Aviation durable

Carburants plus propres, avions efficaces et émissions réduites : comptabilité du CO₂, indicateurs d’efficacité, ailes et moteurs qui consomment moins, carburants d’aviation durables, traînées de condensation, batteries et hydrogène, opérations plus propres et trajectoires vers le zéro net, avec six TP. Gratuit, à votre rythme, et relié au Sustainable Flight National Partnership de la NASA, aux recherches NASA-DLR sur les traînées, aux données SAF du DOE et aux facteurs d’émission de l’EIA.

NASA Blue MarbleNASA (ISS066-E-080762, Nov. 8, 2021)NASA (ISS074-E-0046371, Jan. 3, 2026)NASA/Ben Smegelsky (KSC-20240124-PH-JBS01_0071)

Cours › AERO 470

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À propos de ce cours

Ceci est le plan d’un cours gratuit en autonomie rédigé par Saving Planets. Ce n’est pas un cours universitaire : il ne donne aucun crédit académique et aucun établissement n’y participe.

Son périmètre suit une option de dernière année sur l’aviation et l’environnement. Il s’appuie sur le cours sur les facteurs environnementaux de MIT 16.885J Aircraft Systems Engineering (gratuit sur MIT OpenCourseWare) et sur des documents publics de la NASA, du DOE, de l’EIA et de l’EPA, liés là où ils aident. Aucun d’eux ne cautionne cette page.

Ce que nous ajoutons : chaque module est relié à un travail réel avec une source publique citée, chaque nombre de la page est recalculé par un script de vérification avant publication, et chaque TP fonctionne dans un tableur ou une simulation gratuits.

Suivez-le dans l’ordre. Chaque unité comporte des objectifs, des notions clés, des équations, des exemples pas à pas, des exercices corrigés en détail, des erreurs fréquentes, des cartes mémoire et un quiz. Votre progression est enregistrée uniquement dans ce navigateur.

Comment ce cours aide à sauver la planète

Tout ce cours est une section planète : l’Alternative Fuels Data Center du DOE indique que l’aviation produit environ 2% de tout le CO₂ mondial et 12% du CO₂ des transports, et les traînées de condensation ajoutent un réchauffement au-delà du CO₂.

Le Sustainable Flight National Partnership de la NASA œuvre pour l’objectif du secteur aérien de zéro émission nette de carbone d’ici 2050. Chaque module se termine par une courte section sourcée. Les valeurs non issues d’une source sont indiquées comme valeurs d’exemple ou de manuel.

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Avant de commencer

Prérequis

Propulsion : poussée, rendement et TSFC.
Performances des avions : portance, traînée et équation de Bréguet.
Thermodynamique : énergie, pouvoirs calorifiques et rendement de cycle.
Capstone Design ou Avionics & Systems Engineering : exigences et compromis.

Comment étudier

Gardez les unités cohérentes : kg, gallons, litres, MJ et Wh.
Demandez-vous toujours « par quoi ? » : par vol, par passager-km, par kg de carburant.
Distinguez le CO₂ de combustion du CO₂ sur le cycle de vie.
Vérifiez chaque économie annoncée par rapport à une référence.
N’oubliez pas les effets hors CO₂ comme les traînées de condensation.
Faites chaque exercice sur papier avant d’ouvrir la réponse, et refaites les quiz quelques jours plus tard.

Matériel de TP (pour les TP en laboratoire)

Un tableur (n’importe quel tableur gratuit), ou Python.
Un ordinateur ou une tablette pour la simulation gratuite PhET Greenhouse Effect.
Les notes de cours gratuites MIT 16.885J dans un navigateur web.
Une calculatrice.

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Programme suggéré sur 15 semaines

Environ 6 à 9 heures par semaine : lecture, exercices et, les semaines de TP, le TP.

Semaine	Unité	Thèmes	Lecture
1	Aviation et climat : compter le CO₂	Compter le CO₂ ; TP A	EIA
2	Indicateurs d’efficacité	Indicateurs d’efficacité	NASA SFNP
3	Efficacité aérodynamique	L/D et traînée induite	MIT 16.885J
4	Efficacité aérodynamique	Consommation selon Bréguet ; TP B	NASA SFNP
5	Efficacité des moteurs	Efficacité des moteurs ; TP C	MIT 16.885J
6	Carburants d’aviation durables	Bases des SAF	DOE AFDC
7	Carburants d’aviation durables	Cycle de vie des SAF ; TP D ; entraînement de mi-parcours	DOE AFDC
8	Traînées de condensation et effets hors CO₂	Traînées de condensation	NASA-DLR
9	Propulsion électrique et hybride	Batteries et autonomie électrique	NASA SFNP
10	Propulsion électrique et hybride	Systèmes hybrides ; TP E	NASA SFNP
11	Avions à hydrogène	Avions à hydrogène	MIT 16.885J
12	Opérations, bruit et qualité de l’air	Opérations	NASA SFNP
13	Opérations, bruit et qualité de l’air	Bruit et qualité de l’air	EPA
14	Trajectoires vers le zéro net	Scénarios ; TP F	DOE AFDC
15	Trajectoires vers le zéro net	Révision ; entraînement à l’examen final	MIT 16.885J

