe. Cette augmentation n’est pas homogène sur la structure, par exemple l’intrados de l’aile est plus chaud que l’extrados (température de peau autour de 100°C), ce qui, avec l’influence de la pression dynamique, provoque des déformations importantes de l’aile et du fuselage amenant, entre autres conséquences, des fuites de réservoirs de carburant.
  • La température d’impact étant élevée, il fallait éliminer le flux de chaleur transmis par les surfaces de l’avion, ainsi que les calories provenant des systèmes électroniques, des groupes de conditionnement d’air, de la lubrification des moteurs. Le carburant venant des réservoirs participait au refroidissement, avant de brûler dans les moteurs.
  • La motorisation était complexe et il faut parler de groupe motopropulseur dans lequel, en simplifiant, on trouvait trois parties : (1) l’entrée d’air, permettant à l’air de ralentir avant le moteur, (2) le moteur, (3) les tuyères contrôlant le jet d’éjection. La conduite de ces trois composants interdépendants était commune. Ainsi à M 2, le contrôle des ondes de choc dans l’entrée d’air de Concorde était directement lié à celui du moteur. Le rendement en pression de l’entrée d’air était de 0,93 à 0,96.
  • La masse est le paramètre essentiel d’un projet. Sur la masse à vide, objet de toutes les préoccupations, se surimposent la charge utile, passagers et fret, et le carburant nécessaire à la mission. Cette masse à vide, définie dès le début du projet, a la tendance pernicieuse de grossir au fur et à mesure de l’affinement de la définition de l’avion et des résultats des essais en vol, ce qui entraine en général l’augmentation de carburant nécessaire à la mission, ou la diminution de la charge utile.
  • L’interdépendance de l’ensemble des paramètres techniques et opérationnels est telle que l’avion supersonique est optimisé pour un mission maximale définie, en fin de laquelle surviennent, ensemble, les limitations prévues des systèmes. Par exemple pour Concorde, qui était conçu pour la liaison entre Paris ou Londres et New-York, la limite de vol supersonique survenait quand le carburant ne pouvait plus assurer l’équilibre longitudinal ni le refroidissement des équipements, et le vol subsonique devenait obligatoire.
  • L’avantage de la vitesse sur l’évolution du temps perçu par les passagers était évident dans les vols vers l’ouest, remontant le temps, mais l’était beaucoup moins dans ceux vers l’est où ce temps était « compressé ». Ainsi sur Paris - New-York le coefficient de remplissage, près de 100% vers l’ouest, diminuait de moitié vers l’est. Les problèmes d’horaires de vol et de programmation des avions étaient délicats à établir.
  • Un exemple d’interaction technique/commerciale : en basses vitesses et en montée initiale la combinaison de l’incidence de l’avion et de la pente de sa trajectoire provoquait une inclinaison du plancher du fuselage interdisant les déplacements internes.
  • En revanche, voler à plus de 50000 ft dans un domaine peu encombré permet d’utiliser les trajectoires sphériques directes, des segments de grands cercles.
  • Les seules perturbations météorologiques notables dans la stratosphère au cours d’un vol sont celles de température influant directement sur M. En revanche le vent y est faible avec peu d’influence sur les performances.

Cependant d’importantes différences de température existent entre les zones polaires et les zones tropicales avec d’importantes variations d’altitude de la tropopause. De même au cours d’un vol au plafond de propulsion, une variation de quelques degrés entraine des perturbations notables de trajectoire.

En subsonique l’avion subissait les mêmes problèmes que les avions subsoniques.

Pour que le temps de vol ne soit pas pénalisé à l’arrivée par le brouillard, la qualification en atterrissage Cat III était obligatoire.

  • Les hublots du fuselage avaient de faibles dimensions afin de limiter la vitesse de chute de pression en cas de rupture, car la descente d’urgence dans le cas de dépressurisation à 60000 ft durait cinq minutes.
  • Finalement cette exploitation était limitée au transport de ceux pouvant payer un billet d’un coût plusieurs fois supérieur à celui d’une première classe d’un avion subsonique, clientèle aisée, professionnels et politiques pressés, touristes supersoniques.

