Le taxi aérien, c’est pour quand ?

Claude le Tallec de l’ONERA est considéré aujourd’hui comme l’un des plus grands experts mondiaux en aéronef automatisé. Il a notamment été le coordonnateur de plusieurs projets européens comme le PPLane (Personal Plane). Il met ici en perspective plus de douze années d’études, de recherches et d’annonces sur le thème de l’Urban Air Mobility (UAM) et l’On Demand Mobility (ODM). Une approche dépassionnée sur un sujet clivant.

Les récentes annonces, agrémentées de vidéos montrant des personnes commandant une course en taxi aérien depuis une application sur un smartphone, pourraient laisser penser que ce nouveau mode de transport urbain est pour demain.

En réalité, ce n’est pas si simple…

Le nombre d’articles publiés sur les projets de taxis aériens urbains électriques à décollage et atterrissage verticaux (electric – Vertical Take-Off and Landing ou e-VTOL) est effectivement grand depuis que la société Uber a pris l’initiative, en octobre 2016, de décrire ce que pourraient être ces aéronefs et leur mode d’opération dans un « Livre Blanc » intitulé « Fast-forwarding to the future of on-demand, urban air transportation » UBER, “Fast-forwarding to the future of on-demand, urban air transportation”, White paper, October 2016, titre que l’on peut traduire par « Avancée rapide vers le futur du transport urbain à la demande.

Cette initiative d’Uber ne sortait pas du néant : les recherches sur la mobilité à la demande (On Demand Mobility ou ODM) et sur l’évolution du système de transport aérien personnel se poursuivent depuis plus d’une décennie maintenant. L’enthousiasme pour les taxis aériens n’est donc pas un effet de mode mais plutôt une arrivée à maturité de plusieurs idées et technologies dans un environnement socio-économique en perpétuelle évolution.

Revenons un peu en arrière pour bien comprendre la situation.

En Europe, la Commission a inclus une activité « Pioneering the air transport of the future » dans son programme de recherche FP7 en 2007 à la suite des conclusions de l’initiative « Out of the Box » qu’elle a financée dès 2006 dans le cadre du Conseil consultatif pour la recherche aéronautique en Europe (ACARE). Cette initiative visait à identifier des technologies et des concepts innovants, révolutionnaires, et radicalement nouveaux pour le transport aérien du futur.

Au cours de la première phase de l’analyse Out of the Box, des idées et des concepts créatifs ont été identifiés. Au cours de la deuxième phase, ces idées ont été évaluées en fonction de leur faisabilité en termes d’acceptation par le client, d’économie, d’efficacité et de maturité technologique.

Un nombre limité d’idées a été identifié comme présentant le meilleur potentiel pour réaliser des changements radicaux. Le rapport de cette initiative a été publié en novembre 2007 T. Truman, A. de Graaff, European Commission, Out-of the Box Part 2, November 2007 tandis que l’étude d’un système européen de transport aérien personnel (EPATS) était lancée en janvier de la même année.

PPlane, le projet d’avion personnel

Le concept PATS permettant de connecter les citoyens européens par voie aérienne a été l’une des idées retenues et deux projets furent lancés en 2009. Le projet d’avion personnel PPlane, coordonné par l’ONERA et associant 13 partenaires européens, a été l’un de ces deux projets.

Il a permis la définition d’un système de transport aérien personnel, à base d’aéronefs électriques entièrement automatisés (trois fans électriques carénés montés dans chacune des deux ailes principales), opérés au moyen d’une infrastructure au sol dédiée et spécifique appelé PPorts pour les faire décoller et atterrir de façon assistée.

Le système automatisé de gestion du trafic aérien conçu au cours du projet européen IFATS Projet IFATS coordonné par l’ONERA, 2004 à 2007a été repris pour intégrer ces nouveaux aéronefs dans l’espace aérien sans interférer avec ses autres utilisateurs grâce à un principe de trajectoires sous contrat 4D.

Cependant, les avions PPlane n’avaient pas été définis avec des capacités de décollage et d’atterrissage verticaux (VTOL) et n’étaient utilisés que depuis la périphérie des villes. En effet, les aéronefs VTOL avaient été écartés de l’espace de solutions au début du projet du fait des nuisances sonores et des émissions de polluants qu’ils pourraient engendrer en milieu urbain du fait que l’hypothèse d’un développement parallèle et significatif du système de transport terrestre urbain paraissait incontournable d’un point de vue sociétal.

Une conférence commune USA/Europe appelée « Comment préparer l’avenir » sur les systèmes d’aéronefs personnels s’est tenue à Bruxelles le 24 Octobre 2012, elle a conclu que le concept PPlane n’était pas de la science-fiction car il bénéficiait notamment des avancées liés aux efforts en cours pour rendre sûr l’usage des aéronefs télépilotés ou drone.

