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#1 18/02/2024 23h23

Membre (2023)
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Bonsoir à tous, un sujet que j’aime, et que j’apprécierai traiter ici en votre compagnie: les eVTOL.
le "e" pour l’électrique vous l’aurez compris, et VTOL pour Vertical TakeOff and Landing; en d’autres termes les versions électrique des aéronefs qui décollent et se posent à la verticale.

Problématiques
L’industrie des eVTOL représente un secteur de pointe de l’aviation et de l’aérospatiale, qui, selon ses concepteurs, promet de révolutionner certains segments de marchés.
Les eVTOL tirent parti de la physique aéronautique que l’on connait tous, et déjà appliqué sur nos hélicoptères voir certain aéronef hybride tel que le V22 Osprey des forces armées américaines.

Mais le facteur clé réside dans la capacité à électrifier totalement ces vecteurs aériens. Car comme pour les avions ou les voitures, doit être considéré pour la viabilité d’un projet, la problématique de la densité énergétique (mesure de quantité d’énergie stockée dans un système par unité de volume ou de masse). Aujourd’hui encore, cet obstacle reste majeur pour le développement des avions électriques, à l’image de ce schema comparatif.



Par la suite, il sera possible de se poser les questions de la pertinence a remplacer tout ou partie d’un parc d’hélicoptères, par ces aéronefs électriques. Ces éventuels remplacement seront utiles à plusieurs segments:

- Urban Air Mobility (UAM) : Se concentrer sur l’utilisation des eVTOL pour le transport intra-urbain, visant à alléger la congestion du trafic au sol et à réduire les temps de trajet dans les zones urbaines.
- Logistique : Utiliser les eVTOL pour transporter des marchandises, en particulier dans des zones difficiles d’accès ou pour des services de livraison rapide, améliorant l’efficacité des opérations logistiques.
- Services de Taxi Aérien : Offrir des services d’aviation à la demande, fournissant un nouveau mode de transport pour de courtes ou moyennes distances.
- Services d’urgences : Employer les eVTOL pour des missions de primo intervenant (prise en charge médicale rapide, déploiement d’unités spécialisées sur un spectre d’atteintes grave a la sécurité publique).
- Applications militaires : Appui, Reconnaissance, Logistique, Operations Spéciales, la liste est longue…

J’ai relevé un petit panel d’acteurs de cette industrie
Joby Aviation: Société américaine qui demeure une des leaders dans ce secteur, elle se concentre sur le développement de transport de personnels avec des investissements et des autorisations significatifs de part le monde (USA, EAU…)
Volocopter: Une entreprise allemande travaillant sur des solutions de mobilité aérienne urbaine, connue pour ses designs eVTOL à multirotors distinctifs. Nous devrions en voir la couleur lors des Jeux Olympique et Paralympiques de Paris 2024
EHang : Une entreprise chinoise qui a fait les gros titres avec ses véhicules aériens autonomes (AAV) conçus pour le transport de passagers et de cargaison.
Lilium : Un autre acteur notable, Lilium développe un eVTOL à propulsion par jet avec un focus sur la mobilité aérienne régionale, promettant des voyages à grande vitesse sur de plus longues distances.
Archer Aviation : Concentré sur la conception et le développement d’aéronefs électriques pour la mobilité aérienne urbaine, visant à s’intégrer de manière transparente dans les infrastructures urbaines existantes.

L’industrie des eVTOL doit faire face a des défis techniques, réglementaires et structurels significatifs, peut on alors considerer la question d’un investissement interessant?

Mots-clés : aviation, energie renouvelable, evtol

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#2 19/02/2024 10h58

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Je vous conseille de lire Richard Aboulafia et Leeham News sur le sujet.