 

ETAT DES LIEUX

 

Les contraintes environnementales

 

  • Le bruit au décollage et en approche.

Comme les moteurs de Concorde, les moteurs supersoniques actuels, tous militaires, sont conçus pour des vitesses d’éjections élevées nécessaires au vol supersonique. Un taux élevé de dilution serait nécessaire à basse vitesse pour atténuer le bruit du jet, d’où la nécessité d’un moteur ayant ces deux caractéristiques opposées. Les conséquences sont des augmentations de surface d’entrée d’air (de trainée) et de masse.

L’acceptation du cas particulier de Concorde à New-York - JFK, était due à la garantie de trajectoires évitant les détecteurs de bruit grâce aux qualités exceptionnelles de maniabilité de l’avion.

  • Le bang sonique.

L’accélération en vitesse au-delà de M 1, par exemple en montée, provoque au sol une focalisation d’ondes de choc amplifiant grandement (x 5 à 10) le bang lié au nombre de Mach M de vol rectiligne uniforme qui, lui, pourrait être toléré. Sa perception au sol et son amplitude dépendent des vents et températures entre le sol et l’altitude de l’avion, de la masse et de l’altitude de ce dernier. La prévision n’est pas évidente et par exemple un vol à M 1,7 pourrait provoquer un bang d’intensité supérieure à celui à M 2,0.

Il est donc nécessaire d’avoir pour l’accélération une zone où la focalisation est tolérée, par exemple au-dessus de la mer.

Noter que cette focalisation se produit aussi en virage quel que soit le M de vol supersonique.

Aujourd’hui la plupart des pays interdisent le vol supersonique sur leur territoire.

  • La pollution atmosphérique.

L’action sur la couche d’ozone n’a pas été confirmée.

La pollution en oxydes d’azote Nox par les moteurs est en voie de diminution.

Celle par les trainées de condensation est d’actualité. Pour les supersoniques, volant  à leur plafond de propulsion pour des raisons de rendement de propulsion optimum, les trainées dans la haute atmosphère, au-delà de 12 km d’altitude, sont mal connues.

La pollution en oxyde de carbone CO2 est inévitable car pour longtemps le carburant pour avions supersoniques ne peut qu’être du kérosène ou analogue, par exemple le carburant d’aviation durable (SAF, Sustainable Aviation Fuel), pour des raisons de densité énergétique maximale dans des volumes limités. La masse et la trainée aérodynamique imposent leurs exigences, éliminant de ce fait l’utilisation de l’hydrogène.

Des objectifs de décarbonation et de limitation de l’effet de serre doivent désormais être respectés.

Noter que la consommation par passager en vol supersonique ne peut qu’être bien supérieure à celle en vol subsonique, la trainée due aux ondes de choc étant une réalité incontournable.

 

La technologie

 

Aujourd’hui la technologie permet de résoudre, partiellement, les problèmes mentionnés précédemment, les coûts mis à part pour certains. Par exemple :

  • La température d’impact de l’air conditionne, entre autres, celle de la structure du fuselage et de l’aile, donc le choix des matériaux. A M 2,20 elle est de 154°C ; à M 2,05, comme pour Concorde, elle est de 126°C ; plus bas, à M 1,70 elle est de 70°C. On voit, par exemple, que l’utilisation de matériaux composites peut être conditionnée par la vitesse choisie, ou l’inverse.

L’allègement grâce à ces matériaux, en réalité assez faible, dépend de la dimension et de la forme des structures. En outre il peut être contré partiellement par l’obligation de métalliser le fuselage en protection du foudroiement.

  • Les commandes de vol électriques et la technologie numérique des équipements autorisent à la fois de grandes possibilités opérationnelles et un abaissement des masses. Mais il ne faut pas oublier qu’ils dégagent des calories à éliminer.
  • Certains équipements et systèmes en utilisation actuelle dans le transport subsonique pourraient déjà être intégrés sans grandes modifications.