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Votre progression

Cochez les unités et les TP à mesure que vous les terminez, et faites les quiz. La progression et les scores sont enregistrés uniquement dans ce navigateur et ne nous sont jamais envoyés.

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Le laboratoire (Sustainable aviation lab)

Le labo est la partie pratique du cours. Ici, il est gratuit et sert uniquement à s’entraîner, sans crédits.

Chaque TP se fait dans un tableur ou une simulation gratuite, donc sans danger lié au carburant, aux batteries ou à l’hydrogène. Ne manipulez ni carburants, ni batteries, ni gaz sous pression pour ce cours. Faites des pauses d’écran, tenez-vous bien droit et gardez les câbles hors des passages.

Référence de sécurité : OSHA: Walking-working surfaces (slip, trip and fall hazards)

TP A : Calculateur de CO₂ d’un vol

Semaine 1

Objectif : Construisez un tableur qui convertit le carburant brûlé en CO₂ et en CO₂ par passager-km.

m=9.75V

Facteur EIA

Mode opératoire

Saisissez le carburant en gallons pour trois vols d’exemple.
Calculez le CO₂ avec les 9.75 kg/gal de l’EIA.
Divisez par passagers × km.
Comparez vols courts et longs.

Tableau de données

Carburant (gal)	CO₂ (kg)
1000	9750
5000	48,750
20,000	195,000

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

5000 × 9.75 = 48,750 kg.
20,000 × 9.75 = 195,000 kg.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients

Lien avec la planète : EIA : 9.75 kg de CO₂ par gallon de carburéacteur. U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients

J’ai terminé ce TP (réel ou virtuel)

TP B : L/D et consommation

Semaine 4

Objectif : Voyez comment la finesse modifie le carburant pour un trajet de 3000 km.

W_f/W_i=1-e^{-Rc/(V\,L/D)}

Fraction de carburant

Mode opératoire

Saisissez R = 3000 km, V = 230 m/s, c = 0.6 /h.
Calculez la fraction de carburant pour L/D = 15, 17 et 20.
Calculez l’économie par rapport à L/D = 17.
Ajoutez les effets de l’allongement sur la traînée induite.

Tableau de données

L/D	Fraction de carburant
15	0.135
17	0.120
20	0.103

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

1 − e^(−0.1449) = 0.135.
1 − e^(−0.1087) = 0.103.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Lien avec la planète : Le démonstrateur X-plane de la NASA teste une conception aérodynamique ultra-efficace. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

J’ai terminé ce TP (réel ou virtuel)

TP C : Explorateur du rendement propulsif

Semaine 5

Objectif : Calculez les rendements propulsif et global pour différentes vitesses d’éjection.

\eta_p=2/(1+V_e/V_0)

Rendement propulsif

Mode opératoire

Saisissez V₀ = 230 m/s et η_th = 0.5.
Calculez η_p pour V_e = 400, 350 et 300 m/s.
Calculez le rendement global.
Reliez-le au taux de dilution.

Tableau de données

V_e (m/s)	η_p	η_o
400	0.730	0.365
350	0.793	0.397
300	0.868	0.434

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

2/(1 + 350/230) = 0.793.
0.5 × 0.793 = 0.397.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Lien avec la planète : NASA : Hybrid Thermally Efficient Core développe des cœurs de turbine à haute densité de puissance. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

J’ai terminé ce TP (réel ou virtuel)

TP D : Calculateur de mélange SAF

Semaine 7

Objectif : Calculez les économies sur le cycle de vie selon les mélanges et les réductions des SAF.

s=b\times r

Économie du mélange

Mode opératoire

Saisissez des mélanges de 10%, 30% et 50%.
Saisissez une réduction SAF sur le cycle de vie de 50%, puis de 80%.
Calculez l’économie et le CO₂ évité pour 1000 gallons.
Comparez avec les objectifs du Grand Challenge.