Voici les problèmes :
- Une batterie emporte 30x moins d’énergie que le kérosène. Même avec les batteries solides, ce sera 10x moins d’énergie.
- Les moteurs thermiques d’aviation progressent. Un aéronef "thermique" fait des progrès de 1 à 2% par an. Ce n’est pas trivial au bout de 10 ans car cela repousse encore plus loin le moment où l’électrique peut battre le thermique.
- Le réservoir de kérosène se vide sur le trajet, rendant l’aéronef moins lourd et diminuant ainsi la consommation. La batterie conserve son poids tout au long.
- L’autonomie est très faible car règlementairement, il faut garder 20min de réserve. La "real life range" sera donc de 10-15min au mieux. Cela va réduire considérablement le marché.
- Il semble pratiquement impensable que ces aéronefs puissent être autonomes. S’il faut un pilote, cela augmente considérablement le coût cash de chaque vol.

Il y a possiblement un petit marché pour remplacer des hélicos qui font des petites navettes. Pensez aux hélicos aéroport de Nice <=> Monaco ou ceux qui partent de Manhattan vers JFK.

Les cours de bourse des pionniers comme Lilium se sont effondrés.
Si vous regardez Lilium, vous verrez qu’ils sont très en retard sur les ambitions initiales.

Bref, ce sont d’excellents shorts si vous pouvez trouver du borrow et gérer la volatilité.
J’imagine que ces sociétés vont faire AK sur AK avec des belles promesses à chaque fois.

C’est du rêve mais les lois de la physique restent immuables.

Dernière modification par kiwijuice (19/02/2024 11h05)


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#3 19/02/2024 11h53

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INTJ

Pour enrichir la discussion, il y a un excellent rapport d’Hinderburg Research sur un acteur douteux du marché des eVTOL (EHang), avec de très bons éléments sur le marché.

On y trouve notamment les spécifications des principaux acteurs du marché.



Les cas d’usage possibles sont donc très niches pour le moment (ex. transport à forte valeur ajoutée, surveillance aérienne, navettes)


Parrain : IB, Shine et American Express (par MP)

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#4 19/02/2024 12h02

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L’usage est de concurrencer les transports terrestres par "le haut".
Une voiture électrifiée est dans le trafic.
Un EVTOL doit s’affranchir de la gravité.

Les solutions thermiques sont extrêmement fiabilisées : on parle de 99,99% de fiabilité.
Pour l’instant, les solutions "électriques" en sont loin. Une panne de batteries en plein vol = la mort.
Une panne de batteries de Tesla = bande d’arrêt d’urgence et vacances fichues.


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[+2]    #5 19/02/2024 14h48

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C’est un secteur industriel naissant qui fait beaucoup parler de lui. Et suscite hélas beaucoup de "vapoware".

Commençons par le plus évident :  en aéronautique l’enjeu no1 c’est la masse. Et on n’a hélas jusqu’à aujourd’hui pas trouvé d’énergie aussi concentrée et aussi facile à manipuler que le pétrole. Un kg de kérosène c’est environ 12kWh d’énergie brute (et ce qui est sympa c’est que le comburant est gratuit et n’a pas à être embarqué :  c’est l’oxygène de l’air). Avec un rendement de conversion global du réservoir à l’hélice d’environ 0.30 (et on fait même mieux sur les gros turbomoteurs actuels), ça donne du 3.6kWh/kg. Par comparaison, les meilleures batteries Li-ion au standard aéronautique actuel (qualifiées DO-311a), avec leur BMS, sarcophage, refroidissement et protections électriques, atteignent au mieux 160-180Wh/kg. Avec un rendement de conversion global de la chaine electrique de 0.90 (eh oui, une batterie, un onduleur et un moteur électrique, ça a des pertes malgré tout, pas toujours faciles à extraire de l’avion en plus), on arrive au mieuxLi-ion à environ 0.160kWh/kg net de la cellule à l’helice. On a donc un rapport d’environ… 20 entre le kérosène et la batterie. Et contrairement à ce que l’on peut lire ici ou là, la densité énergétique des cellules Li-ion ne progresse qu’assez lentement. En 10 ans, on est passé grosso-modo de 180 à 250Wh/kg, pas plus (je parle au niveau cellule, pas au niveau batterie complète). L’essentiel des gains de masse a jusqu’ici été réalisé plus sur l’optimisation fe l’intégration du pack complet (BMS, sarcophage, refroidissement, protections électriques etc) que sur les cellules. Rien d’eblouissant. Et les "innovations fracassantes" que l’on peut lire ici ou là dans les congrès (batterie Li-souffre, Li-air, electrolyte solide etc) on bien du mal à sortir des labos pour atteindre le stade industriel automobile. Je ne vous dit même pas pour l’aero, qui exige des technos un niveau élevé de maturité avant même que l’on puisse penser à l’embarquer. Bref, ce n’est pas demain que l’on va combler le gap avec le kérosène.