Cependant il faut se méfier de la sous-estimation chronique des ajustements qu’imposent les essais sur avion réel et la certification.

 

Les méthodes

 

Celles utilisées ou en voie d’utilisation dans l’aéronautique offrent le support basique nécessaire à la conduite d’un projet supersonique, avec la possibilité de coordonner en temps réel l’ensemble des entreprises et personnes impliquées dans les études et actions complexes. Les grandes possibilités de calcul, de simulation, d’utilisation partagée de données, réduisent sensiblement les risques d’erreurs, et de façon moindre les temps nécessaires à l’obtention des résultats définitifs, où la compétence humaine reste indispensable dans les orientations et les choix.

Les moyens modernes de calcul, l’utilisation de l’intelligence artificielle comme outil, n’annulent pas la nécessité d’avoir des maquettes et des bancs d’essais physiques.

 

Noter que pour un nouveau projet de supersonique, seront utilisés les mêmes méthodes et moyens que ceux utilisés ou prévus pour un nouveau projet d’avion subsonique de taille équivalente, avec des charges supplémentaires :

  • lorsque l’avion n’est pas dans le prolongement de réalisations dont on peut profiter de  l’expérience ;
  • les problèmes propres au supersonique, évoqués précédemment ;
  • et la difficulté de partir de zéro en organisation et moyens s’il s’agit d’un industriel n’ayant pas l’expérience de ces méthodes et moyens.

Ce qui ajoute à la fois des délais et des risques dans les projets.

 

Une grande partie du savoir-faire d’antan acquis grâce à Concorde s’est éteinte avec la disparition des acteurs, et quelles que soient les performances des outils d’aujourd’hui et de demain, intelligence artificielle, apprentissage machine et autres, un apprentissage des personnes les utilisant sera nécessaire.

 

La certification

 

Le large domaine de vol de l’avion supersonique, avec ses vitesses et altitudes nettement supérieures aux habituelles subsoniques, avec ses particularités environnementales particulières, mène à l’addition de procédures spécifiques de certification, dont celles déjà adoptées pour Concorde. Il ne serait pas impossible que les autorités, FAA et EASA, pratiquent des exemptions adaptées aux conditions opérationnelles réelles.

 

 

LE TRANSPORT SUPERSONIQUE EST-IL ENCORE ENVISAGEABLE ?

 

« Aller plus vite, plus loin, plus haut », est inscrit dans les gènes de l’humanité. On a cependant l’impression que, dans cette course, le transport aérien reste bloqué dans le domaine subsonique, laissant à l’espace le soin d’assouvir cette quête ? Concorde a bien démontré qu’on peut aller en sécurité plus vite et plus haut, mais il est vrai pas très loin. Doit-on en rester là ?

Quel marché ?

 

Le transport supersonique (Tsp) offre plusieurs avantages sur le transport subsonique (Tsb).

L’attrait indéniable de la vitesse n’est qu’un élément renforçant un choix basé sur des considérations pratiques. La diminution du temps de trajet est l’élément positif essentiel, dans certaines conditions dont l’acceptation du coût.

Au vu de ce qui précède le prix du voyage ne peut qu’être plus élevé que celui d’une Première classe courante en transport subsonique (Tsb). En revanche si l’écart n’est pas trop élevé, et est accompagné d’un confort particulier, il est certain que le transport supersonique (Tsp) peut séduire une part des voyageurs des classes Première et Affaires. Difficile d’estimer cette part de personnes, aisées et opportunistes dans leur choix de transport, mais cette estimation est aujourd’hui possible. La situation mondiale du transport aérien et ses problèmes sont connus alors qu’ils ne l’étaient pas en 1960.

