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Solar Impulse est un projet d'avion solaire. Il vise à construire puis à faire voler de nuit comme de jour, sans carburant ni émissions polluantes, un avion monoplace à propulsion électrique alimentée uniquement par l'énergie solaire, jusqu’à effectuer un tour du monde. Le développement de Solar Impulse est assuré depuis 2003 par deux pilotes, Bertrand Piccard et André Borschberg[1].
Étapes du projet
- 1999 : premières réflexions de Bertrand Piccard sur le projet.
- 2003 : rencontre avec André Borschberg, étude de faisabilité à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et annonce du défi.
- 2004 – 2006 : développement du concept.
- 2007 – 2008 : design et fabrication du prototype immatriculé HB-SIA.
- 2009 – 2010 : présentation du premier avion HB-SIA le 26 juin 2009. Premier vol d'essai de 87 min le 7 avril 2010 à 10 h 27 à l'aérodrome militaire de Payerne.
- du 7 au 8 juillet 2010 : Premier vol de 26 heures et 9 minutes sans interruption (vitesse moyenne de 23 nœuds, altitude maximum 28000 pieds) incluant une nuit entière[2].
- 2010 – 2011 : construction du deuxième avion immatriculé HB-SIB.
- 2011 – 2013 : traversée de l’Atlantique et tour du monde.
Vision
La démarche de Solar Impulse est à la fois scientifique, par toutes les recherches qu’elle implique, et écologique, par sa volonté d’inciter chacun à réduire sa consommation d'énergie.
Ce défi technologique majeur est donc aussi celui du changement climatique, celui d'une innovation industrielle et d'une prouesse sportive. En ce sens, il symbolise à lui seul le type d'actions à mener dans la lutte en vue de réduire les émissions de gaz à effet de serre via l'usage d'énergies renouvelables. Avec le Solar Impulse, on a dû utiliser des solutions existantes et en inventer de nouvelles. Ainsi en est il de la politique en vue d'une meilleure efficacité énergétique qui vise par exemple à améliorer les cellules photovoltaïques au quotidien. cf le livre de Robert Kandel,Turning the Tide on Climate Change, où le Solar Impulse est cité comme exemple.
Défi
Le Solar Impulse n'est pas le premier avion solaire mais à ce jour aucun de ses prédécesseurs avec un pilote à bord n'a réussi à passer une nuit en vol. Par ailleurs le pilotage de l'appareil en l'absence de pilote automatique nécessite un grande vigilance du pilote, l'appareil ne pouvant effectuer un virage avec une inclinaison supérieure à 5° du fait de sa très grande envergure. Si tel était le cas la voilure décrocherait et la situation serait irrécupérable[3].
Permettre à un avion de décoller et de voler de manière autonome, de jour et de nuit, entièrement propulsé par l'énergie solaire, sans carburant ni pollution, n'est possible que si les technologies actuelles sont poussées à leurs limites absolues.
Avions
Prototype
Le prototype du premier avion, HB-SIA, pèse 1 600 kg pour une envergure de 64 mètres. Dépourvu de cabine pressurisée, il a pour mission de vérifier par l’expérience les hypothèses de travail ainsi que de valider la sélection des technologies et procédés de construction.
Des capteurs solaires aux hélices, la chaîne de propulsion du Solar Impulse est optimisée pour avoir le rendement le plus élevé possible. Son design a été pensé pour résister aux conditions hostiles que subissent les matériaux et le pilote en haute altitude, en intégrant les contraintes de poids aux impératifs de résistance.
| Immatriculation : | HB-SIA |
| Avion : | Prototype |
| Envergure : | 63,40 m [4] |
| Longueur : | 21,85 m |
| Hauteur : | 6,40 m |
| Masse : | 1 600 kg |
| Motorisation : | 4 moteurs électriques de 10 ch chacun |
| Cellules photovoltaïques : (nombre) |
11 628 : * 10 748 sur l’aile ; * 880 sur le stabilisateur horizontal |
| Vitesse moyenne : | 70 km·h-1 |
| Plafond : | 8 500 m |
| Date de présentation publique : | 26 juin 2009 |
Source : le site de Solar Impulse : challenge[5]
Structure et matériaux
Solar Impulse est construit autour d'un squelette en matériau composite (fibre de carbone et nid d’abeille en sandwich). La surface inférieure des ailes est revêtue d’un film souple et la surface supérieure est couverte de cellules solaires encapsulées.
Système de propulsion
Sous les ailes sont fixées quatre gondoles, contenant chacune un moteur électrique, conçus par la société ETEL , une batterie de 70 accumulateurs, un système de gestion de la charge/décharge et de la température. L'isolation thermique a été conçue pour conserver la chaleur émise par les batteries et garantir leur fonctionnement malgré les températures de l'ordre de -40 °C rencontrées à 8 500 m. Chaque moteur a une puissance maximale de 10 ch. Les hélices bipales, de 3,5 m de diamètre, tournent à une vitesse de 200 à 400 tr/min.
Deuxième avion
En 2011, réalisation d'un deuxième avion, le HB-SIB. Ce dernier aura une cabine pressurisée pour effectuer des missions de longue durée, des traversées sans escale d'un continent et de l'océan Atlantique.
Le décollage de cet avion pour effectuer un tour du monde devrait avoir lieu en 2013. Cinq escales sont prévues, pour changer de pilote et présenter l’aventure au public ainsi qu'aux autorités politiques et scientifiques. Chaque tronçon du vol durera de 3 à 4 jours, ce qui est considéré comme le maximum supportable pour un pilote seul.
Efficacité énergétique
L’énergie contenue dans les batteries devra durer jusqu’au lever du Soleil et permettre à l’avion de poursuivre sa mission.
- Énergie solaire
Les 11 628 cellules photovoltaïques en silicium monocristallin sont ultrafines (130 μm). Elles ont été sélectionnées pour leur rapport optimal poids/rendement.
- Capacité de stockage
Avec une densité énergétique de 200 Wh/kg, les accumulateurs nécessaires pour le vol de nuit pèsent 400 kg (plus du quart de la masse totale de l'avion). Ce paramètre oblige à réduire drastiquement la masse 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.
Équipe
Le projet, qui a commencé en 2003, occupe 65 personnes en 2009.
Partenaires
La réalisation du projet est aussi assurée par une cinquantaine de partenaires, instituts de recherche et PME.
- Partenaires principaux : Solvay, Omega et Deutsche Bank.
- Partenaires officiels : Bayer MaterialScience, Altran et Swisscom.
L'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) est sa conseillère scientifique officielle, le groupe Altran et Dassault Aviation son consultant aéronautique.
Solar Impulse bénéficie également depuis avril 2008 du parrainage de la Commission européenne.
Une tradition d'exploration
La famille Piccard a déjà réalisé plusieurs premières dans le domaine de l'aéronautique : la capsule pressurisée et la première ascension stratosphérique en ballon (Auguste Piccard), le record de plongée en bathyscaphe (Jacques Piccard), et le premier tour du monde en ballon sans escale (Bertrand Piccard).
Notes et références
- Solar Impulse: team
- (en) Solar-Powered Plane Flies for 26 Hours dans The New York Times du 8 juillet 2010.
- « Du bout des doigts ; Solar Impulse », dans Air & Cosmos, 16 juillet 2010 (ISSN 1240-3113)
- Envergure comparable à celle de l'Airbus A340-500.
- Solar Impulse: challenge
Annexes
Articles connexes
- Gossamer Condor
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