[Dossier Dirigeable] Episode 6 : Le dirigeable de transport de charges lourdes

Projet ML866,
Crédit : Aeros

Nouvel épisode de notre dossier dirigeable. Après vous avoir emmené au doux pays des rêveurs dans le précédent épisode, nous revenons sur les marchés promettant la renaissance du dirigeable depuis plusieurs décennies. Commençons par celui des fameux LCA (Large Capacity Airships). Dans cet article, nous détaillerons les enjeux de cette catégorie de dirigeable, en analysant ses points forts et ses faiblesses. Enfin, nous présenterons et analyserons les programmes de LCA existants à ce jour dans le monde en les comparant avec les autres moyens de transport de charges lourdes existants.

Large Capacity Airship, enjeux et limites

Un Large Capacity Airship, ou Dirigeable transporteur de Charges Lourdes en français, est un dirigeable capable de transporter d’un point A à un point B, sans nécessiter d’aucunes infrastructures au sol, une charge volumineuse ou de masse importante. Plusieurs intérêts se dégagent pour cette catégorie de dirigeables :

• Le transport point à point

Il s’agit en effet d’une particularité qu’exploitent tous les projets de LCA. Aujourd’hui, la logistique de transport de produits implique plusieurs moyens de transport différents : que ce soit par les airs (avions et hélicoptères), par la mer ou par la terre (route ou ferroviaire), le transport d’un produit fait toujours appel à plusieurs moyens différents. Cela engendre un temps de transport long, des ruptures de charge dans la logistique, des risques de retards si un maillon de la chaîne venait à défaillir et une grande complexité à chacun des carrefours. A titre d’exemple, le dernier I-phone partira ainsi de son usine chinoise de Taiyuan dans un camion, qui sera ensuite acheminé de Chine en France par un porte conteneur, puis du Havre jusqu’à Paris par train, puis de nouveau par camion jusqu’à sa vitrine dans l’Apple Store du coin. Au total, quatre segments de transport, 3 moyens différents d’où des délais conséquents et surtout une grande complexité logistique.

L’avantage avancé par les constructeurs de LCA est le transport d’un point A à un point B, sans discontinuité. Certes la vitesse de déplacement du dirigeable est bien moindre que celle d’un avion (mais très supérieure à celle d’un bateau), mais le temps de livraison reste compétitif par rapport à celui de l’ensemble de la chaîne logistique. D’autre part, le fait de limiter le nombre de segments de transports augmente d’autant plus la compétitivité du LCA par rapport à l’ensemble de la chaîne logistique de transport.

• Vertical Take-Off and Landing (VTOL)

Il s’agit là d’un avantage commun à l’hélicoptère. Le fait de pouvoir décoller et atterrir verticalement, sous-entendu sans infrastructures au sol, donc sans piste, permet au dirigeable d’embarquer et de déposer sa charge dans les endroits dépourvus de toutes infrastructures. Plusieurs zones enclavées sont très souvent citées : le grand nord canadien, les déserts russes, dont la fonte du permafrost rendront impraticables les pistes utilisées jusqu’alors. De plus, cette capacité ouvre un marché jusqu’alors inexploité bien qu’existant : l’apport d’aides humanitaires sur des zones sinistrées. Par sa grande capacité d’emport et la possibilité de rester en vol stationnaire et de se poser sans aucune infrastructure au sol, le LCA devient un maillon essentiel pour le transport de vivres, d’hommes, de médicaments sur des zones touchées par des séismes, des guerres, des inondations, etc. L’exemple du tremblement de terre au Népal il y a quelque mois démontre la complexité d’acheminer rapidement les aides humanitaires sur une zone sinistrée, qui plus est, située dans des terrains accidentés. Certains projets de LCA proposent même des hôpitaux volant pouvant stationner au-dessus d’une zone sinistrée tout en apportant l’aide nécessaire aux populations.