Pour ce Tsp, qui ne pourra être dans prochaines décennies que marginal par rapport au Tsb, les choix techniques, forme, vitesse, structure, nombre de passagers, masse, carburant, motorisation, systèmes, seront définis par l’adaptation à quelques axes commerciaux principaux. Pour les autres liaisons la flexibilité sera de mise, l’avion devant s’adapter avec le désavantage d’avoir de moindres performances d’exploitation.

On suppose que les règles de décarbonation et de protection contre l’effet de serre, appliquées par le Tsb, seront aussi respectées par le Tsp.

Le survol par des supersoniques de lieux habités ne pourra se faire qu’avec des dérogations, que les autorités EASA et FAA n’accorderaient pas aujourd’hui. Même si les essais du X 59 donnaient des résultats positifs, on voit mal comment opérationnellement un si long nez pourrait être adopté sur un Tsp. En revanche les océans offrent de larges surfaces opérationnelles, surtout le Pacifique. Dans ce dernier cas, si l’on veut éviter des escales sur les grandes distances, l’avion devrait être qualifié pour au moins 10000 km (5400 nm).

Bien évidemment, au cœur d’un projet et pour les axes choisis, les problèmes essentiels d’horaires et de correspondance, au départ et à l’arrivée, sont à solutionner afin de profiter de l’écart de vitesse entre le Tsp et le Tsb, raison d’existence du Tsp.

Ainsi qu’on l’a vu précédemment l’exploitation rentable d’avions supersoniques est par nature plus difficile que celle plus flexible des avions subsoniques.

 

L’acceptation sociétale

 

Un projet d’une telle ampleur, concernant à la fois l’industrie et le transport aérien, comportant des risques dans la conception même de l’avion et dans son succès commercial, ne peut voir le jour que s’il rencontre un minimum d’adhésion de la société où il est créé, avec des soutiens financiers venant surtout d’entreprises industrielles se regroupant autour du projet.

 

En Europe on est loin aujourd’hui de l’élan politique de 1962 lançant Concorde, accompagné de son financement étatique. Malgré la disparition des acteurs du début, on y trouve encore une expérience disponible grâce aux deux compagnies aériennes ayant utilisé l’avion, et aux bureaux d’études ayant progressé à partir de l’époque Concorde. L’énorme potentiel de compétences se trouvant dans l’ensemble aéronautique européen, pas seulement chez Airbus, serait utilisable sur un projet de Tsp. Mais en Europe la société est engluée dans des contraintes sociéto-psychologiques, en prise avec le principe de précaution, surtout avec des dogmes écologiques imperméables à la logique, l’amenant a priori à rejeter le transport aérien. Il est peu sûr d’estimer quand on en sera débarrassé. Dans l’immédiat l’industrie se focalise sur l’économie d’énergie et sur le remplacement du kérosène. Prenant en compte les faibles motivations spontanées européennes pour l’innovation il semblerait donc inopportun de parler d’un Tsp plus gourmand en combustible qu’un Tsb sur la voie de l’économie, même si les objectifs de décarbonation et de diminution des effets de serre étaient respectés.

 

La situation paraît meilleure aux USA. D’abord il est pensable que le monde aéronautique américain serait favorable à relever le défi jadis imposé par l’européen Concorde. Ce monde est habitué au risque, et un échec n’est pas nécessairement infamant. Les possibilités technologiques et financières supérieures à celles de l’Europe rendraient crédible un projet basé sur une étude technique et commerciale sérieuse, chiffrable aujourd’hui. L’intérêt des militaires n’est pas à exclure. Un tel projet serait mené dans un climat de motivation positive pour les innovations, comme les progrès dans le domaine spatial l’ont prouvé.

 

L’intérêt de la Chine, et celui du Japon entouré de mers, ne sont pas à exclure.

Photo prise à Mach 1,6 au-dessus de la mer d'Irlande par un Tornado, Dario Leone

ORGANISATION ET PRISE DE DÉCISION

 

Il s’agit là d’une partie difficile dans la reprise de l’avancée du Tsp, alors que les zones de vol sont explorées, et que la technologie et les méthodes de conception et de fabrication actuelles rendent possible la résolution de la plupart des problèmes existants.

