De nouveaux catalyseurs pour lutter contre la surchauffe des avions hypersoniques

Le monde de l’aéronautique mène actuellement des recherches sur une technologie qui pourrait conduire au développement d’une flotte de transport hypersonique commercial. Cette nouvelle génération d’avions permettrait aux passagers de traverser l’Atlantique ou le Pacifique en seulement deux à trois heures à une vitesse de Mach 5-8 (une vitesse d’environ 6 100 à 9 800 km par heure). L’impact éventuel sur la composition chimique de l’atmosphère d’une future flotte d’avions hypersoniques dépendra de divers facteurs, notamment de la consommation de carburant de chaque avion, du type de carburant utilisé et des indices d’émission des différents effluents s’échappant des moteurs. [1] 

 

Jusqu’à présent, seuls quelques avions expérimentaux ont atteint la vitesse hypersonique. Leur développement soulève encore de nombreux défis, tels que les niveaux de chaleur extrêmes qui en résultent.  Pour les avions se déplaçant à plus de cinq fois la vitesse du son, le frottement entre l’avion et l’air extérieur génère d’énormes quantités de chaleur. Le recours à des carburants endothermiques représente une approche expérimentale prometteuse pour s’attaquer à ce problème de surchauffe. Ceux-ci peuvent agir à la fois comme propulseur et comme principal agent de refroidissement de l’avion. 

 

Selon des chercheurs de l’Université RMIT d’Australie, les carburants capables d’absorber la chaleur tout en alimentant un avion nécessitent des catalyseurs très efficaces afin d’obtenir les réactions chimiques requises. [2] Dans ce scénario, un certain type d’échangeur de chaleur capterait la chaleur des pièces de l’avion en surchauffe et la transférerait à un carburant froid de type hydrocarbure. Lorsque le carburant se réchauffe jusqu’à une certaine température, il déclenche des réactions chimiques qui décomposent les hydrocarbures en unités plus simples. Ces dernières peuvent ensuite être utilisées pour la propulsion. [3] Roxanne Hubesch, l’auteur principal de l’étude, explique par ailleurs que les échangeurs de chaleur dans lesquels le carburant entre en contact avec les catalyseurs doivent être aussi petits que possible, en raison des fortes contraintes de volume et de poids dans les avions hypersoniques. [2] 

 

Pour fabriquer les nouveaux catalyseurs, l’équipe a utilisé l’impression 3D afin de produire de minuscules échangeurs de chaleur en alliages métalliques et les a recouverts de minéraux synthétiques connus sous le nom de zéolithes. Grâce à des tests en laboratoire, les chercheurs ont reproduit les températures et les pressions extrêmes subies par le carburant à des vitesses hypersoniques. 

 

D’autres travaux de recherche restent nécessaires, par exemple pour identifier la meilleure combinaison d’alliages métalliques. Les chercheurs espèrent que cette nouvelle génération de catalyseurs pourra être utilisée pour transformer tout processus industriel dans lequel la surchauffe représente un défi constant. Ils espèrent également étendre les applications potentielles de leurs travaux au contrôle de la pollution atmosphérique pour les véhicules et aux dispositifs miniatures destinés à améliorer la qualité de l’air intérieur. 

 

 

Sources 

[1] Kinnison, D., Brasseur, G. P., Baughcum, S. L., Zhang, J., & Wuebbles, D. (2020). The impact on the ozone layer of a potential fleet of civil hypersonic aircraft. Earth's Future, 8(10), e2020EF001626. https://doi.org/10.1029/2020EF001626 

[2] Next gen 3D printed catalysts to propel hypersonic flight. https://www.rmit.edu.au/news/media-releases-and-expert-comments/2021/sep/3d-printed-catalysts-hypersonic 

[3] https://newatlas.com/aircraft/tiny-heat-exchanger-hypersonic-plane-fuel-coolant/