Tableau de données

Mélange	Économie pour r = 50%	kg de CO₂ évités pour 1000 gal
10%	5%	487.5
30%	15%	1462.5
50%	25%	2437.5

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

0.3 × 0.5 = 15%.
9750 × 0.25 = 2437.5 kg.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Lien avec la planète : DOE : les SAF peuvent être mélangés de 10% à 50% selon la filière. U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

J’ai terminé ce TP (réel ou virtuel)

TP E : Autonomie d’un avion électrique

Semaine 10

Objectif : Calculez l’autonomie électrique sur batterie pour plusieurs densités énergétiques.

R=(e\eta/g)(L/D)(m_b/m)

Distance électrique

Mode opératoire

Saisissez η = 0.8, L/D = 15, fraction batterie 0.3.
Calculez l’autonomie pour 250, 400 et 500 Wh/kg.
Comparez avec une liaison régionale de 300 km.
Modifiez la fraction batterie.

Tableau de données

e (Wh/kg)	Distance (km)
250	330
400	529
500	661

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

400 × 3600 × 0.8/9.80665 × 15 × 0.3 = 529 km.
500 Wh/kg doublent l’autonomie obtenue avec 250 Wh/kg.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Lien avec la planète : NASA : la propulsion électrifiée peut réduire la consommation de carburant et d’énergie. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

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TP F : Modèle de tranches vers le zéro net

Semaine 14

Objectif : Explorez le réchauffement dans PhET Greenhouse Effect, puis construisez un scénario aérien 2026–2050.

E=(1+g)^n(1-a)(1-b)

Émissions du scénario

Mode opératoire

Dans PhET Greenhouse Effect, ajoutez des gaz à effet de serre et observez la réaction de la température.
Saisissez une croissance du trafic de 3% sur 24 ans.
Appliquez un gain d’efficacité de 25% et une économie SAF de 50%.
Trouvez le taux de croissance pour lequel les deux mesures stabilisent les émissions.

Tableau de données

Cas	Émissions par rapport à aujourd’hui
Croissance seule	2.03
+ efficacité	1.52
+ SAF	0.762

Valeurs d’exemple calculées.

Exemple de calcul

1.03²⁴ = 2.033.
2.033 × 0.75 × 0.5 = 0.762.

Sécurité

Ordinateur uniquement.

Alternative à la maison ou virtuelle

N’importe quel tableur convient.

PhET: Greenhouse Effect

Lien avec la planète : NASA : l’objectif du secteur aérien est le zéro émission nette de carbone d’ici 2050. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

J’ai terminé ce TP (réel ou virtuel)

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Séries d’entraînement aux examens

Chronométrez-vous : environ 10 minutes par problème. Comparez ensuite avec les solutions complètes.

Série d’exercices de mi-parcours (unités 1–5)

CO₂ pour 2000 gallons de carburéacteur ?
Afficher la solution complète
1. 2000 × 9.75.
Réponse : 19,500 kg.
g de CO₂ par passager-km pour 19500 kg, 150 passagers, 1000 km ?
Afficher la solution complète
1. 19,500,000/150,000.
Réponse : 130 g.
Fraction de carburant pour 3000 km à L/D = 15 (valeurs du module 3) ?
Afficher la solution complète
1. 1 − e^(−0.1449).
Réponse : 0.135.
η_p pour V₀ = 250, V_e = 350 m/s ?
Afficher la solution complète
1. 2/(1 + 1.4).
Réponse : 0.833.
Économie d’un mélange à 40% avec 70% de réduction sur le cycle de vie ?
Afficher la solution complète
1. 0.4 × 0.7.
Réponse : 28%.

Série d’entraînement finale (modules 1–10)

Cristaux de glace après une baisse de 60% à partir de 10¹⁵ par kg ?
Afficher la solution complète
1. 10¹⁵ × 0.4.
Réponse : 4 × 10¹⁴ par kg.
Autonomie électrique avec 300 Wh/kg (valeurs du module 7) ?
Afficher la solution complète
1. 330.4 × 1.2.
Réponse : Environ 396 km.
Volume d’hydrogène liquide pour 1000 MJ ?
Afficher la solution complète
1. 1000/8.50.
Réponse : 118 L.
Trois sources égales de 75 dB ?
Afficher la solution complète
1. 75 + 10 log₁₀ 3.
Réponse : 79.8 dB.
Facteur de croissance à 2% sur 24 ans ?
Afficher la solution complète
1. 1.02²⁴.
Réponse : 1.61.
Émissions par rapport à aujourd’hui avec 2% de croissance, 25% d’efficacité, 50% de SAF ?
Afficher la solution complète
1. 1.608 × 0.75 × 0.5.
Réponse : 0.603.