Projet LCA60T en version humanitaire,
Crédit : FLYING WHALES

Projet ML866 en version humanitaire,
Crédit : Aeros

Il est important de noter ici que plusieurs projets de LCA se basent sur des dirigeables de type hybride, c’est-à-dire utilisant la portance aérodynamique pour contrer la masse de la charge utile. Outre les nombreux avantages que représente cette solution, le VTOL est impossible pour les dirigeables hybrides. En effet, la portance aérodynamique n’est effective que si le dirigeable est en mouvement par rapport à la masse d’air environnante. Pour pouvoir décoller et atterrir verticalement, un dirigeable hybride devrait soit avoir une puissance de propulsion considérable (supérieure à la masse de la charge utile), soit se placer dans un vent relatif, laminaire, stable, à puissance constante et suffisante pour contrer la masse de la charge utile…

• Chargement et déchargement en vol stationnaire

Cette capacité n’est pas prépondérante dans tous les projets de LCA actuels. Elle reste néanmoins primordiale pour différencier le LCA des autres moyens de transports. En effet, il parait très intéressant de pouvoir capter une charge dès son usine de production et de pouvoir la déposer directement sur le site d’implantation ou de livraison. C’est précisément cette capacité que recherchent les industries nécessitant le transport de pièces de grandes dimensions ou de grandes masses. Cette performance est là aussi directement empruntée à l’hélicoptère. Citons à titre d’exemple le transport et l’installation d’éoliennes terrestres comme marines, le transport de structures de ponts, de bâtiments, mais aussi des tronçons de pipelines, des pièces de grands volumes de centrales électriques, des locomotives, des structures d’avions… Cependant, cette capacité reste problématique techniquement. En effet, le LCA se caractérisant par le transport de charges lourdes, un transfert de charges est nécessaire pour contrebalancer la masse de la charge utile. Lorsqu’on embarque une masse de 10 tonnes, le dirigeable doit dans le même temps se délester de 10 tonnes. De même, lors du dépôt de cette masse de 10 tonnes, le dirigeable doit se lester de 10 tonnes. La complexité ne réside pas tant dans le transfert de charge mais plutôt dans la nécessité de le faire instantanément. C’est cette technologie qui démarque les industriels du secteur. Aujourd’hui, la plupart des projets de LCA étant des dirigeables de type hybride, ne pouvant donc par définition, ni charger ni décharger en vol stationnaire (Cf. paragraphe précédent), les industriels du secteur prévoient majoritairement le chargement et le déchargement au sol. Cependant, les industriels compensent cette faiblesse en développant des atterrisseurs innovants permettant aux LCA de se poser sur tous types de surfaces (terre, piste, neige, sable, eau…). D’autre part, les industriels planchent sur des solutions statiques de transports de charges lourdes. On parle de “grues volantes”, capables de déplacer (plutôt que de transporter réellement) sur quelques mètres à dizaines de mètres, des charges de très grands volumes ou masses. Le plus souvent, ces projets consistent en l’utilisation d’un ou plusieurs ballons captifs (reliés au sol via un ou plusieurs câbles), guidés via des câbles treuillés au sol voire même par hélicoptères ! Avant l’officialisation de son échec sur le programme CL160, l’entreprise CargoLifter avait développée plusieurs modèles de ces grues volantes. Aujourd’hui, CargoLifter existe toujours et se focalise uniquement sur ce segment de marché. D’autre sociétés développent actuellement de telles solutions, afin de palier à la problématique de passages d’obstacles (ponts, tunnels), mais aussi à la problématique de déplacement vertical d’éléments volumineux ou lourds (piles et tabliers de ponts par exemple).

Grue Volante de CargoLifter,
Crédit : Klaus G. Paul

• Zéro infrastructure de transport au sol

Cette capacité est double. Elle découle en premier lieu de la capacité de chargement et de déchargement en vol stationnaire ainsi que de celle du VTOL. Effectivement, ces deux capacités ont l’avantage de ne pas nécessiter de pistes d’atterrissage ou de décollage, augmentant au passage le champ des possibles de la capacité de transport point à point. Un LCA est capable de charger et décharger n’importe où sur Terre, sans nécessiter d’équipements spécifiques au sol. En réalité, un LCA aura toujours besoin d’un minimum d’équipements au sol, ne serait-ce que pour assurer un transfert de charge fiable. Cependant, ces équipements peuvent être aéroportés (par le LCA) ou très peu contraignant. Encore une fois, les dirigeables de type hybride ne peuvent assurer une telle capacité.

Cependant, le « zéro infrastructure au sol » réside aussi dans la capacité du LCA d’être stocké au sol sans infrastructures lourdes et / ou complexes. En effet, les dirigeables étant plus léger que l’air, le stockage au sol est une réelle problématique. Aujourd’hui, tous les dirigeables sont stockés sous hangar ou exceptionnellement en extérieure à un mât. Ce stockage en extérieur n’empêche d’ailleurs pas les incidents. Néanmoins, sur cette capacité de stockage au sol sans infrastructures, les dirigeables hybrides tirent leur épingle du jeu. Étant par définition plus lourds que l’air, ces dirigeables peuvent rester au sol sans assistance.