Pour de tels projets à risque, demandant un important financement, un assemblage de partenaires semble être la solution. En revanche les expériences dissemblables de Concorde et d’Airbus montrent clairement la nécessité d’une unique autorité décisionnelle présentant les compétences techniques, commerciales et organisationnelles requises pour mener à bien le programme, jusqu’au-delà de la mise en service opérationnel.

Un problème majeur est celui de la définition des étapes, de leur chronologie. Le respect des délais dans un programme comportant a priori des aléas est difficile mais essentiel. L’optimisme dans les délais, démenti ensuite par des retards prévisibles ou non, méthode classique lorsqu’on veut séduire les investisseurs, mène à la baisse de crédibilité du programme avec ses conséquences négatives.

 

CONCLUSION

 

Le transport supersonique correspond à une évolution dans la quête humaine du « plus vite, plus loin, plus haut ». Cependant les humains en attendent aussi des avantages compensant les efforts fournis, tout en respectant des règles d’environnement n’existant pas il y a 60 ans.

Les connaissances, les moyens techniques, un marché restreint mais chiffrable, la possibilité de lever des ressources financières, tout cela existe pour reprendre le cours du supersonique. Mais le lancement d’un projet de Tsp nécessite aussi la ferme motivation des parties impliquées, répondant positivement à la question : « le jeu en vaut-il la chandelle ? ». Cette motivation est difficile à trouver en Europe soumise à des pressions politiques écologiques dogmatiques.

Mais c’est possible ailleurs.

CAS DU BOOM « OVERTURE »

 

Peut-on estimer la crédibilité du projet ?

 

Le projet Boom reste le seul en course des trois projets américains présentés en 2014, Aerion et Spike ayant été abandonnés.

Initialement le projet était un avion volant à M 2,20 avec 45 à 50 passagers. Un démonstrateur, XB-1, à l’échelle 1/3, et dont on peut se demander à quoi il va servir tant sa configuration est éloignée de celle du dernier projet présenté en 2023, devait voler en 2017 mais n’a pas décollé en 2023.

Le projet présenté est désormais celui d’un avion, « Overture », volant à M 1,70 avec 64 à 80 passagers, propulsé par un moteur nouveau « Symphony » développé aussi par Boom, dont l’exploitation mondiale serait rentable.

Cet avion sera-t-il le second transport supersonique ?

 

L’examen du peu d’informations données par l’avionneur (en 2023) laisse penser que le projet devrait être techniquement possible, Concorde ayant largement ouvert la voie. Mais ce peu d’informations suggère aussi que, tel que présenté, Boom ne pourrait pas le réaliser.

On va ici essayer d’estimer les points positifs et les obstacles prévisibles.

 

Cette estimation ne peut se faire de façon crédible que d’après l’expérience acquise sur les avions subsoniques, transposée à la résolution des problèmes connus du supersonique. Cette expérience concerne l’ensemble des aspects, techniques, commerciaux, financiers, environnementaux. Evidemment l’estimation pourra être modifiée par des informations concrètes provenant de l’évolution du projet.

 

INFORMATIONS COMMUNIQUÉES PAR BOOM

 

Il n’y en a que peu, et ce ne sont que des objectifs à l’usage de clients potentiels, qu’aucun chiffrage ne vient garantir. On note qu’à part le Mach passant de 2,20 à 1,70 les performances n’ont pas évoluées depuis le premier projet de 2014. Seules de belles figures viennent un peu préciser comment seront le véhicule et ses 4 moteurs.

 

Domaine de vol

Le survol supersonique des terres n’est pas envisagé. Au départ et à l’arrivée une partie du vol devra donc se dérouler en subsonique, probablement autour de M 0,95.

Les performances « objectif » en croisière supersonique sont M 1,70 à l’altitude de 60000 ft.