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Fiche de formules

m_{CO_2}=9.75V_{gal},\ m_{CO_2}=3.16m_f

\text{CO}_2/\text{pkm}=m_{CO_2}/(n_{pax}d)

W_f/W_i=1-e^{-Rc/(V\,L/D)},\ C_{D_i}=C_L^2/(\pi eAR)

\eta_p=2/(1+V_e/V_0),\ \eta_o=\eta_{th}\eta_p

s=b\,r

N=EI\,m_f,\ N^\prime=N(1-r)

R=(e\eta/g)(L/D)(m_b/m)

e_v=\rho e_m,\ m_{H_2O}=8.94m_{H_2}

L=10\log_{10}\sum10^{L_i/10},\ \Delta L=20\log_{10}(r_2/r_1)

E=(1+g)^n(1-a)(1-b)

Constantes

Constante	Valeur
Pesanteur normale	g = 9.80665 m/s²
CO₂ du carburéacteur (EIA)	9.75 kg de CO₂ par gallon (21.50 lb)
Pouvoir calorifique du carburéacteur (valeur de manuel)	43 MJ/kg
Pouvoir calorifique de l’hydrogène (valeur de manuel)	120 MJ/kg
Masse volumique de l’hydrogène liquide (valeur de manuel)	70.8 kg/m³
Gallon	3.785411784 L

Source : NIST: CODATA value, standard acceleration of gravity

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Textes et sources gratuits

Utilisez ces cours, pages de données et simulations gratuits en parallèle du cours.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors: Notes de cours gratuites du MIT.
NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership: Programme de la NASA.
U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel: Données SAF du DOE.
U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients: Facteurs d’émission de l’EIA.
NASA: NASA-DLR study finds sustainable aviation fuel can reduce contrails (2021): Étude de la NASA sur les traînées.
PhET: Greenhouse Effect: Bilan radiatif.

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Glossaire

Allongement: Carré de l’envergure divisé par la surface alaire.
Avgas: Essence d’aviation pour moteurs à pistons.
Limite de mélange: Part maximale de SAF dans le carburéacteur.
CORSIA: Dispositif de compensation carbone de l’OACI.
Traînée de condensation: Traînée de condensation formée de cristaux de glace.
Décibel: Mesure logarithmique du son.
Propulsion électrifiée: Propulsion électrique ou hybride des avions.
Facteur d’émission: CO₂ par unité de carburant.
Intensité énergétique: Énergie par passager-km.
Traînée induite: Traînée causée par la portance.
Émissions sur le cycle de vie: CO₂ du puits au sillage.
Hydrogène liquide: Hydrogène cryogénique comme carburant.
Facteur de charge: Passagers divisés par sièges.
Zéro net: Émissions équilibrées par des absorptions.
Effets hors CO₂: Réchauffement dû aux traînées, aux NOx et aux particules.
Passager-km: Un passager transporté sur un km.
Rendement propulsif: Part de la puissance du jet produisant la poussée.
SAF: Carburant d’aviation durable.
Suie: Particules de carbone dans les gaz d’échappement.
Charge spécifique: Énergie par unité de masse.

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Grille d’autoévaluation

Aucune note ni aucun crédit ne sont attribués. Utilisez cette grille pour juger honnêtement où vous en êtes dans chaque unité.

Niveau	À quoi cela ressemble
4 · Maîtrise	Comptabilise les effets du CO₂ et hors CO₂ avec les bonnes unités et références, combine correctement les réductions et explique simplement les compromis entre options.
3 · Compétent	Résout les séries d’exercices et d’examens avec de petites erreurs et vérifie les unités.
2 · En progression	Suit les exemples résolus mais confond CO₂ de combustion et sur le cycle de vie, ou additionne les réductions au lieu de les multiplier.
1 · Débutant	Cite des économies sans référence ni unités ; doit revoir les modules.

Pondération suggérée si vous voulez une note

Partie	Poids
Exercices	20%
Travaux pratiques	25%
Série d’entraînement de mi-parcours	25%
Série d’entraînement finale	30%

Visez le niveau 3 ou mieux dans chaque unité avant de passer au cours suivant.

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Aviation durable

À propos de ce cours

Comment ce cours aide à sauver la planète

Avant de commencer

Prérequis

Comment étudier

Matériel de TP (pour les TP en laboratoire)

Programme suggéré sur 15 semaines

Votre progression

Aviation et climat : compter le CO₂

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Indicateurs d’efficacité

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Efficacité aérodynamique

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Efficacité des moteurs

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Carburants d’aviation durables

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Traînées de condensation et effets hors CO₂

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas

Exercices

Idées reçues fréquentes

Cartes mémoire

Quiz d’autocontrôle

Comment cela aide à sauver la planète

Ressources d’apprentissage gratuites

Propulsion électrique et hybride

Objectifs d’apprentissage

Notions clés

Équations clés

Exemples résolus pas à pas