• Transport de charges très lourdes

Il s’agit de la capacité à l’origine des LCA. Les projets actuels tablent sur des capacités de charges variant entre 10 tonnes pour les plus petits et jusqu’à 500 tonnes pour les plus gros. De plus, la plupart des industriels du secteur développent plusieurs programmes, en se basant sur un même modèle technologique, la capacité et les performances allant en croissant selon les modèles. On distingue ainsi plusieurs paliers de charges utiles : 10 tonnes, 50 tonnes, 150 tonnes, 250 tonnes et plus. La plupart des projets actuels sont focalisés sur les plus petites capacités (10 à 50 tonnes), afin de valider le modèle, avant de développer les LCA à plus grandes capacités. Ces charges utiles sont à mettre en relief avec celles des moyens de transports existants : de l’ordre de la centaine de tonnes pour l’avion (et jusqu’à 250 tonnes pour l’Antonov 225, le plus gros avion du monde), de l’ordre de la tonne à la dizaine de tonnes pour l’hélicoptère (20 tonnes de charge utile pour le Mi-26, le plus gros hélicoptère de monde, lui aussi de manufacture russe).

Quant aux capacités de transports terrestres et maritimes, elles sont bien supérieures : bien qu’un camion transporte jusqu’à une cinquantaine de tonnes environ, le transport ferroviaire et surtout maritime se compte en plusieurs milliers voire plusieurs dizaines de milliers de tonnes par véhicule. Le dirigeable ne pourra de toute façon pas concurrencer ces moyens de transports sur sa seule capacité de charge.

• Transport de charges encombrantes

Cette capacité constitue sans doute l’une des performances essentielle des LCA. De par leur grande taille, souvent vue comme un inconvénient, les dirigeables disposent de capacité de transports volumiques en soute conséquentes, bien supérieures à celles des hélicoptères et des avions. Il est de plus souvent envisagé de pouvoir transporter sous élingues les éléments les plus volumineux. Cette capacité n’est pas à négliger car elle ouvre des possibilités aux industriels, qui se contraignent aujourd’hui à développer des produits aux dimensions des standards de transports : le conteneur de 20 ou 40 pieds, la largeur des routes, la hauteur d’un tunnel, le conteneur aérien… Aujourd’hui, le transport d’éléments de grands volumes est un réel problème, que seul l’hélicoptère est capable de palier via le transport aérien sous élingues, mais à des charges utiles très limitées et à des coûts prohibitifs. Il est ainsi usuel de voir les infrastructures routières modifiées, moyennant des coûts et des impacts sur l’environnement importants. A titre d’exemple, lors du développement de l’A380, Airbus s’était penché sur la problématique de transport des éléments de l’aéronef (un fuselage de 8.4m de haut, 7.15m de large et 73m de long, des ailes de 36m de long…). Un concept opérationnel avait même été dressé avec le constructeur de LCA CargoLifter, alors en plein développement. Malheureusement, suite entre autre à l’échec du CL160 de CargoLifter, Airbus a décidé de transporter ces éléments par voies maritimes et routières. Deux bateaux entièrement dédiés au transport des éléments d’A380 ont été construits (nécessitant des aménagements portuaires sur les différents sites d’Airbus), des routes ont été construites, d’autres modifiées… Ce que l’on sait moins, c’est que l’A380 a lui-même été modifié ! Le découpage en 3 tronçons du fuselage est là-aussi l’une des conséquences de l’impossibilité de transporter tout le fuselage en un seul morceau. Les infrastructures existantes contraignent les industriels à repenser leurs produits afin qu’ils soient transportables dans les limites des moyens de transports existants. Le dirigeable répond à cette problématique et anticipe même les besoins futurs des industriels, ce qui constitue une énorme plus-value pour les transporteurs exceptionnels et les industriels travaillant avec des produits de grands volumes.

Projet Airlander 10,
Crédit : Hybrid Air Vehicles

Toutes ces capacités constituent des enjeux pour les constructeurs de Large Capacity Airship. Cependant, comme dans tous les segments de l’industrie aéronautique, il n’est pas toujours possible de répondre à tous les besoins avec un seul et même produit. Les industriels du secteur doivent ainsi faire des compromis pour proposer des solutions répondant au plus près de ces six capacités principales.

Il est d’ailleurs important de noter que les précédents échecs de projets de LCA sont notamment dus au fait qu’ils ne respectaient pas les points évoqués précédemment, remettant directement en cause leur compétitivité par rapport aux autres moyens de transports existants.