Le rayon d’action maximum annoncée de 4250 nm (7860 km) permet l’accès à bon nombre de métropoles, beaucoup grâce à une partie de vol subsonique. On suppose des réserves de carburant  normales. 600 liaisons possibles sont annoncées.

 

Fuselage

Prévu pour 64 à 80 passagers.

L’avantage de la structure entièrement en composites est mentionné.

 

Moteur

Symphony est un moteur à double flux à taux de dilution moyen, sensé résoudre les problèmes de bruit et d’adaptation aux régimes différents de décollage et de croisière, se conformant aux règles imposées, en particulier au Chapitre 14 OACI des normes de bruit.

La poussée au décollage serait de 35000 lb (16000 daN).  

Le moteur est nouveau autant par la configuration que pour le constructeur. On met en avant l’avantage de l’impression 3D dans la fabrication.

Il est prévu un allongement de durée de vie de 25% et une diminution de coûts de 10% par rapport aux moteurs supersoniques actuels (uniquement militaires).

Le carburant sera du SAF.

 

Prix et coûts annoncés

Développement et certification avion et moteurs : 6Md$

Avion : 200 M$ sans aménagement intérieur.

Aller-retour Londres-New-York : 5000 $.

Le financement de début ne semble pas poser de problème.

 

Partenariat

Des contrats de partenariat étaient signés (fin 2023) avec 11 entreprises pour l‘étude, la fabrication et l’équipement de l’avion, et avec 2 entreprises pour l’étude et la fabrication des moteurs.

 

Délais

Le premier vol de l’avion, donc avec ses moteurs Symphony, est prévu en 2027, sa certification en 2029, et sa commercialisation en 2030.

 

POINTS POSITIFS ET OBSTACLES PRÉVISIBLES

 

Attrait commercial

 

M 1,70 est un compromis entre l’attrait commercial et les difficultés techniques.

M 1,70 est équivalent, au-dessus de la troposphère, à 975 kt ou 1810 km/h, soit deux fois la vitesse des actuels subsoniques, donnant ainsi un avantage concret de vitesse sur les grandes distances.

Les réseaux actuels de transport aérien sur les zones océaniques, bien connus, offrent des opportunités avec le rayon d’action prévu, parfois avec une escale intermédiaire. Cependant le nombre de 600 liaisons possibles semble optimiste. On suppose, ainsi que l’assure Boom, que les conditions de décarbonation et de lutte contre l’effet de serre seront respectées pour que l’avion soit accepté mondialement.

Les chances de capturer une part du marché des classes Première et Affaire des subsoniques sont directement fonction de l’écart de prix avec ces classes, des horaires de départ et d’arrivée sur les lieux d’opération, combinés avec d’éventuelles correspondances, et de façon secondaire de confort particulier.

D’où la nécessité absolue pour le constructeur de maîtriser les coûts (investissements, études, essais, fabrication, formation, carburant, maintenance) et de définir les trajets sur lesquels l’avion sera optimisé.

 

Accueil du projet

 

L’engouement des compagnies aériennes fait penser à celui accompagnant alors le projet Concorde : 130 options pour trois compagnies aériennes, deux américaines, UAL et AAL, et une japonaise, JAL.

Fait important positif pour l’avenir du projet : la NASA et l’US Air Force sont intéressées, via une coopération avec Northrop- Grumman sur un programme de recherche.

Le premier vol commercial est prévu en 2030, ce qui est un défi pour Boom ainsi qu’on le voit ci-après.

 

Domaine de vol

 

Au point de fonctionnement en croisière, M 1,70 et 60000 ft, correspond une Vc de 360 kt. Or Vc est un paramètre essentiel pour les calculs de structures, et définit l’une des limites du domaine de vol.

On peut donc se poser la question de la valeur de la Vc opérationnelle maximum, VMO (possible entre 350 et 600 kt), en accélération et montée pour atteindre M 1,70 et 60000 ft.

