Un avion solaire traverse les Etats-Unis

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Le 16 juin, l’avion solaire Solar Impulse HB-SIA a atterri à l’aéroport de Dulles (près de Washington, D.C.). L’avion est parti de San Francisco le 3 mai en direction du District de Colombia, faisant étape à Phoenix en Arizona, puis Dallas au Texas - battant au passage le record du monde pour un vol en avion solaire avec 1.541 kilomètres parcourus - et ensuite Saint Louis. Une étape supplémentaire a dû être effectuée à Cincinnati en Ohio en raison d’un fort orage les 12 et 13 juin, avant un vol de 14 heures et quatre minutes pour rejoindre Washington, D.C. Enfin, cet avion particulier devrait terminer son périple à New York début juillet. Solar Impulse aura alors fait la démonstration qu’il est possible de traverser les Etats-Unis, en volant de jour comme de nuit, sans utiliser de carburant fossile. L’avion avait déjà effectué plusieurs vols (dont un vol de 26 heures) en Europe en 2010 et 2011 et avait même effectué un voyage jusqu’au Maroc en juin 2012. Un deuxième avion est en construction avec pour objectif un vol autour du monde en 2015.

Solar Impulse HB - SIA

Cette traversée des Etats-Unis est l’aboutissement d’un projet commencé en 2003, qui a bénéficié d’un budget de 90 millions d’euros sur 10 ans. A l’origine suisse, le projet rassemble désormais de nombreuses associations, organisations et entreprises dans le monde entier. Sur les aspects scientifiques et techniques, de nombreuses entreprises et universités ont collaboré. Citons par exemple l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, l’Agence Spatiale Européenne, Dassault Aviation, le groupe Solvay, Schindler ou encore Omega. Le projet est soutenu par la Commission européenne, il a été présenté en Suisse bien sûr, mais également en Chine et en Inde. Nous vous avions d’ailleurs parlé de plusieurs évènements et séminaires organisés sur ce sujet de part le monde [1].


L’avion Solar Impulse à l’aéroport de Dulles, près de Washington, le 18 juin 2013
Crédits : MS&T


Le modèle HB - SIA pèse 1.600 kg (soit l’équivalent d’une petite voiture), grâce à une structure ultralégère en fibre de carbone et à des efforts constants pour réduire au maximum la masse de l’avion. Il est ainsi 5 fois plus léger qu’un planeur traditionnel. Son envergure est équivalente à un A340 (environ 63 mètres). Il fonctionne grâce à quatre moteurs, alimentés par 12.000 cellules photovoltaïques installées sur ses ailes qui rechargent simultanément des batteries. Celles-ci sont utilisées lorsque l’appareil vole de nuit. Sa vitesse moyenne est de 70 km/h, avec une vitesse au décollage de 44km/h. Il peut voler à une altitude maximum d’environ 8.500 mètres.

Les deux pilotes et fondateurs du projet, Bertrand Piccard et Andre Borschberg ont donc dû se former sur des simulateurs de vols pour faire voler cet avion ultra léger, très sensible aux vents (et autres perturbations) et très lent. En effet, la gigantesque envergure de l’avion (63,4 m de l’ordre de celle d’un Airbus A340) et son très faible poids le rendent difficile à piloter. Les deux pilotes ont témoigné de la difficulté, lors de simulations, à s’aligner avec la piste. Ils atterrissaient systématiquement à côté ! Avec de l’entrainement, ils comprirent que l’avion était très lent à réagir et qu’il fallait entamer toute manoeuvre bien à l’avance. La stabilité de l’avion est également différente. Alors qu’un avion de ligne classique peut prendre sans danger un virage avec un angle de 30 ou 35 degrés avec l’horizontale, Solar Impulse HB - SIA n’a qu’une marge de manoeuvre de 5 degrés. L’avion devenant instable au-delà d’une telle inclinaison. Il a donc fallu construire des capteurs très précis, réglés comme des horloges … et une horloge suisse puisque c’est la prestigieuse firme Omega qui leur est venue en aide en s’associant au projet !

It’s the chemistry, stupid !

Comment fait-on voler un avion solaire ? "Grâce à la chimie" ont répondu, lors d’une conférence de presse à Washington le 18 juin, George Corbin et Claude Michel [2], qui ont travaillé sur le projet Solar Impulse pour développer des composants et améliorer l’efficacité énergétique, au sein du groupe Solvay, leader mondial dans le domaine de la chimie.

En effet, en moyenne sur 24 heures, un mètre carré de surface terrestre reçoit l’équivalent de 40 Watts d’énergie solaire, soit 250 fois moins que ce que permet de produire un litre de carburant traditionnel. Il faut environ 40 W pour faire voler 8 kg et il a donc fallu installer près de 200 m2 de cellules photovoltaïques sur les ailes de l’avion [3]. Le moteur de l’avion peut donc atteindre une puissance de 6 kW, soit l’équivalent d’un scooter.

