Avis au lecteur « Depuis le décret du président Trump du 27 janvier 2025, toutes les subventions de recherche sont suspendues aux États-Unis. En réalité, ce décret est lui-même mis sur pause, car il est débattu devant les tribunaux. Cependant, dans l’attente d’une décision de justice, l’administration Trump a suspendu à son tour toutes les réunions de présentation scientifique ainsi que tous les paiements vers les instituts nationaux de recherche, mettant ainsi le monde des chercheurs universitaires dans la confusion. Cette situation pourrait remettre en cause, ou au moins retarder, certaines recherches comme celle dont il est question dans cet article. »
Pour le commun des mortels, il faut savoir que l’hydrogène liquide ou cryogénique (LH2), termes étant utilisés de manière interchangeable, est un produit obtenu en refroidissant l’hydrogène gazeux à des températures extrêmement basses (-273,15 °C). Cette transformation confère à l’hydrogène liquide des propriétés physiques et chimiques uniques qui peuvent intéresser de nombreux secteurs du développement durable et éco-responsable.
L’hydrogène liquide et la décarbonisation
Dans la lutte contre le réchauffement climatique de la planète et la nécessité de décarboniser l’économie et les activités humaines sous toutes ses formes, l’hydrogène liquide pourrait jouer un rôle très important, car c’est un combustible qui offre des avantages par rapport aux combustibles fossiles dans divers secteurs, notamment l’aérospatiale, la production d’énergie et tous les processus industriels.
L’hydrogène étant en grande quantité dans la nature, il est possible de s’en procurer facilement et, une fois rendu liquide, il ne produit aucune émission nocive et est sans danger pour l’environnement. En outre, il est possible de le stocker pour une utilisation à long terme et il peut aussi par exemple être utilisé pour produire de l’électricité pour les secteurs économiques et industriels qui en ont besoin.
Pour toutes ces raisons, l’hydrogène liquide, considéré comme étant un combustible « vert », est un élément clé de la transition énergétique et de la lutte contre le changement climatique. Il offre des solutions durables et efficaces pour un avenir énergétique plus propre. Cela étant dit, il faut savoir que l’hydrogène est un produit hautement inflammable, que de produire de l’hydrogène liquide est coûteux et que finalement son stockage est tout un défi.
Un mandat de recherche donné à la Florida Agricultural & Mechanical University – Florida State University College of Engineering, soutenu par la NASA
Devant la nécessité de diminuer la consommation des carburants d’origine fossile, l’hydrogène liquide offre une densité énergétique élevée. Il apparaît comme une alternative intéressante et l’on peut constater qu’il est de plus en plus utilisé dans le secteur des transports. Il est même considéré comme un combustible potentiel pour les lanceurs de fusée.
Pour ces raisons, une équipe de chercheurs de la FAMU-FS, sous la direction de Wei Guo, professeur au Department of Mechanical Engineering et coordinateur du rapport d’étude publié dans Applied Energy, a été chargée de concevoir un système de stockage et de distribution d’hydrogène liquide comme carburant pour les avions de nouvelle génération, ce qui pourrait contribuer à faire de l’aviation zéro émission une réalité.
Le rapport des travaux décrit un système évolutif et intégré gérant plusieurs tâches critiques : le stockage du carburant, et le refroidissement et le contrôle de la distribution. Une situation qui soulève plusieurs défis d’ingénierie, à la fois afin de permettre à l’hydrogène d’être utilisé comme carburant propre et d’être en même temps un moyen de refroidissement des systèmes d’alimentation essentiels se trouvant dans les avions à propulsion électrique. C’est ainsi que l’étude finale présente une conception adaptée à un avion hybride-électrique de 100 passagers, qui tire son énergie à la fois de piles à combustible à hydrogène et de générateurs supraconducteurs entraînés par des turbines à hydrogène. Elle démontre comment l’hydrogène liquide peut être stocké efficacement, transféré en toute sécurité, et utilisé pour refroidir des systèmes embarqués indispensables, tout en répondant aux demandes de puissance pendant diverses phases de vol comme le décollage, la croisière et l’atterrissage.
Il faut préciser ici qu’avant les travaux réalisés par cette équipe de chercheurs, personne ne savait comment utiliser efficacement l’hydrogène liquide dans un avion, ni s’il était également possible de l’utiliser pour refroidir les composantes du système d’alimentation. Non seulement ils ont montré que c’était faisable, mais ils ont également démontré qu’il fallait procéder à une optimisation au niveau du système pour y parvenir. Finalement, il est possible de dire que le concept proposé par cette équipe de chercheurs jette les bases des systèmes des futurs avions à hydrogène.
Un futur prometteur après ces premiers résultats de recherche
Ce premier projet de recherches, mené au National High Magnetic Field Laboratory de la Florida State University, a été soutenu en partie par la National Science Foundation et l’État de Floride, et réalisé dans le cadre du programme University Leadership Initiative qui donne aux universités américaines la possibilité de recevoir un financement de la NASA. Celle-ci souhaite leur permettre de prendre l’initiative en déterminant leur propre programme de recherches et en constituant leurs propres équipes pour atteindre les objectifs fixés. La seule contrainte est de soutenir et de compléter les missions de recherche aéronautique de l’agence et de suivre son plan de mise en œuvre stratégique.
Si la première phase de cette étude s’est concentrée sur l’optimisation de la conception et de la simulation du système, il va de soi que la prochaine phase devra se concentrer sur une validation expérimentale.
Le professeur Guo et son équipe en sont tout à fait conscients et prévoient de construire un prototype du système et d’effectuer des tests au Center for Advanced Power Systems de la FSU.
Cette fois, le projet va s’inscrire dans le cadre du NASA’s Integrated Zero Emission Aviation program, qui rassemble des institutions à travers les États-Unis pour développer une gamme complète de technologies pour une avionnerie « propre ». Les universités partenaires incluent Georgia Tech, Illinois Institute of Technology, University of Tennessee et University at Buffalo.
La FSU, quant à elle, coordonne et dirige les recherches en matière de stockage d’hydrogène, de gestion thermique et de conception de systèmes électriques. Les principaux intervenants dans cette recherche sont : les professeurs Lance Cooley, Juan Ordóñez, Hui Li, Sastry Pamidi, l’étudiant diplômé Parmit S. Virdi ainsi que plusieurs autres experts de la faculté en cryogénie, en supraconductivité et en systèmes électriques.
Sources : https://news.fsu.edu/news et www.wikipedia.org