Cette partie initiale du vol et de la croisière dépendent évidemment des caractéristiques aérodynamiques, de la masse, de la VMO choisie, et des performances des groupes motopropulseurs, que nous ne connaissons pas sauf l’objectif de poussée au sol du moteur  Symphony.

La température d’impact est 70°C, au lieu de 154°C à M 2,20, simplifiant les problèmes d’échauffement et de contraintes thermiques, les matériaux composites étant utilisés pour la structure.  

Le rayon d’action maximum, élément clé du projet, dépend de paramètres tels que masse de l’avion, finesse, trainée aérodynamique, consommation spécifique, masse de carburant, paramètres que nous ne connaissons pas. On sait que le compromis entre ces paramètres essentiels est délicat. Sont-ils définis aujourd’hui ?

Le respect de la loi des aires est favorable à la réduction de trainée. Malgré les grandes possibilités des moyens de calcul disponibles, seuls les résultats d’essais en vol pourront garantir les distances en jeu, avec les réserves normales de carburant. Les garanties de performances seront-elles données de façon classique 5 ans avant la livraison au client ?

 

Groupes motopropulseurs

 

La décision de Boom de concevoir et de fabriquer le moteur, appelé Symphony, est un défi. Espérer qu’il y aura 4 moteurs en fonctionnement sur l’avion en 2027 en est un autre, le temps de développement par un motoriste majeur d’un moteur de classe équivalente dérivé d’un type déjà existant étant supérieur à 5 années.

Chacun des 4 moteurs sera dans une nacelle placée sous l’aile. Cette nacelle devra être adaptée au bon fonctionnement du moteur à double flux (maître-couple important) et au contrôle des entrées d’air et des tuyères dans tout le domaine de vol, entre autres au décollage et en croisière. Elle sera plus compliquée et plus pesante qu’une nacelle d’avion subsonique.

 

Gestion du programme

 

Il s’agit de l’intrication des problèmes techniques, d’organisation, financiers, dont le résultat sera le succès ou l’échec du programme. On a très peu d’information sur ces sujets mais  l’analyse de ce peu, à l’aide de l’expérience et du constat de l’état des lieux de l’aéronautique actuelle, ne laisse pas de place à l’optimisme pour le programme actuel tel que présenté.

En résumé :

Boom doit mener le développement, la fabrication et la certification, simultanément  d’un avion entièrement nouveau, de son moteur entièrement nouveau, de leur adaptation, dans un domaine d’utilisation dont l’avionneur n’a aucune expérience, cela pour 2029 date prévue de certification, en 7 années.

 

Malgré la puissance espérée des moyens informatiques on peut penser que le temps et les moyens nécessaires ne seront pas inférieurs à ce qui existe aujourd’hui pour les programmes moyen-courriers subsoniques bénéficiant de l’expérience des modèles précédents et, en particulier, de la disposition de bancs d’essais d’intégration des systèmes, et de simulation de vol bien en amont du premier vol.

 

Financement

 

Le chiffre annoncé pour le développement, la fabrication et la certification avion et moteurs est 6Md$. C’esr au mieux la moitié du coût actuel de lancement d’un moyen courrier subsonique. C’est donc un défi pour assurer le financement nécessaire d’un avion entièrement à « réinventer » par une organisation partant de zéro.

Les contrats de partenariat, accompagné d’éventuelles participations financières, pourraient garantir le financement réel avec une fidélisation au projet, et le  partage des risques.

 

Organisation

 

Il ne s’agit que d’estimations. Il semble y avoir un bureau d’études centralisé d’assez peu de personnes, travaillant sur des avant-projets depuis 10 ans et plus. Aujourd’hui, s’agissant de réalisation, leur nombre parait largement en-dessous de ce qui serait nécessaire pour un programme d’avion subsonique mené par du personnel déjà expérimenté sur l’ensemble de l’avion, de sa motorisation, de ses systèmes.