Compétitivité des LCA

Le principal concurrent du LCA est évidemment l’hélicoptère. Par ses performances, le LCA est effectivement très proche de l’hélicoptère. Il est capable de charger et décharger en vol stationnaire, sans infrastructure au sol et de transporter sa charge point à point. Cependant, l’hélicoptère semble plus performant en termes de vitesse : en moyenne, un hélicoptère vole à 200km/h là où le dirigeable vole à 100km/h. Néanmoins, un hélicoptère transportant une charge sous élingue (comme c’est majoritairement le cas) est très largement limité en vitesse, de même qu’en distance franchissable. De plus, l’hélicoptère ne transporte que de très faibles charges comparativement à tous les autres moyens de transport : en moyenne 5 tonnes, même si le plus gros des hélicoptères, le Mi-26 russe, est capable de transporter jusqu’à 20 tonnes.

Enfin, les coûts récurrents et non récurrents de ces hélicoptères cargo sont exorbitants et bien supérieurs à ceux des autres moyens de transports tant en regard de la tonne kilométrique transportée que de l’heure de vol. En outre, la maintenance, pour ce qu’elle coûte en infrastructure au sol (un hangar), en équipes expérimentées, en temps (1h de vol = 1h de maintenance) et donc en indisponibilité opérationnelle, rend l’hélicoptère d’autant moins compétitif.

Globalement, l’hélicoptère transporte en moyenne bien moins qu’un LCA, dispose de distances franchissables bien inférieures lorsqu’il est en charge (meilleur compromis : 12T sur 500 km pour le MI-26), dispose de plages de vitesses et d’une disponibilité opérationnelle équivalentes, mais propose des coûts récurrents et non récurrents réellement supérieurs !

L’avion est lui capable de transporter bien plus : jusqu’à 250 tonnes pour l’Antonov 225, produit à un unique exemplaire. Les distances franchissables sont du même ordre que celles des LCA, bien que l’avion soit bien plus rapide. Cependant, là aussi, les coûts récurrents comme non récurrents sont prohibitifs par rapport à ceux que proposent les LCA, sans compter que les avions nécessitent des infrastructures au sol très lourdes (pistes et aéroports), ne peuvent charger et décharger en vol stationnaire, sont restreints aux aéroports capables de les accueillir et ne disposent que de soutes de faibles volumes.

Quant au transport maritime, il est nettement plus développé, les porte-conteneurs étant capables de transporter des milliers de tonnes, des éléments de grands volumes, sur des distances importantes et à des coûts rapportés à la tonne kilométrique transportée très faibles. Cependant, leur vitesse de déplacement est bien inférieure à celle des autres moyens de transports, et le transport maritime est limité sur les capacités de transport point à point par son indépendance vis-à-vis des ports en eaux profondes et par les surfaces maritimes.

Enfin, le transport terrestre se décompose entre le transport routier et ferroviaire. Concernant le transport routier, les capacités de charges, les coûts récurrents et les vitesses de transports sont équivalentes à celles des LCA. Cependant, le transport routier dépendant d’un réseau dense mais très encombré, il dispose d’une disponibilité faible, allant de pair avec son endurance. Concernant le transport ferré, la capacité de charge est bien supérieure, mais les vitesses de déplacements sont très faibles et le réseau ferré est peu développé, réduisant sa capacité à transporter une charge point à point. Néanmoins, les coûts récurrents sont faibles par rapport à ceux que proposent actuellement les industriels développant des LCA. Enfin, le transport ferroviaire est dépendant d’infrastructures lourdes, que sont les rails et les gares.

Les graphes ci-dessous illustrent la place cruciale à laquelle se place le LCA dans la logistique de transport :

Graphe comparatif “Vitesse / Charge utile”,
Crédit : Thibault Proux

Graphe comparatif “Coût Récurrent / Distance Franchissable”,
Crédit : Thibault Proux

Les projets de LCA dans le monde

Comme évoqué lors d’un précédent article, dans lequel nous présentions les acteurs du monde du dirigeable en 2015, les principaux acteurs focalisés sur le marché des LCA sont peu nombreux. En réalité, de très nombreux projets existent, mais très peu disposent d’une solution technique éprouvée, de moyens financiers conséquents, d’équipes expérimentées et de clients identifiés. Parmi ces nombreux projets, cinq programmes tirent actuellement leur épingle du jeu :

