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JETSCREEN : comprendre l’impact des SAF sur les systèmes carburant

Quel est l’impact de l’utilisation des carburants durables (ou SAF pour « Sustainable Air Fuels ») sur les avions actuels et futurs ? Cette question était au cœur du projet de recherche JETSCREEN, lancé par la Commission européenne. Plusieurs sociétés y ont contribué, dont Safran Aerosystems qui a observé les effets d’une substitution complète du kérosène par du SAF sur ses équipements constituant le système de distribution et de jaugeage carburant. Retour d’expérience…

Les Carburants de Synthèse Durables (CSD), plus communément désignés sous l'acronyme anglais SAF (« Sustainable Aviation Fuels »), désignent les carburants aéronautiques ayant fait l'objet d'une certification attestant que leur production a un impact significativement réduit – et ce de manière durable – sur l'environnement par rapport aux carburants conventionnels. Ils constituent donc une solution efficace et immédiate pour contribuer à décarboner l'aviation.

Toutefois, l'utilisation de SAF soulève deux questions majeures : leur disponibilité sera-t-elle suffisante ? Et quid de leur compatibilité avec les aéronefs actuels et futurs ? Car si tous les aéronefs peuvent fonctionner, sans aucune modification des équipements, avec un mélange à 50/50 de kérosène et de carburants durables, qu'en est-il quand on passe à 100 % de SAF dans le réservoir ?

C'est cette dernière question qui a occupé les acteurs impliqués dans JETSCREEN (« JET Fuel SCREENing and Optimization »). Lancé par la Commission européenne dans le cadre du dispositif « Horizon 2020 », ce projet de recherche a mobilisé un consortium comprenant notamment plusieurs sociétés du Groupe, afin d'établir un premier référentiel du comportement des carburants durables par rapport au kérosène et de comprendre ses effets sur les équipements d'un aéronef.

« L'objectif du projet JETSCREEN était de développer des outils destinés à appuyer l'approbation rapide de nouveaux carburants produits à partir d'un large éventail de matières premières. Cela contribuera à pousser le secteur vers une plus grande durabilité », rappelle la Commission européenne dans son rapport.

Au-delà du moteur, plusieurs systèmes de l'avion peuvent être impactés par un changement de carburant, dont notamment, le système de distribution et de jaugeage carburant. Safran Aerosystems, leader dans les systèmes de gestion des fluides, a ainsi mené deux projets pour tester la comptabilité de ses produits avec des SAF.   

 

Tester les limites du jaugeage

 

« Plusieurs types de carburants durables peuvent être utilisés dans l'aviation, chacun avec une composition chimique et des propriétés physiques qui sont différentes de celles du kérosène. Or, nos systèmes carburant ont été conçus et fonctionnent en s'appuyant sur les caractéristiques physiques du kérosène », explique Thierry Rouge-Carrassat, directeur innovation chez Safran Aerosystems. « Dans le cadre de JETSCREEN, nous avons cherché à comprendre les effets éventuels de ces écarts de caractéristiques chimiques et physiques sur le fonctionnement de nos produits et leur durée de vie. »

Première étape pour les équipes de Safran Aerosystems, tester le fonctionnement des équipements de contrôle carburants, notamment les capteurs, qui permettent d'indiquer le volume et la qualité de carburant dans le réservoir. « Nous avons développé un banc d'essai spécifique afin d'observer les limites du jaugeage des biocarburants », raconte Gilles Saint Aubin, Responsable R&T chez Safran Aerosystems. « Dans un aéronef, les capteurs permettent d'accéder à la masse de carburant dans le réservoir, selon un modèle de calcul qui repose notamment sur la masse volumique du kérosène avec la hauteur de carburant  dans le réservoir. Nous avons donc fait une étude comparative précise entre plusieurs carburants durables, en les soumettant à des variations de température, observé les écarts de mesure de nos capteurs, afin d'établir des modèles de calcul qui permettront de déterminer la masse des différents SAF dans le réservoir. »

 

Passer au crible le système de pompage

 

Le second test a été effectué sur le site de Safran Aerosystems à Roche-La-Molière (Loire) où sont fabriqués tous les systèmes de distribution de carburant.

« Nous avons transformé un banc d'essai pour surveiller le comportement des pompes, vannes et robinets fonctionnant avec des SAF », poursuit Gilles Saint-Aubin.

Dans un réservoir pouvant contenir entre 500 et 2000 litres de carburant, les équipes ont fait fonctionner des pompes carburant avec des SAF pendant 1200 heures. « L'équivalent de plusieurs mois de vol ! Ce test d'endurance devait nous permettre d'étudier les effets de l'utilisation de biocarburant sur la durée de vie de nos produits. »

Les équipes de Safran Aerosystems ont comparé leurs équipements avant et après le test pour vérifier leurs hypothèses. « Les biocarburants ont la particularité d'être exempts d'aromatiques qui participent à l'obtention de l'étanchéité, mais aussi exempts de soufre qui est un lubrifiant naturel. »

Pendant ce test, les carburants et équipements ont également été soumis à des variations de température et d'altitude. « A des températures très basses, nous avons observé que certains biocarburants pouvaient devenir très denses, rendant leur pompage compliqué. »  

« Cette première exploration expérimentale nous a permis d'identifier des tendances et des orientations qui devront être confirmées dans nos prochains travaux d'étude », conclut Gilles Saint-Aubin.   

Deux approches sont potentiellement envisageables lorsque l'on évoque l'utilisation de SAF : soit les équipements du système carburant sont modifiés pour fonctionner avec ces nouveaux carburants sans soufre et sans aromatiques, soit la composition des SAF est adaptée pour être compatible avec les équipements actuels.  

 

Prochaine étape : le projet Volcan

Les conclusions du projet JETSCREEN ont été communiquées en novembre 2020. Ce travail de collaboration a conduit à la mise au point d'outils de conception préliminaires permettant de saisir le comportement du carburant sur différents équipements, et au développement d'une plateforme de contrôle du carburant. La prochaine étape est désormais d'approfondir la collecte de données techniques en élargissant le panel de SAF testés, et en testant l'ensemble des équipements constituant le système carburant afin d'identifier et d'évaluer les modifications éventuelles à apporter à ces équipements.

C'est le sujet du projet VOLCAN lancé par Airbus avec un consortium qui inclut l'ONERA, Dassault et Safran, avec la participation des équipes de Safran Aerosystems, Safran Aircraft Engines, Safran Helicopter Engines, Safran Filtration Systems, et Safran Tech. Le projet VOLCAN tentera aussi de caractériser l'influence de la variation des différents constituants entrant dans la composition d'un SAF sur le fonctionnement des équipements du système carburant.

Le projet VOLCAN se concentre sur l'utilisation de SAF à 100 % sans aromatiques, ni soufre, la quantification de leurs bénéfices en terme d'émissions et trainées de condensation et l'identification des éventuelles adaptations des aéronefs commerciaux actuels et futurs.

C'est dans le cadre de ce projet que les acteurs aéronautiques français feront voler un monocouloir avec 100 % de SAF en fin d'année.

 

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