HydrogÈne
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Après avoir découvert qu'une solution hybride est impossible a l'échelle d'un avion de ligne comme le Boeing 737 MAX 7, nous nous sommes ensuite intéressés à une nouvelle source d'énergie émergente l'hydrogène qui a une densité énergétique bien plus importante que celle des batteries lithium et qui est eco-friendly.
Combien de temps pouvons nous faire voler un Boeing 737 MAX 7 "électrique" avec une source d'énergie comme l'hydrogène? Est-ce une solution viable?
Hydrogène comme source d'énergie?
L'hydrogène peut être utilisé comme source d'énergie pour l'avion à travers l'utilisation de fuel cells. Possédant une densité énergétique environ 137 fois plus importante que les batteries, qui est diminuée par l'efficacité des fuel cells, étant d'environ 60%. L'hydrogène reste une source d'énergie très interessante qui permettrait possiblement d'alimenter un avion pendant plusieurs heures.
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Fonctionnement d'une fuel cell:
Une réaction chimique a lieu dans la fuel cell entre du dihydrogène et le dioxygène présent dans l'air, afin de produire de l'électricité et de l'eau. Ainsi, les seuls produits de cette réaction sont de la vapeur d'eau et de l'électricité. C'est donc une source propre et a zero émissions.
Une solution viable ?
Données:
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Masse Boeing 737 MAX 7 "électrique" a vide = 40015.4 Kg
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Constante de gravitation g = 9,81 N/Kg
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Densité de l'air a 10 000m d'altitude = 0.4135 kg/m^3
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Envergure Boeing 737 MAX 7 = 35.92 m
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Vitesse de croisière Boeing 737 MAX 7 = 839 Km/h
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Masse maximum de décollage : 82191 Kg
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Densité énergétique dihydrogène liquide = 33300 Wh/Kg
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Formules:
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Pour explorer la solution de l'hydrogène nous allons chercher a calculer l'autonomie maximum théorique d'un Boeing 737 MAX 7 "électrique" avec comme source d'énergie; de hydrogène. Nous utiliserons une variable x qui représentera la masse de dihydrogène. Dans nos divers calculs, la variable x représentera la masse d'hydrogène.
Calcul du temps de vol sans efficience:
La courbe est croissante jusqu'à x = 40015,4. À partir de 40015,4, elle décroît. Le sommet, soit le temps de vol le plus avantageux, se trouve au sommet de la fonction sur le point de coordonnées a(40015,4;134,399).
Le temps de vol maximum équivaut donc à: 134.399 heures
Ce qui correspond à environ: 5,6 jours
Ceci équivaut donc à: 5 jours 14 heures et 24 minutes
Calcul du temps de vol avec efficience de 60%:
La courbe est croissante jusqu'à x = 40015,4. À partir de 40015,4, elle décroît. Le sommet, soit le temps de vol le plus avantageux, se trouve au sommet de la fonction sur le point de coordonnées a(40015,4 ; 80,64).
Le temps de vol maximum équivaut donc à: 80,64 heures
Ce qui correspond à: 3,36 jours
Ceci équivaut donc à: 3 jours 8 heures 38 min et 24 secondes de vol.
Comparaison à l'autonomie d'un Boeing:
Nous allons ici commencer par calculer le temps de vol moyen d'un Boeing 737 MAX 7. Ensuite, nous calculerons la masse d'hydrogène nécessaire pour faire voler l'avion durant le temps de vol moyen, calculé précédemment.
Graphique de la masse d'hydrogène pour 7h50 de vol:
Ainsi pour avoir une autonomie de vol similaire à celle du Boeing 737 MAX 7 fonctionnant au kérosène avec notre avion alimenté par de l'hydrogène, il faudrait 1021,59 Kg d'hydrogène, et cela tout en prenant en compte l'efficience de 60% d'une hydrogène fuel cell. Ce qui nous laisse 41 154,01 Kg de masse libre pour charger des passagers et baggages. Cette alternative est donc très intéressante.
Conclusion
Après avoir effectué tous les calculs, on réalise que le temps de vol théorique maximum est très important; plus important que tous les avions présents sur le marché. Nous voyons aussi qu'il ne suffit seulement que de 1021,59 Kg d'hydrogène pour avoir une autonomie similaire à celle du Boeing 737 Max 7, ce qui laisse beaucoup de masse disponible pour la charge de l'avion. Nous pouvons donc en déduire que l'hydrogène est une solution viable, ce qui pourrait permettre des vols long-courriers avec des avions de lignes complètement électrique.