Tout d’abord, outre Atlantique, pas moins de deux programmes de LCA sont en cours de développement : La firme américaine Aeros, produisant des dirigeables de types souples et captifs depuis plusieurs décennies développe son Aeroscraft, dont un prototype à échelle réduite, appelé Pelican ou Dragon Dream, a fait un vol en 2013. L’Aeroscraft est prévu en deux versions : le ML866 transporterait 66 tonnes sur 5700 km quand le ML868 transporterait 250 tonnes sur 9500 km. Les vitesses évoquées sont de l’ordre des 220 km/h ! Outre ses performances ambitieuses, l’Aeroscraft se différencie par sa structure, de type rigide, une première dans les développements de dirigeables outre atlantique depuis les immenses USS Macon et Akron des années 1930.

Prototype Pelican,
Crédit : Aeros

Projet ML866,
Crédit : Aeros

Aux Etats-Unis toujours, le groupe de défense et d’aéronautique Lockheed Martin développerait (discrètement) depuis plusieurs années un LCA. Un démonstrateur de type hybride à enveloppe trilobée souple, le P-791, a fait l’objet d’un unique vol de démonstration en 2006. Depuis ce vol, très peu d’informations filtrent, jusqu’au dernier Salon International de l’Aéronautique et de l’Espace (SIAE – Paris Air Show), en juin 2015, durant lequel Lockheed Martin a annoncé avoir développé un LCA d’une capacité de 21 tonnes, en voie de certification, et dont le premier vol devrait avoir lieu courant 2016. Une société a été spécialement créée pour vendre et exploiter ce dirigeable, nommé LMH-1 (Lockheed Martin Hybrid-1), mais aussi pour former les équipages et assurer la maintenance de cet aéronef. Affaire à suivre.

Prototype “P-791” de Lockheed Martin,
Crédit: Gerhard Plomitzer

Projet LMH-1,
Crédit : Lockheed Martin

Parallèlement à la société américaine Aeros, son pendant russe, la compagnie RosAeroSystems, met en avant son futur programme de LCA depuis de nombreuses années. L’Atlant, décomposé en plusieurs variantes (Atlant-30 : 16T / Atlant-100 : 40T) serait pour l’instant en plein développement dans sa version la plus petites (16T). Les applications récemment annoncées par ce programme seraient d’ordre militaire. Ce LCA se démarque par sa coque rigide.

Projet Atlant 30,
Crédit : RosAeroSystems

En Europe, la société anglaise Hybrid Air Vehicle (HAV) née en 2007 d’une multitude d’entreprises spécialisées dans le dirigeable, a pour ambition de développer un LCA de type hybride, dérivée en plusieurs modèles de charges utiles. Pour son premier prototype, HAV a racheté en 2013 le HAV-3 du programme LEMV, développé conjointement avec Northrop Grumman, qui est aujourd’hui en reconditionnement. Ce prototype, rebaptisé Airlander 10 devrait effectuer son premier vol d’essai courant 2016. Parallèlement, HAV développerait l’Airlander 50, un LCA de 50T aux performances ambitieuses.

Projet Airlander 50, Crédit : Hybrid Air Vehicles

Prototype LEMV, capable de voler pendant plusieurs semaines.
Crédit: Hybrid Air Vehicles

Enfin, en Europe toujours, la société française FLYING WHALES développerait depuis 2013 en consortium industriel un LCA baptisé LCA60T, de type rigide pour des applications civiles de travail et transport aériens. Capable de transporter 60 tonnes, le LCA60T devrait prendre les airs courant 2019. En Juillet dernier, FLYING WHALES a annoncé la signature d’un accord de partenariat avec le groupe chinois AVIC.

Vue d’artiste LCA60T – Crédit : FLYING WHALES

Le tableau ci-dessous regroupe les principales caractéristiques des 5 programmes principaux de LCA dans le monde en 2015 :

Tableau comparatif des projets LCA actuels,
Crédit : Thibault Proux

D’autres projets de LCA semblent en pause. Citons à titre d’exemples Skylifter, LTA Aérostructures, Airship Do Brasil, AeroVehicle, SkyFreighter…

Globalement, le LCA répond à un segment de marché inexploité et inatteignable par les moyens de transports actuels. Cette compétitivité est néanmoins à mettre en relief avec les investissements importants que représente le développement d’une telle filière. Les prochaines années seront décisives pour les programmes de LCA en cours.

Dans le prochain épisode « Les dirigeables et la sécurité », nous démystifierons la dangerosité des dirigeables en analysant l’ensemble des accidents et incidents de dirigeables.

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Thibault Proux