Exploration des frontières de l’imaginable en aviation

Dans le même temps, aux Etats-Unis, le National Institute of Aerospace américain et la NASA Langley ont co-parrainé en octobre 2010 une conférence intitulée «Aviation Unleashed» (L’aviation débridée) au Hampton Convention Center, à Hampton, en Virginie. Cet événement visait à «Explorer les frontières de l’imaginable en aviation ; ce que les révolutions technologiques émergentes pourraient permettre à la société et à l’aviation ». L’ONERA y présentait le projet européen PPlane évoqué plus haut.

Le premier jour de cet évènement avait été consacré à l’analyse des évolutions technologiques et des orientations sociétales. Cette analyse a révélé l’existence d’une confluence de trois évolutions et orientations majeures. Les évolutions technologiques ont été l’automatisation et la propulsion électrique distribuée tandis que les orientations ou tendance sociétales étaient la nouvelle demande liée aux comportements des Millennials (aussi appelés « Génération Y », personnes nées entre 1980 et 2000) dans le cadre d’un recalibrage global de l’espace commercial du transport de voyageurs.

Ce recalibrage a été effectué dans une perspective macroscopique prenant en compte tous les aspects de l’innovation aéronautique : aéronefs, espace aérien, aéroports, concepts d’opérations, politique des transports, réglementation, technologie, stratégie, partenariats et financement. La conclusion de l’atelier a été que les technologies existantes étaient alors en mesure d’augmenter considérablement l’utilisation de l’espace aérien en assurant le fonctionnement sûr, productif et efficace d’aéronefs ayant divers niveaux d’automatisation et utilisés soit à la demande, soit à horaire fixé à l’avance.

Naissance du concept UAM pour Urban Air Mobility

Après une période plutôt discrète sur ses activités OdM, NASA a organisé une série d’atelier/conférence en juillet et octobre 2015 puis en mars et septembre 2016. L’ONERA a participé à celui de mars 2016, la NASA y présentait notamment ses activités sur l’avion électrique très court courrier, sur le transport aérien à la demande et sur les aéronefs à opérations simplifiées (i.e. aéronefs très automatisés avec pilote à bord). La société e-volo présentait son Volocopter, le Max Planck Institute sa réflexion sur les technologies pour les aéronefs personnels (projet myCopter) et la Commission Européenne, représentée par Michel Goulain faisait état de l’activité transverse « Small Air Transport » dans Clean Sky 2. L’ONERA participait à la réflexion en décrivant ses travaux sur les projets PPlane, AMPERE et Ptérosaur (Figure 2).

Alors que des études et des projets continus ont été observés aux États-Unis et en Europe dans la période 2005-2015, le livre blanc publié par UBER en 2016 a donné un élan considérable à cette perspective désormais appelée Urban Air Mobility ou UAM.

En avril 2017, un sommet UBER Elevate de trois jours a réuni des experts du monde entier pour discuter de sujets tels que les détails de la mission, l’écosystème, les opportunités et les domaines de collaboration de la société UBER avec la communauté. Ces experts ont alors défini une vision du cheminement vers les premières opérations d’aéronefs e-VTOL en milieu urbain.

Une nouvelle ère de l’aviation

Le très large public qui participait à ce sommet constatait que ces nouveaux aéronefs e-VTOL n’étaient pas un effet de mode, ils étaient les éléments d’une nouvelle ère de l’aviation où les technologies telles que la propulsion électrique distribuée et l’automatisation permettaient de concevoir des véhicules aériens transportant des passagers en toute sécurité de manière écologique, même dans les zones urbaines.

Il faut cependant tempérer l’enthousiasme ambiant en s’interrogeant sur le coût d’un tel système de transport et ses conséquences : qui va pouvoir s’offrir une course en taxi aérien ?

Des analyses sont en cours dans des universités américaines et à l’ONERA sur ce sujet en utilisant les notions de valeur du temps et de coût généralisé. Il s’agit, pour simplifier, de définir quelle valeur doit avoir le temps pour un passager potentiel pour qu’il ait intérêt à utiliser un tel service. Là, les hypothèses à considérer sont nombreuses car le coût de ce service de taxi aérien dépend notamment du personnel nécessaire à ses opérations et des infrastructures à mettre en place pour l’exploiter.

Une transition progressive vers le taxi autonome

Il est aujourd’hui clair que les premières opérations commerciales de taxis aériens, prévues par UBER en 2023 à Dallas, se feront avec un pilote à bord pour des raisons de sécurité et de cohérence avec le système actuel de gestion du trafic aérien. Cette phase, dont il est difficile de prévoir la durée, sera très vraisemblablement suivie d’une phase « avec pilote au sol », dans la perspective de pouvoir gérer un ensemble de x taxis aériens par un nombre y de télépilotes, avec x « nettement » plus grand que y.