Facteur aggravant :  comme déjà dit précédemment, un avion qui consomme du kérosène s’allège :  pas un avion 100 % électrique. Cela impacte les perfos à l’ordre 1.

Autre point clef :  en aéronautique, contrairement à ce que l’on pourrait croire, la simplicité est essentielle. Elle permet de limiter le recours aux redondances, de minimiser les taux de pannes Hazardous/Catastrophic, et SURTOUT, elle met en confiance les autorités de certification (TRES important). Quand je vois les usines à gaz que sont certains de ces démonstrateurs… La caricature, c’est celui de Joby Aviation, convertible qui cumule les dispositif de tilt des rotors de l’AW609 (pivotement de la nacelle moteur complète) et, pour les hélices des moteurs intérieurs, celui du Bell V-280 Valor (nacelles fixes et cardan). Le 1ier, l’AW609, vole depuis… près 20 ans et n’est toujours pas certifié (et ne le sera peut-être jamais :  un gouffre pour Agusta-Westland, qui n’est pourtant pas l’avionneur du quartier). Le second est un pur démonstrateur militaire. Quant au parallèle avec le MV-22 Osprey, ce serait plutôt un repoussoir tant cet appareil horriblement pcomplexe cumule les handicaps, même pour du militaire (crashes à répétition, complexité sans nom, cout à l’heure de vol prohibitif etc). Contrairement à ce que l’on pourrait croire, multiplier les rotors ne rend pas l’aeronef plus efficace. Au contraire. De petits calculs de mécanique du vol montrent en moins d’une page que le rendement propulsif optimum s’obtient en brassant le volume d’air le plus élevé possible avec un delta de vitesse modérée et une surface la plus importante possible (c’est le principe des turbofan double flux à fort taux de dilution, des turboprop à helice lente de grand diamètre etc). Dans le domaine du vol vertical, l’optimum est donc… La voilure tournante monorotor  : -). L’helico classique, quoi (tiens tiens…). Multiplier les rotors avec de petites helices rapides fait drastiquement chuter le rendement propulsif global, multiplie les exigences de redondances donc la complexité et la masse. Le seul intérêt, pour les aéronefs à voilure fixe, peut être le soufflage de l’aile avec des avantages en termes de perfos de décollage et d’atterrissage courts. Mais c’est vrai que ça a de la gueule, ça fait de belle images et ça attire les investisseurs. Il ne faut pas non plus s’enthousiasmer exagérément sur le bruit :  70 %  du bruit, c’est celui des hélices/rotors. Le bruit d’une turbomachine est situé haut dans le spectre et assez facile à masquer, sauf dans l’axe de la tuyère.

