Livre étudiant – Réductions des émissions de GES : aéronautique

Ordres de grandeurs liés à une éventuelle aviation bas-carbone.

L’objectif de ce problème est de calculer quelques ordres de grandeur au sujet d’une éventuelle aviation « bas-carbone ». Deux types de carburants « bas-carbone » seront évalués : l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau et les agrocarburants. Pour faire parler les chiffres de production électrique trouvés, on les comparera à la production électrique française actuelle, et on les convertira en nombres de réacteurs nucléaires, en surface de fermes photovoltaïques ou surfaces de fermes éoliennes. Pour les agro-carburants, on pourra comparer les surfaces agricoles nécessaires à la surface agricole utile (S.A.U.) de la France. Les données de l’exercice concernent l’aéroport de Roissy, le principal aéroport international français. Pour obtenir les chiffres pour l’ensemble de l’aviation française, il suffit de multiplier tous les résultats obtenus par 1,73.

Voici la liste des étapes que vous pourrez suivre pour résoudre l’exercice :

1. Redémontrer la relation entre les MJ et les kWh.
2. Calculer l’énergie contenue dans le kérosène utilisé à Roissy.
3. Calculer le rendement énergétique de la production d’hydrogène liquide.
4. Calculer l’électricité qui serait nécessaire si tous les avions de Roissy volaient à l’hydrogène, et la convertir en chiffres parlant.
5. Calculer la quantité d’agrocarburant nécessaire et la surface agricole associée.
6. Déduire de ce qui précède les chiffres pour la France.
7. Commenter les résultats.

Données sur l’énergie

• En 2018, les vols de l’aéroport de Roissy Charles-de-Gaulle ont émis 13,1 MtCO₂.
• Lorsque l’on brûle du kérosène, la relation entre l’énergie libérée et les émissions de CO₂ est donnée par relation 1 MJ ↔ 71 gCO₂.

Données sur l’hydrogène

• La quantité d’énergie maximale que l’on peut récupérer en brûlant de l’hydrogène est 39,7 kWh/kgH₂.
• L’énergie nécessaire pour liquéfier l’hydrogène est de 11,5 kWh/kgH₂
• L’électricité nécessaire pour produire de l’hydrogène gazeux par électrolyse est de 56,8 kWh/kgH₂

Données sur la production d’électricité et les agro-carburants

• Une ferme photovoltaïque d’1 km² produit entre 40 et 100 GWh par an.
• Pour une ferme éolienne, on peut avoir une idée des densités surfaciques de puissance à partir des données suivantes : les éoliennes terrestres ont un facteur de charge de 20% ; dans les fermes éoliennes, la densité surfacique d’éoliennes d’une puissance crête de 3 MW est dans la gamme 2,85 – 4,76 éoliennes/km².
• Un réacteur nucléaire typique produit 6,5 TWh par an. Un hectare de colza permet de produire environ 1200 litres de bio-diesel. Ce dernier contient une énergie d’environ 9,8 kWh/litre.
• En France métropolitaine, la surface agricole utilisée (S.A.U.) représente 45% du pays, et donc 26,8 millions d’hectares.
• La production d’électricité française est d’environ 480 TWh/an.