Solar impulse : un oiseau solaire hautement technologique

 photo solar impulse01Une technologie à couper le souffle, voilà en résumé, ce qu'est ce grand avion d'aspect « mince », « élégant », « léger ». Sous son air d'engin sorti d'un hangar d'explorateur, prompt à parcourir de vastes étendues subtropicales, cette maquette géante pour grands enfants est un concentré de technologie capable de voler de jour comme de nuit et de réaliser prochainement le tour du monde sans carburant ni pollution.

 

photo solar impulse470Plus grand qu'un bassin olympique et qu'un Airbus, son envergure atteint 63,40 m, pour une longueur de 21,85 m et une hauteur de 6,40 m pour un poids total de 1600 Kg. Il lui est ainsi possible d'atteindre la vitesse maximale de 70 km/h et une altitude de 8500 m. Léger et rigide, il dispose d'un squelette en matériaux composites en fibres de carbone et de nids d'abeilles assemblés en sandwich. L'aile est couverte de cellules photovoltaïques ouvertes vers le soleil et par le dessous d'un film flexible léger, entre les 2 surfaces, 120 nervures en fibres de carbone, disposées à 50 cm les unes des autres, crées son profil aérodynamique si particulier, dans laquelle sont logés les 4 moteurs.

Support de l'aile, le fuselage est composé de 4 tubes longitudinaux en fibre de carbone reliés par des tubes plus petits, formant comme un pylône. Le stabilisateur horizontal, situé à l'arrière de l'appareil, juste devant ce qui sert de gouvernail (stabilisateur vertical), d'une surface de 15 m², sur lequel sont apposées des cellules PV, permet au pilote de modifier son altitude. Derrière lui, la gouverne de direction qui assure la stabilité de l'avion permet au pilote de virer à gauche ou à droite. Ce sont ainsi 1600 Kg répartis sur une ossature légère et solide. Tout à l'avant, le cockpit qui emporte le pilote ne fait que 1,3 mètre cube.

L'énergie solaire est captées par 11 628 cellules photovoltaïques, de type silicium monocristallin de 145 microns d'épaisseur, dont 10 748 sur l'aile et 880 sur le stabilisateur horizontal. Les cellules au silicium sont choisies pour leur rendement de 22 % et le rapport poids/rendement bien meilleur que celui des cellules utilisées dans l'espace dont le poids plus important nuirait au vol de nuit. Pour battre les records le stockage de l'énergie est primordial, or les batteries sont une contrainte importante en terme de poids, la masse d'accumulateur est de 400 Kg (1/4 du poids de l'appareil). Ce sont elles qui imposent au reste de la structure la plus grande légèreté et à optimiser toute la chaine énergétique, de la conversion lumineuse en énergie électrique dans les cellules, à la conversion chimique dans les batteries vers la transmission de l'énergie aux moteurs, et encore potentielle et cinétique en vol, mécanique et thermique avec la propulsion, les frottements, l'échauffement.

photo solar impulse350Les 4 moteurs fixés sous l'aile sont chacun couplés avec une batterie au lithium polymère, constituée de 70 accumulateurs, un système de gestion contrôle la charge et la température. La moindre perte énergétique est récupérée par l'isolation thermique pour faire fonctionner les moteurs à 8500 m où la température descend à – 40 °C. Les hélices, bipales, d'un diamètre de 3,5 m sont entrainées par les moteurs qui fournissent chacun une puissance de 10 CV avec un réducteur qui limite la rotation à 400 tours par minute.

Une structure hors norme, en matériaux composites, une chaine de propulsion à la seule force de l'énergie solaire, il ne manque plus qu'un système de gestion centralisé, informatique, capable de récolter, d'analyser tous les paramètres nécessaires à la bonne tenu du vol, notamment de fournir aux moteurs la puissance optimale, oscillant entre charge et décharge. Le pilote maitre à bord, se guide grâce à la restitution des informations pour prendre les bonnes décisions. Une équipe au sol récupère les données essentielles.

D'après André Borschberg, CEO de Solar Impulse, les premiers vols ont permis d'apprendre trois choses importantes autour de trois questions essentielles. Est-ce que cet avion est capable de monter après le décollage pour se libérer des obstacles. Est-ce que cet avion est vraiment contrôlable par le pilote, avec un vol jusqu'à 1000 mètres d'altitude ; et que les performances supérieures que prévues, préfigureront ce que seront les vols à venir. Les prochaines tâches et objectifs qui suivirent se sont orientés vers la modification des contrôles de vols pour rendre le vol plus agréable pour le pilote. C'est le rôle du pilote d'essai qui est en relation avec l'équipe d'ingénieur au sol. Pour phases de tests, l'avion va évoluer dans son enveloppe de vol, en augmentant, diminuant la vitesse, en effectuant des virages plus serrés. Ce qui permettra d'évaluer les risques d'aéroélasticité sur l'appareil, phénomène de vibration sous l'effet du vent, comparable à l'effet du vent sur un pont.

photo sola impulse1126photo solar impulse853Prochaine étape pour Bertrand Piccard, fondateur du projet, effectuer un tour du monde, pour concrétiser le « vol perpétuel » à base d'énergie infinie. Cinq étapes de cinq jours chacune, le pilote sera cinq jours au commande, puis atterri, changement de pilote, et l'avion repart, à une vitesse de 70 km/h. Cette aventure c'est faire passer le message qu'avec un projet comme Solar Impulse, on peut modifier nos modes de vies, dans l'isolation, le chauffage, nos déplacements, l'éclairage, de façon à démultiplier les économies d'énergie et faire en sorte de relancer le système industriel, d'augmenter de cette façon le pouvoir d'achat, une vision de développement durable. « Le concept du futur est une société sans pétrole, sans énergie fossile ».

Pour des vols de plus longues durées, le rêve de Bertrand Piccard c'est d'avoir plusieurs personnes dans l'avion, effectuer des vols d'un mois, sans avoir besoins d'atterrir. Bref l'esprit de pionnier, être visionnaire. Un second avion est en préparation le HB-SIB, muni d'une cabine pressurisée, il effectuera des missions longues, traversera sans escale, les continents et les océans. Premiers vols prévus pour 2013.

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