Une nouvelle architecture énergétique pour hélicoptère

Combinant sources électriques et moteurs thermiques, les systèmes hybrides repensent les lois de gestion de l’énergie, les chercheurs de l’Institut FEMTO-ST** en font l’application et la démonstration sur le réseau de bord d’un hélicoptère.

Dans la grande famille des transports, l’hélicoptère est un nouveau défi pour les chercheurs de l’Institut FEMTO-ST spécialisés en énergie, qui, forts de leur expérience appliquée à d’autres véhicules, ont gagné crédibilité et reconnaissance auprès de grands noms de l’industrie.

Un partenariat conclu en 2009 avec Eurocopter, sous l’impulsion financière de la DGA, entre dans sa dernière phase. Il concerne l’optimisation du réseau de bord électrique d’hélicoptères fabriqués par la firme grâce à de nouvelles lois de gestion de l’énergie, comme cela avait été fait pour la voiture urbaine Phébus ou le camion militaire ECCE.

S’il n’est pas question de toucher au rotor lui-même, les modifications de l’architecture énergétique sont suffisamment importantes pour influencer tout le fonctionnement de l’appareil. Deux ans et demi d’études auront ainsi été nécessaires pour maîtriser le sujet, avant de passer à une étape de tests d’une petite année sur le site marseillais d’Eurocopter.

Les systèmes embarqués voyagent léger

L’objectif est d’embarquer les éléments de stockage d’énergie les plus adaptés pour alimenter tous les auxiliaires électriques, tout en prélevant moins de puissance sur la turbine. Économies d’énergie à la clé.

L’idée majeure repose sur la bonne combinaison entre alternateurs, batteries et supercondensateurs, pour assurer des processus dynamiques respectivement lents, moyens et rapides.

Il s’avère par exemple pertinent de relayer une batterie par un supercondensateur pour produire un pic d’énergie à la fois subit et important : à moins d’offrir une capacité démesurée, une batterie ne peut assurer une telle puissance sans risque d’endommagement. Inclure un supercondensateur dans le schéma électrique de l’hélicoptère évite d’embarquer des batteries surdimensionnées. De plus, son poids est relativement faible : il ne recèle au départ que peu d’énergie, qu’il renouvelle in situ grâce… à la batterie.

Cette conception nouvelle de l’architecture énergétique de l’appareil permet d’optimiser l’utilisation des générateurs là où ils sont les plus performants, pour réduire la masse embarquée, assurer des économies d’énergie et augmenter la durée de vie des divers composants.

Trente-cinq scénarios de vol

Dégivrage, climatisation, éclairage, contrôle des instruments de bord, actionnement d’un treuil… certaines commandes sont universelles, d’autres correspondent à des actions précises, selon le profil de mission de l’appareil et son utilisation.

« Nous avons envisagé les pires cas d’enchaînement des besoins énergétiques, y compris la perte d’une partie du réseau, selon trente-cinq scénarios possibles. Autant de tests de simulation correspondant chacun à quatre heures de vol », explique Marie-Cécile Péra, chercheur au département Énergie de l’Institut FEMTO-ST.

La modélisation de tous les paramètres est aujourd’hui achevée, la phase de tests a démarré au siège d’Eurocopter à Marseille, sur un banc à échelle 1, à puissance réelle, et selon les contraintes actuelles de l’aéronautique.

** Franche-Comté Electronique, Mécanique, Thermique et Optique – Sciences et Technologies.