Il semble qu’on veuille compenser la faiblesse du nombre de personnes et la réduction des délais par l’usage intensif des méthodes d’intégration, d’utilisation des outils informatiques actuels d’échanges rapides d’informations, et de la simulation. L’acquisition des compétences nécessaires semble se faire par partenariat avec des entreprises spécialisées.

Mais dans ce type d’organisation participative, où il est nécessaire de spécifier, de coordonner, de vérifier en continu la faisabilité et les performances de systèmes complexes dans leur fonctionnement interconnecté, une coordination permanente est nécessaire à tous les niveaux d’intervention.

Le travail sur des maquettes virtuelles peut simplifier les échanges, mais ne peut pas remplacer les ajustements sur des maquettes et des bancs d’essais réels par du personnel compétent en nombre suffisant.

La fabrication peut être aidée par l’impression 3D ou d’autres procédés nouveaux éprouvés.

 

La coordination, les choix et les décisions seraient effectuées au sein du bureau d’études Boom.

Il ne faut pas oublier que la validation est obligatoirement effectuée sur les éléments physiques réels, et les essais en vol viennent parfois remettre en cause des choix incertains.

 

En résumé le difficile projet part de zéro, rapidement, avec au départ du personnel compétent en nombre apparemment insuffisant, et en misant sur les outils informatiques pour compenser les faiblesses.

 

La prévision d’avoir le total pour une certification de l’avion en 2029 est irréaliste d’après ce qu’on peut deviner avec le peu d’informations disponibles, car il faut 5 ans pour développer un avion  subsonique performant dont l’architecture générale et les systèmes ne sont que des extrapolations de ceux des avions existants.

 

La motivation existe, mais ne suffit pas. Les USA nous montrent que de nouvelles entreprises peuvent rapidement concevoir et fabriquer des matériels innovants. Space X est un bon exemple, avec cependant un détail important : il n’y avait pas d’humains à bord et les échecs n’étaient donc pas catastrophiques.

 

CONCLUSION

 

Les autorités de certification suivent certainement le programme et avisent le constructeur des obstacles potentiels de certification. On peut même avancer que la FAA devrait assouplir quelques conditions pour que le projet aboutisse, par exemple avec des concessions réglementaires importantes sur les limitations environnementales, le bruit en particulier.

Mais on peut aussi douter que l’administration se montre très tolérante aujourd’hui.

La volonté d’aboutir n’est pas suffisante. D’après le peu d’information disponible, les moyens techniques et financiers semblent notablement  insuffisants pour résoudre les problèmes connus, sans compter les imprévus.

Overture et son moteur Symphony sont des défis, les chances de certifier un produit atteignant les performances avancées dans les délais et le financement annoncés, semblent nulles d’après nos références actuelles.

 

Donc, attendons de plus amples informations.

1er vol du 02 avec Yves Pingret, Jean Beslon, Jean Pinet, Claude Durand et Jean Franchi.

1er vol du 02 avec Yves Pingret, Jean Beslon,
Jean Pinet, Claude Durand et Jean Franchi.

ANNEXE
QUELQUES POINTS DE FONCTIONNEMENT


En caractères gras domaine de Concorde

* Exactement avec une VMO (vitesse conventionnelle maximum opérationnelle) de 520 kt on avait M 2,05 à 52000 ft, sinon on restait à M 2,00 atteint à 50500 ft.
** On peut obtenir M 1,70 à 55000 ft avec une Vc de 400kt.

1 - Dossiers de l’AAE : n°3 « L’avion de transport à haute vitesse, Recommandations », 1991 ; n°19 « L’avion de transport supersonique, Journée d’étude à l’ONERA 6 avril 2000 », 2002.
2 - Voir le Dossier 46 de l’AAE « De Concorde aux nouveaux projets d’avions supersoniques », Gérard Théron.

3 - Dans la suite du texte la lettre « M » sera utilisé pour « nombre de Mach »




1 Commentaire

Loup MAIRET
Il y a 10 jours
Nota : Il y a aussi le Programme X-59 de la NASA.

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