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Planète - Contribution Ecologique

Solar Impulse : premier vol international réussi pour l’avion solaire de Bertrand Piccard

samedi 14 mai 2011
Posté par David Naulin

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Pour son premier vol international, l’avion expérimental zéro carburant Solar Impulse a bénéficié vendredi d’un couloir aérien particulier, qui l’a conduit de l’aéroport suisse de Payerne à celui de Bruxelles. A 50 km/h, uniquement propulsé par 200 m² de cellules photovoltaïques et de batteries au lithium-ion, le prototype HB-SIA d’une envergure gigantesque, équivalente à celle d’un Airbus A340, ralliera ensuite Le Bourget, près de Paris, où il sera l’invité du 49e Salon international de l’aéronautique et de l’espace, du 20 au 26 juin.



Tel une libellule géante, l’avion expérimental sans carburant Solar Impulse, a atterri sans incident vendredi à Bruxelles au terme de son premier vol international, treize heures après avoir quitté le sol suisse, à 500 km de distance.

"C’est magnifique", s’est exclamé son concepteur, l’aéronaute et médecin suisse Bertrand Piccard, quand l’avion, tous feux allumés mais ne consommant alors que l’énergie d’une ampoule de 100 watts, s’est posé en douceur et sans bruit sur une piste de l’aéroport de Bruxelles.

"J’ai capté plus d’énergie que je n’en ai utilisé", a dit André Borshberg, le pilote de l’avion solaire en sortant de l’appareil. "J’ai volé avec la puissance d’un scooter", a ajouté le pilote, souriant malgré ses treize heures de vol et acclamé par une centaine de personnes dont le prince Philippe, héritier du trône de Belgique, grand amateur d’aéronautisme et pilote lui-même, qui a suivi la longue descente de Solar Impulse à bord d’un hélicoptère.

L’appareil avait décollé vers 06H40 de l’aérodrome militaire suisse de Payerne (ouest) et s’est posé en Belgique vers 19H40.

"Avec ce vol, nous voudrions encourager les décideurs politiques à adopter des politiques énergétiques plus ambitieuses", avait dit à l’AFP, juste avant l’atterrissage, Bertrand Piccard. Il a plaidé en faveur d’"un changement d’état d’esprit pour encourager les gens à utiliser de nouvelles technologies" vertes et cesser de gaspiller les énergies fossiles. "C’est fou que l’humanité dépense un milliard de tonnes de pétrole par heure", a-t-il dit. "Il ne faut pas croire que nous allons continuer avec des avions qui consomment autant de kérosène", a ajouté ce militant des énergies renouvelables après l’atterrissage de son appareil.

Le prochain objectif de ce projet de 100 millions de francs suisses (75 millions d’euros) consiste à construire un second prototype, plus grand et doté de meilleures performances. Ce nouvel appareil doit faire à partir de 2013 un survol de l’Atlantique, stade auquel des pilotes chevronnés se joindront à l’expérience. Le but final de l’équipe basée à Dübendorf, en Suisse, est de tenter un tour du monde en cinq étapes vers 2013 ou 2014.

Le projet de faire voler un avion sans kérosène et uniquement alimenté par l’énergie solaire n’est pas censé aboutir à des applications commerciales dans l’aviation, a admis M. Piccard. Il est plutôt destiné à éveiller les consciences à l’utilisation des énergies vertes. Mais, a-t-il souligné, "si c’est fou de dire (qu’un vol commercial) est possible (avec un avion solaire), ce serait idiot de dire que c’est impossible".

L’avion va désormais tenter de rallier Le Bourget à Paris, où il est attendu en tant qu’invité Spécial du 49e Salon International de l’Aéronautique et de l’Espace du 20 au 26 juin 2011.

Fiche technique du Solar Impulse

Envergure : 63,40 m - Longueur : 21,85 m - Hauteur : 6,40 m - Poids : 1 600 Kg - Motorisation : 4 moteurs électriques de 10 CV chacun - Cellules solaires : 11 628 (10 748 sur l’aile, 880 sur le stabilisateur horizontal) - Vitesse moyenne : 70 km/h - Vitesse de décrochage : 35 km/h - Altitude maximale : 8 500 m (27 900 ft).

Le Solar Impulse est un concept révolutionnaire qui vise à repousser les limites de nos connaissances en matière de matériaux, de gestion énergétique et d’interface l’homme - machine. D’une envergure gigantesque, équivalente à celle d’un Airbus A340, pour un poids proportionnellement minime, le prototype HB-SIA présente des caractéristiques de construction et d’aérodynamisme jamais rencontrées jusqu’ici qui le placent dans un domaine de vol encore inexploré. La structure en fibre de carbone, la chaîne de propulsion, l’instrumentation de bord, tout a été pensé et conçu à la fois pour économiser l’énergie, résister aux conditions hostiles que subissent le matériel et le pilote en haute altitude et intégrer les contraintes de poids aux impératifs de résistance.