Le coût à l’heure de vol - donc le business model - n’est pas non plus encore connu avec précision. Pour l’instant, le prix du kérosène (detaxé) n’est pas très élevé. On peut imaginer que les augmentations futures du prix des hydrocarbures et des taxes feront pencher la balance plus fort en faveur de l’electrique, mais à quel horizon  ?  La maintenance usuelle d’un appareil 100 %  électrique devrait elle aussi être sensiblement moins coûteuse que celle d’un appareil équipé d’un moteur à combustion interne. Une inconnue réside cependant dans la durée de vie et le cout du remplacement des batteries (pour faire simple, un levier pour alléger la masse des batterie est de les utiliser de manière intensive, avec des courants et des taux de décharge élevés, mais cela impacte négativement leur durée de vie). Un autre poste de dépense non négligeable est le salaire du pilote, surtout sur de petits appareils emportant peu de passagers et avec un effet de mutualisation faible. Ne croyez pas dans les promesses de "l’avion automatique sans pilote bardé d’IA" (en tout cas, pas pour les 15-20 prochaines années):  cette promesse s’est crashée dans l’automobile, ce n’est pas demain la veille dans un aeronef transportant des passagers.

Dernier point très important à prendre en compte :  la certification. Tout aeronef civil doit avoir un certificat de type pour avoir le droit d’être exploité commercialement. Les deux plus grandes agences gouvernementales occidentales sont la FAA aux USA et l’EASA en Europe. Ce sont elles qui publient les règlements et auprès de qui les constructeurs doivent demontrer que leur aéronefs sont conformes. Ces agences sont extrêmement pointilleuses. Le processus de certification est un exercice extrêmement complexe, long, administratif. Dans le cas des eVTOL, un facteur aggravant est qu’il n’existe pas encore de reglement parfaitement défini. En Europe, l’EASA a publié 2 textes préliminaires, le SC-EHPS pour la chaine propulsive et le SC-VTOL pour l’aeronef. Ce ne sont encore que des "Special Conditions", pas des règlements mûrs et stables comme le CS-E ou les CS-23/25 etc (le seul texte réglementaire raisonnablement mûr me parait être la DO-311a, qui spécifie les exigences de qualification environnementale des batteries Li-ion embarquées ;  et il est déjà extrêmement sévère. Pour autant, c’est loin d’être un standard de certification d’un aéronef ou d’un système propulsif complets). Pourtant, ils sont déjà assez ’carabinés’, et il est d’ores et déjà certain que bon nombre de design que vous citez ne seront pas conformes. Pire, il n’existe pas encore d’AMC (Acceptable Means of Compliance), qui sont des méthodes et preuves de conformité au reglement acceptées par avance par l’autorité. Cela signifie qu’il va falloir convaincre l’EASA sur chaque point de règlement quant à la démonstration de conformité :  cela va être long, complexe et l’autorité pourra à loisir refuser telle ou telle méthode, "selon son bon plaisir". Les equipes de certification vont être mises à l’épreuve. La situation est analogue côté FAA.

Bref, en tant que technicien, je regarde et je suis ces évolutions technologiques avec grand intérêt. Aucun doute que les avions électriques seront un jour une réalité. Mais quand  ?  Et après combien d’échecs  ? A court terme, compte tenu des limitations technologiques énormes et des incertitudes règlementaires, le marché commercial visé par les eVTOL me parait extrêmement étroit (’taxi volant’ entre aéroport et banlieue…). J’aurais tendance à trouver plus réalistes les concepts d’aéronefs à voilure fixe hybrides série ou parallèle, type turboelectriques comme ceux d’Aura Aero ou d’Elixir Aircraft qui, s’ils font moins rêver (ils continuent à cramer du kéro…), restent plus ’classiques’ et plus polyvalents. En tant qu’investisseur, je reste extrêmement prudent. Le plus probable est que 90 %  de ces startups déposent le bilan après avoir englouti des sommes énormes mais fait considérablement avancer l’état de l’art. Les rares survivants seront selon toute probabilité rachetés par les grands avionneurs historiques qui apporteront leur structure industrielle, leur connaissance des processus de certification et du mode de fonctionnement des autorités.

Dernière modification par Polaris (19/02/2024 14h52)

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