La phase « taxi autonome », dont les économistes rêvent pour diminuer les coûts mais qui rend perplexes les régulateurs et les juristes, pourrait bien n’apparaitre que dans quelques décennies tant l’évolution de la gestion du trafic aérien est progressive du fait qu’il faut s’assurer que chaque modification n’altère en rien le niveau de sécurité actuel très élevé du transport aérien.

Analyses de coût

Le coût des infrastructures d’exploitation est également un élément déterminant pour la viabilité du concept de taxi aérien du fait que ces aéronefs sont de masse assez élevée (de l’ordre de 2,5 tonnes pour quatre passagers et un pilote) et qu’il n’est pas aisé, pour certaines utilisations telles que les liaisons ville-aéroport, de définir l’endroit où placer les vertiports de départ et d’arrivée pour que les gains de temps réalisés sur le voyage aérien ne soient pas annulés par le temps à consacrer pour accéder au vertiport au départ de la ville et pour accéder à la porte d’embarquement une fois arrivé à l’aéroport.

Notons que les premières conclusions sur les analyses de coût tendent à montrer que la valeur du temps des passagers potentiels sera élevée (transport VIP ?) et qu’il faudra vraisemblablement privilégier un mode d’opération à horaire fixé à l’avance pour partager le coût d’un voyage avec tous les sièges de l’aéronef occupés.

De PPlane à « Avions Lib »

Un autre usage, celui d’un véhicule aérien personnel partagé, est pour le moment peu évoqué. Il est pourtant réaliste de considérer qu’il serait possible, dans l’hypothèse où les taxis aériens e-VTOL deviendraient une réalité, que l’usage de ces e-VTOL soit proposé à tous les citoyens ayant reçu une formation de pilote privé d’un nouveau genre, bien plus accessible que l’actuelle tant l’automatisation aura simplifié pilotage et navigation.

Ces e-VTOL seraient alors des « Avions Lib’ », pendant VTOL du concept PPlane, permettant de se déplacer en famille sans avoir à supporter le coût d’un pilote salarié et en contournant les obstacles liés à l’intégration d’aéronefs sans pilote à bord dans le trafic aérien actuel. Le modèle économique reste à définir, il pourrait être inspiré de celui de l’AutoLib’ s’il s’avérait possible de dédier un financement public à ce service.

Urban Air Mobility, un écosystème global à appréhender

L’activité de l’ONERA liée à l’ODM et à l’UAM n’est donc pas nouvelle et devrait s’amplifier dans les années à venir. Aujourd’hui, sa contribution à la problématique d’intégration des véhicules automatisés dans l’espace aérien se fait notamment au travers de sa participation aux groupes de normalisation EUROCAE, de la définition et de l’expérimentation d’un système de gestion du trafic RPAS (coopération avec les PME Atechsys et FLARM) et d’analyses d’expert pour le ministère de la défense.

Concernant les configurations d’aéronefs de transport de fret et de passagers, les aérodynamiciens, acousticiens et ingénieurs d’étude sont mis à contribution pour étudier des concepts de véhicule tels que le drone de transport de fret à propulsion électrique hybride Pterosaur (coopération avec la PME TURBOTECH), une version du Ptérosaur pour le transport de passagers (brevet avec SAFRAN) et une analyse de divers concepts e-VTOL se terminant par la définition plus détaillée du plus prometteur (coopération avec SAFRAN).

L’acceptation sociale et la viabilité économique des systèmes de taxis aériens sont également prises en compte au travers de l’utilisation des notions de valeur du temps et de coût et de vitesse généralisés (étude initiale, coopération avec l’université de Lyon II).Y. Crozet, Université de Lyon, Vitesse et mobilité : au-delà du désenchantement d’un «monde fini», Transport n°495, février 2016

L’utilisation d’aéronefs e-VTOL, plus silencieux et plus respectueux de l’environnement que les hélicoptères traditionnels, est donc envisageable dans un futur proche (2025 ?) pour du transport de fret en mode télépiloté (mode drone) et pour le transport de passagers avec un pilote à bord (mode aéronef très automatisé) soit sous la forme de taxi aérien, soit sous la forme d’ « avion lib » partagé.

Multiples utilisations des e-VTOL

 

Le succès des e-VTOL dépendra d’un marché très sensible au rapport performance/coût, lequel ne peut être appréhendé qu’au travers d’études prenant en compte la globalité de l’eco-système « Urban Air Mobility ».

Claude Le Tallec