La question énergétique conditionne l’ensemble du projet. A midi, la surface terrestre reçoit sous forme d’énergie lumineuse l’équivalent de 1000 watts par m2, soit 1.3 CV. Répartie sur 24 heures, l’énergie du soleil ne fournit qu’une moyenne de 250 W/m2. Avec 200 m2 de cellules photovoltaïques et 12 % de rendement total de la chaîne de propulsion, la puissance moyenne fournie par les moteurs de l’avion n’atteint plus que 8 CV ou 6 KW.. C’est à peu de chose près ce dont disposaient les frères Wright en 1903 lorsqu’ils ont réalisé le premier vol motorisé. Et c’est avec cette énergie-là, optimisée du panneau solaire à l’hélice, que Solar Impulse ambitionne de voler jour et nuit sans carburant !

RESSOURCES HUMAINES

La construction du prototype n’a été possible que grâce à l’intense collaboration entre l’équipe Solar Impulse chargée du design de l’avion et les différents partenaires tels que fournisseurs de matériaux et fabricants des composants. Ce n’est qu’en confrontant les exigences et en explorant le potentiel de chacun que des solutions inédites dans le domaine aéronautique ont été trouvées.

RESSOURCES ENERGETIQUES

Autant de formes d’énergie à gérer que de phénomènes de conversion à comprendre et à optimiser :

  • Lumineuse, par le rayonnement solaire
  • Electrique, au niveau des cellules photovoltaïques, des batteries et des moteurs
  • Chimique, dans les batteries
  • Potentielle, lorsque l’avion prend de l’altitude
  • Mécanique, via le système de propulsion
  • Cinétique, lorsque l’avion prend de la vitesse
  • Thermique, pour toutes les pertes (frottements, échauffement…) que l’on cherche à minimiser à tout prix.

RENDEMENT ET CAPACITE DE STOCKAGE

Les quelques 12’000 cellules photovoltaïques en silicium monocristallin de 145 microns d’épaisseur combinent légèreté et rendement. Leur efficacité aurait pu être encore meilleure, à l’instar des panneaux utilisés dans l’espace, mais leur poids aurait alors été beaucoup trop élevé, pénalisant l’avion pendant le vol de nuit. Cette phase étant la plus critique, la contrainte majeure du projet est celle qu’imposent les batteries. Encore lourdes, celles-ci obligent à réduire drastiquement le poids du reste de l’avion, à optimiser toute la chaîne énergétique et à maximiser le rendement aérodynamique par un grand allongement et un profil d’aile conçu pour les basses vitesses. Avec une densité énergétique de 240 Wh/kg, la masse d’accumulateurs nécessaire se monte à 400 kg, soit ¼ de la masse totale de l’avion.

STRUCTURE ET MATERIAUX

Associant rigidité, légèreté et contrôlabilité en vol, le Solar Impulse est construit autour d’un squelette en matériaux composites constitués de fibres de carbone et de nid d’abeilles assemblés en sandwich. Sur son extrados, l’aile est recouverte des cellules solaires encapsulées, et sur son intrados d’un film flexible léger. Entre ces deux surfaces, 120 nervures en fibre de carbone, réparties tous les 50 cm, lui donnent son profil aérodynamique.

SYSTEME DE PROPULSION

Quatre nacelles sont fixées sous l’aile. Elles contiennent chacune un moteur, une batterie au lithium polymère constituée de 70 accumulateurs et un système de gestion contrôlant le seuil de charge et de température. L’isolation thermique est conçue pour conserver la chaleur dégagée par les batteries et leur permettre ainsi de fonctionner malgré les - 40 °C rencontrés à 8500 mètres. Chaque moteur a une puissance de pointe de 10 CV et est muni d’un réducteur limitant à 400 tours /minute la rotation d’une hélice bipale de 3,5 mètres de diamètre.

L’INTELLIGENCE CENTRALE

Le système informatique embarqué récolte et analyse des centaines de paramètres utiles à la gestion du vol. Il apporte au pilote des informations interprétables pour les prises de décision, transmet les données les plus importantes à l’équipe au sol et, surtout, fournit aux moteurs la puissance optimale compte tenu de la configuration de vol et de l’état de charge et de décharge des batteries.

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