Comment les systèmes électriques modulaires des avions permettent de réduire le poids et la consommation de carburant
Les avions modernes utilisent déjà l’électricité pour de nombreux systèmes embarqués, mais les modèles futurs y auront encore davantage recours. Cela peut permettre de réduire la consommation de carburant et les coûts d’entretien, à condition que le système d’alimentation électrique reste léger, efficace et sûr tout en prenant en charge davantage de fonctions. Le projet ORCHESTRA(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a mis au point des blocs techniques modulaires (TBB) destinés aux avions plus électriques, c’est-à-dire des appareils qui remplacent tout ou partie des systèmes hydrauliques, pneumatiques et mécaniques par des systèmes électriques. Il a porté sur la conversion de puissance, les machines, le câblage, les batteries, la gestion thermique et la supervision, puis a permis de tester le fonctionnement de ces éléments ensemble, plutôt que pris isolément.
Systèmes d’alimentation électrique modulaires pour avions légers
ORCHESTRA a été conçu pour les avions de nouvelle génération à propulsion électrique ou hybride, dans lesquels le système d’alimentation électrique devient un élément central du système, plutôt qu’un simple dispositif auxiliaire. Pour les compagnies aériennes, cela peut se traduire par une réduction de la consommation de carburant, une maintenance simplifiée et une plus grande fiabilité des opérations. Serhiy Bozhko, professeur spécialisé dans les systèmes d’alimentation électrique des avions à l’université de Nottingham et coordinateur du projet ORCHESTRA, déclare: «Le facteur qui a le plus contribué à cette avancée n’était pas une technologie isolée, mais plutôt la combinaison de sous-systèmes modulaires et d’une gestion intelligente de l’énergie au niveau du système». Concrètement, le projet a atteint ses objectifs de 10 % d’efficacité et de 25 % de réduction du poids en combinant un matériel plus léger et une meilleure utilisation de la puissance disponible, plutôt qu’en comptant sur un composant révolutionnaire pour tout faire à lui seul.
Intégrer en toute confiance les convertisseurs, les machines et les commandes
Chaque bloc technique modulaire a été développé pour résoudre une partie du problème: convertisseurs à faibles pertes, machines électriques plus légères, faisceaux de câbles améliorés, batteries à semi-conducteurs, modèles thermiques et contrôle de supervision. L’étape la plus difficile a été franchie lorsque ces éléments ont dû fonctionner ensemble. Comme l’explique Serhiy Bozhko, «la question la plus difficile était l’intégration au niveau du système entre les TBB développés indépendamment». Le projet a résolu ce problème en utilisant une architecture électrique commune et une approche de supervision hiérarchique, séparant le contrôle des appareils locaux de la coordination au niveau de l’avion. L’équipe d’ORCHESTRA a également examiné ce qui se passe lorsque les systèmes électriques des avions passent à des réseaux de courant continu (CC) à plus haute tension et à des convertisseurs de plusieurs mégawatts. À ces niveaux, les défauts du système, les ruptures d’isolation, le stress thermique et les interférences électromagnétiques deviennent beaucoup plus difficiles à contenir. L’une des leçons tirées du projet est sans appel: «Globalement, le changement exige une philosophie de sécurité au niveau du système, et pas seulement des améliorations au niveau des composants». Cela signifie une isolation plus rapide des défaillances, une meilleure surveillance, une conception soigneuse de l’isolation et des architectures reconfigurables qui limitent la propagation des défaillances.
Composants de la boîte à outils ORCHESTRA les plus proches de l’utilisation
Les résultats les plus aboutis du projet sont les convertisseurs électroniques de puissance modulaires, les machines électriques modulaires, les solutions de détection et de surveillance, ainsi qu’une gestion thermique améliorée. Ces solutions sont proches des pratiques actuelles du secteur et plus faciles à mettre en œuvre progressivement. Une gestion plus autonome de l’énergie, des architectures hybrides à très haute puissance et la généralisation du courant continu haute tension nécessitent encore des efforts supplémentaires avant de pouvoir répondre aux exigences en matière de certification et de sécurité. Une fois le projet achevé en novembre 2025, les modèles, les bancs d’essai et les démonstrateurs d’ORCHESTRA ont continué à alimenter les travaux de suivi portant sur les normes et la mise en œuvre. Ces résultats alimentent déjà les travaux de normalisation de l’EUROCAE sur la gestion intelligente de l’alimentation embarquée, tandis que les plateformes de «matériel dans la boucle» et les modèles d’intégration virtuelle continuent d’être utilisés pour les futures intégration des systèmes des avions électriques. Le résultat n’est pas un avion achevé, mais une base solide qui contribue à faire passer l’aviation électrique du stade des études conceptuelles à celui de systèmes certifiables.
