Le 15 avril 1988, un Tupolev Tu-154 modifié décolla de l'aérodrome de Joukovski, près de Moscou, avec l'un de ses trois moteurs fonctionnant à l'hydrogène liquide. Il atteignit son altitude de croisière, effectua un circuit d'atterrissage et atterrit sans incident. Cet appareil, baptisé Tu-155, fut, le temps d'un bref instant exceptionnel, l'expérimentation de propulsion la plus avancée de l'histoire de l'aviation.

Trente-huit ans plus tard, alors qu'Airbus, Boeing et une multitude de start-ups se livrent une course effrénée pour développer des avions commerciaux à hydrogène, le Tu-155 demeure le seul avion de ligne de taille standard à avoir jamais volé grâce à ce carburant. L'Union soviétique y était parvenue la première. Puis elle s'est effondrée, et le projet a disparu avec elle.

Le moteur cryogénique

Le programme Tu-155 a débuté en 1980 sous la direction du bureau d'études Tupolev, avec pour objectif de démontrer que des carburants cryogéniques – l'hydrogène liquide (LH2) puis le gaz naturel liquéfié (GNL) – pouvaient propulser un avion de ligne commercial. L'appareil de base était un Tu-154B standard, le principal avion de ligne moyen-courrier soviétique, dont le moteur tribord (n° 3) avait été remplacé par un turboréacteur Kuznetsov NK-88 modifié, conçu pour fonctionner à l'hydrogène.

Les défis techniques étaient considérables. L'hydrogène liquide devait être stocké à -253 °C, soit seulement 20 degrés au-dessus du zéro absolu. Le réservoir de carburant, installé à l'arrière du fuselage, à l'emplacement habituel des sièges passagers, était un conteneur cryogénique isolé sous vide, pesant plus d'une tonne à vide. Le système d'alimentation en carburant nécessitait des pompes, des vannes et des joints entièrement nouveaux, capables de gérer un fluide qui bout à température ambiante et qui s'infiltre à travers presque tous les matériaux. La chambre de combustion du NK-88 a été repensée pour s'adapter aux caractéristiques de flamme radicalement différentes de l'hydrogène : l'hydrogène brûle plus chaud, plus vite et avec une flamme quasi invisible.

Malgré ces obstacles, le Tu-155 a effectué ses premiers vols avec succès. Cinq vols ont été réalisés à l'hydrogène liquide en avril 1988, suivis de plus de 100 vols au gaz naturel liquéfié (GNL) entre 1989 et 1990. Ces vols au GNL ont été déterminants sur le plan opérationnel : l'appareil a assuré des liaisons entre Moscou et Bratislava, Hanovre et Nice, démontrant ainsi qu'un carburant cryogénique pouvait permettre un profil de vol commercial normal.

Pourquoi l'hydrogène ?

L'intérêt soviétique pour l'hydrogène était motivé par des considérations de sécurité énergétique plutôt que par des préoccupations environnementales. Les vastes réserves de gaz naturel de l'URSS faisaient du GNL une alternative intéressante au kérosène, dont la production nécessitait des capacités de raffinage du pétrole que l'économie soviétique peinait à maintenir. L'hydrogène, produit par électrolyse de l'eau grâce à l'électricité d'origine nucléaire, offrait une source d'énergie encore plus indépendante sur le plan stratégique.

Mais les propriétés physiques de l'hydrogène offraient également de réels avantages en termes de performances. L'hydrogène possède environ 2,8 fois plus d'énergie par kilogramme que le kérosène. Un avion fonctionnant à l'hydrogène ne produit que de la vapeur d'eau à l'échappement : ni CO₂, ni particules fines, ni composés soufrés. À une époque où le changement climatique n'était pas encore une priorité politique, les ingénieurs soviétiques ont perçu ces caractéristiques comme des atouts à long terme qu'il convenait d'exploiter.

Le hic — et il est de taille — c'est la densité. L'hydrogène liquide contient environ quatre fois moins d'énergie par litre que le kérosène. Pour transporter la même énergie totale, un avion à hydrogène a besoin de réservoirs quatre fois plus volumineux. C'est pourquoi le réservoir d'hydrogène du Tu-155 occupait une grande partie de la cabine passagers, et pourquoi tous les concepts d'avions à hydrogène modernes — du ZEROe d'Airbus aux start-ups comme ZeroAvia et Universal Hydrogen — sont confrontés au même compromis fondamental entre le poids et le volume du carburant.

Le Tu-156 : l’avion de ligne qui n’a jamais existé

Encouragé par le succès du Tu-155, Tupolev proposa le Tu-156 : un avion de ligne conçu spécifiquement pour fonctionner à l’hydrogène et au GNL, basé sur la cellule du Tu-204, avec ses trois moteurs convertis au carburant cryogénique et des réservoirs de carburant intégrés repensés. Le Tu-156 devait entrer en service au milieu des années 1990 et transporter jusqu’à 164 passagers sur des vols moyen-courriers.

Le projet n'a jamais dépassé le stade de la conception. L'effondrement de l'Union soviétique en 1991 a mis fin au financement public de la quasi-totalité des programmes aéronautiques de pointe. L'infrastructure nécessaire au carburant cryogénique — usines de liquéfaction d'hydrogène dans les aéroports, systèmes de ravitaillement isolés, protocoles de sécurité — n'a jamais été construite. Le prototype du Tu-155 a été immobilisé au sol, puis remisé à l'Institut de recherche en vol Gromov, et est tombé dans l'oubli.

L'écho moderne

Près de quarante ans plus tard, l'industrie aéronautique redécouvre ce que les ingénieurs soviétiques avaient déjà prouvé : l'hydrogène peut voler. Airbus s'est engagé à mettre en service un avion de ligne à hydrogène d'ici 2035 dans le cadre de son programme ZEROe. Rolls-Royce et easyJet ont mené avec succès des essais au sol d'un turbopropulseur AE 2100-A fonctionnant à l'hydrogène en 2022. ZeroAvia effectue des essais en vol de groupes motopropulseurs à pile à combustible à hydrogène sur des avions de transport régional Dornier 228 modifiés.

Chacun de ces programmes se heurte aux mêmes défis que l'équipe du Tu-155 a relevés dans les années 1980 : le stockage cryogénique, l'acheminement du carburant, la dynamique de combustion et le coût volumétrique considérable de l'hydrogène liquide. La différence réside dans le fait qu'en 2026, la motivation n'est plus la sécurité énergétique, mais la survie face au changement climatique ; or, les outils d'ingénierie disponibles (dynamique des fluides numérique, matériaux composites avancés, stockage d'hydrogène à l'état solide) sont d'une génération bien plus avancée que ceux dont disposait l'équipe de Tupolev.

Le Tu-155 est souvent cité dans la littérature moderne sur l'aviation à hydrogène, mais on lui rend rarement hommage à sa juste valeur. Il ne s'agissait pas d'une étude de faisabilité, ni d'un prototype à échelle réduite. C'était un véritable avion de ligne trimoteur à hydrogène qui a prouvé la viabilité du concept – trente-huit ans avant que quiconque n'y parvienne.

Le prototype repose toujours à Joukovski, usé par le temps et largement délaissé. Si Airbus réussit son projet ZEROe en 2035, les ingénieurs qui l'ont conçu voudront peut-être se rendre à Moscou pour leur rendre hommage. L'Union soviétique y était parvenue avant eux.

Sources : Archives du bureau d’études Tupolev, Aviation Week, Flight International, Royal Aeronautical Society