Les ingénieurs du projet ont choisi d’utiliser des cellules photovoltaïques avec un rendement de 22%, fruit d’un compromis entre efficacité et poids (il aurait été possible d’installer des cellules photovoltaïques plus efficaces mais leur masse aurait été trop importante). Les batteries au lithium polymère représentent actuellement 400 kg, soit plus du quart de la masse totale de l’avion. Le poids de l’ensemble des autres composants de l’avion a été réduit au maximum, grâce à l’utilisation de matériaux avancés pour optimiser le poids total de l’avion, notamment en utilisant des fibres de carbone qui servent habituellement à construire des coques de bateaux à voiles.

Les batteries représentent une limite pour le développement des avions solaires et la plupart des défis restant à relever sont liés au stockage de l’énergie. Comme l’a expliqué George Corbin, cela relève directement de la chimie. Selon lui, pour améliorer cet avion solaire, il faut désormais concentrer les efforts sur la "densité énergétique", pour pouvoir stocker davantage d’énergie.

Améliorer l’efficacité énergétique dans les airs et au sol

Ernest Moniz, le nouveau secrétaire américain à l’énergie a salué ce projet lors d’une conférence de presse [4], lundi 17 juin à Dulles. Selon lui, ce vol solaire ne changera pas demain le transport aérien mais il pourrait en revanche contribuer à améliorer l’efficacité de nos véhicules et nos bâtiments.

Comme l’a rappelé André Borschberg dans une interview, en direct du cockpit, à près de 10 km d’altitude, l’aviation ne représente qu’une petite partie des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Le potentiel est donc bien plus important au sol. Or, précisément, les innovations et les matériaux utilisés pour construire l’avion ne sont pas, pour la plupart, spécifiques au secteur aérien et ils pourraient être utilisés dans d’autres secteurs.



L’interview d’André Borschberg, en direct du cokpit, à près de 10 km d’altitude (vidéo en anglais)
Crédits : SlashGear


Par exemple, l’isolation de l’avion lui permet de conserver la chaleur dégagée par les batteries au lithium, alors que la température extérieure peut varier descendre jusqu’à -40°C la nuit. Ernest Moniz a également mentionné les recherches sur les batteries qui serviront pour les véhicules électriques, encouragés par le DOE [4] ainsi que pour les ordinateurs et téléphones portables. De même, le film protecteur transparent (composé de polymères fluorés) développé pour protéger les panneaux solaires situés sur les ailes des chocs et des altérations (corrosion, changements de température) sans les alourdir, pourrait trouver de nombreuses utilisations dans d’autres secteurs, notamment pour des panneaux solaires terrestres. Les polymères utilisés pour remplacer les différents composants de l’avion, qui sont d’habitude faits en métal, serviront pour différents appareils électroniques. Enfin, les recherches pour réaliser une structure à la fois légère et ultra-résistante ("nid d’abeilles" entre deux couches de fibres de carbone) pourront être utilisées pour des avions traditionnels.

Les deux pilotes ont profité de leur voyage pour remettre à chaque ville où ils ont fait étape un drapeau "clean generation", reconnaissant l’engagement de ces villes pour les technologies propres [5].

Sources :


- [2] Lors d’une conférence de presse au National Press Club à Washington, le 18 juin 2013.
- [3] "The zero fuel airplane - Solvay "- Brochure du gourpe Solvay - http://www.solvay.com/EN/Literature/Solar_Flyer_EN.pdf
- [4] L’intervention d’Ernest Moniz, à Dulles, le 17 juin peut être vue sur http://www.youtube.com/watch?v=8aYIvQwRQ6A
- [5] "Solar Impulse Lands In DC, Solar Impulse Founders Presented Top Innovation SEIA Award" - ARCHANGEL, Amber - 17/06/2013 - http://cleantechnica.com/2013/06/17/solar-impulse-lands-in-dc-solar-impulse-founders-presented-top-innovation-seia-award/

Pour en savoir plus, contacts :


- Voir le site du projet : http://www.solarimpulse.com/
- Voir un projet d’avion solaire français
- [1] Voir les articles du Bulletin Electronique sur le sujet :
* En Suède, en Allemagne, en Suisse et en Chine : "Solar Impulse, un projet innovant d’avion solaire" - THOUZEAU, Claire - Bulletins Electroniques Suède - 16/03/2012 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69472.htm ;
* "Solar Impulse : un projet de planeur solaire" - VAILLE, Claire - Bulletins Electroniques Allemagne - 19/11/2009 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61283.htm ;
* "Recherche et industrie aéronautique en Suisse" - LEFRANCOIS Matthieu, COURBON Leslie, PLADYS Dominique et FILIU-DERLETH Pascal - Rapport d’Ambassade (BE Suisse) - 15/05/2009 - http://www.bulletins-electroniques.com/rapports/smm09_039.htm ;
* "Le premier avion solaire" - NOWOCIEN, Anthony 24/06/2009 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59678.htm
- [4] Voir notamment le "Batteries et Storage Hubs" : http://www.jcesr.org/ et la performance de Tesla Motors, qui a remboursé son prêt de 468 millions de dollars, attribué par le DOE dans le cadre du programme "Advanced Technology Vehicle Manufacturing" en 2010. Voir leur site : https://lpo.energy.gov/projects/tesla-motors/
Code brève
ADIT : 73388

Rédacteurs :


- Sébastien Fischman, sebastien.fischman@ens-cachan.fr ;
- Céline Ramstein, deputy-envt.mst@ambafrance-us.org ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….