Voler sans carburant mais avec les rayons solaires comme unique source d'énergie de propulsion, jusqu'à cinq jours et cinq nuits de suite, avec un seul pilote à bord, le tout pour tenter de réaliser un tour du monde par étapes : c'est l'objectif du Solar Impulse 2 (SI2).
Cet avion solaire à l'envergure plus grande qu'un Boeing 747, mais léger comme une grosse voiture (2,3 tonnes), imaginé par l'aérostier-psychiatre suisse Bertrand Piccard et l'ingénieur-pilote militaire André Borschberg, a été dévoilé, mercredi 9 avril, sur la base militaire de Payerne, en Suisse. Sans être absolument révolutionnaire sur le plan scientifique, il est équipé de diverses technologies les plus novatrices utilisées dans le but d'économiser du poids. L'aile, par exemple, a été entièrement réalisée en fibres de carbone. « Il fallait qu'elle soit plus résistante que celle du premier avion, le HB-SIA, car nous irons un peu plus vite – 90 km/h au maximum, contre 65 km/h avec le prototype – mais aussi proportionnellement plus légère », explique André Borschberg.
En collaboration avec la société North TPT et en s'inspirant de technologies appliquées dans le monde de la voile, l'équipe du chantier Décision SA à Ecublens, d'où sont sortis les catamarans Alinghi pour la Coupe de l'America 2011, a fabriqué 83% des pièces du squelette de l'engin volant en développant des lamelles de fibres de carbone ne pesant que 25 g/m2. En comparaison, une feuille de papier ordinaire pèse 80 g/m2.
CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES ENCAPSULÉES DANS LE TISSU DE L'AILE
Pour former l'aile, « nous avons aposé divers éléments en carbone, et porté l'ensemble à 65 °C sous des serres en plastique similaires à celles des maraîchers, pendant cinq heures, pour uniformiser l'action des colles, raconte André Borschberg. Nous avons été obligés de le faire en trois fois. » L'aile est en effet si longue – 72 m contre 64 m pour le HB-SIA – qu'il était impossible de faire autrement.
Son armature est constituée de 144 nervures oblongues alignées tous les 50 cm, le long du longeron central similaire à une grosse poutre rectangulaire. Un élément qui avait cédé à l'été 2012 lors d'un test de charge, faisant prendre un an de retard au projet. « Nous sommes revenus un peu en arrière, en concevant un longeron plus solide, mais aussi un peu plus lourd », précise le pilote. Et de rappeler que le facteur poids joue un rôle crucial, surtout de nuit, lorsque l'avion ne peut utiliser que l'énergie solaire accumulée durant la journée, et que chaque kilo supplémentaire fait augmenter la consommation de « carburant ».
L'effort d'économie de poids a aussi été réalisé dans la conception des cellules solaires, minces de 135 μm (millièmes de millimètre). Des cellules photovoltaïques dont l'efficacité est à peine meilleure que celles qui équipent le premier prototype mais qui seront plus nombreuses : 17 248 contre 11 628 sur le HB-SIA.
Les cellules ont par ailleurs subi un encapsulage total dans le film transparent en polymère qui constitue le dessus de l'aile. « Durant les longues étapes, nous pourrions avoir à traverser des nuages ou à voler dans une légère pluie », justifie le pilote. Avec le premier avion, les périples avaient en effet lieu par temps dégagé.
Les batteries, ces réservoirs à énergie de l'avion, toujours en lithium-polymère, « sont sensiblement les mêmes que sur le HB-SIA, si ce n'est qu'elles sont un peu meilleures, d'une puissance de 260 Wh/kg contre 220 auparavant, pour un poids total de 633 kg», détaille l'ingénieur.
MOTEURS ÉLECTRIQUES PRESQUE 100% SUISSES
Comme pour la plupart des éléments liés à l'avion, l'équipe de Solar Impulse bénéficie des plus récentes avancées technologiques mises à disposition sur le marché, se reposant sur des entreprises partenaires. C'est ainsi que, de la collaboration avec des PME comme ETEL, à Môtiers, ou Micro-Beam, à Yverdon, sont nés « les moteurs électriques presque 100% suisses » qui feront tourner les hélices de l'engin avec une puissance de 17.4 CV chacun.
Au-delà de la taille impressionnante de l'aéroplane, l'élément le plus imposant est le cockpit. « Il est plus cossu, imposant et spacieux. En baissant le siège, je pourrai faire mon yoga dedans », s'amuse André Borschberg. Durant les étapes de cinq jours (et cinq nuits), le pilote devra en effet pouvoir bouger à sa guise dans cet habitacle. Sur le tableau de bord, des dizaines de boutons et interrupteurs. « Il y a beaucoup de redondance dans les équipements (GPS, radio, etc.) afin de pouvoir se débrouiller dans les situations les plus délicates. »
Et, comme enveloppe, une volumineuse mais légère pièce de mousse isolante solidifiée – toujours cette obsession du poids – qui couvrira la charpente en carbone comme une coque de noix. Sa conception diffère un peu de celle du HB-SIA, sur laquelle la verrière amovible permettait au pilote de s'installer. Dans la nouvelle version, il y aura... une porte latérale. « De quoi, en cas d'urgence, sauter en parachute avec tout le matériel nécessaire : radeau de survie, vivres pour plusieurs jours, etc. Le pare-brise est également fixe pour éviter les infiltrations d'air que nous avons connues avec le premier avion. Car, à 9 000 m d'altitude, il peut faire -45 °C ! », rappelle André Borschberg.
AUTONOMIE QUASI PERPÉTUELLE
Mais, pour prévenir tout accident, l'équipe de Solar Impulse, outre un programme de pilotage automatique, a mis au point un système ingénieux. Si un avion normal peut virer avec ses ailes à 40 degrés, l'inclinaison de celles de l'aéroplane solaire ne pourra dépasser 5 degrés, sous peine de lui faire perdre trop de portance et de le faire partir en vrille. Les pilotes porteront dès lors sur le bras un instrument vibrant lorsque cette limite sera sur le point d'être dépassée.
Leur combinaison « high-tech » sera par ailleurs composée de fibres en nylon « intelligentes », aptes à réguler la température corporelle : lorsqu'il fait froid, ces fibres rédistribuent vers la peau la chaleur glanée du rayonnement infrarouge ambiant et elles empêchent également un excès de sudation lorsque le mercure augmentera fortement.
Car des différences de températures, dues essentiellement aux altitudes de vol très variables, le SI2 en connaîtra sur le parcours du périple, qu'ont également dévoilé ses concepteurs : « La tentative du premier tour du monde en avion solaire devrait débuter en mars 2015 depuis la région du golfe Persique, détaille le dossier de presse. Puis Solar Impulse traversera successivement la mer d'Arabie, l'Inde, la Birmanie, la Chine, le Pacifique, les Etats-Unis, l'Atlantique, l'Europe du Sud et l'Afrique du Nord, pour boucler la boucle en rejoignant son point de départ. » Des escales se feront pour changer de pilote.
« Avec les huit records du monde du HB-SIA, le premier avion solaire capable de voler de nuit, de relier deux continents et de traverser les Etats-Unis, nous avons montré que les technologies propres et les énergies renouvelables permettent d'accomplir l'impossible », se réjouit Bertrand Piccard, initiateur et président de Solar Impulse, cité dans le communiqué. « Il s'agit maintenant d'aller encore plus loin, ajoute son cofondateur André Borschberg. SI2 aura une autonomie quasi perpétuelle, et il s'agit maintenant de rendre le pilote aussi durable que son avion. C'est pourquoi le tour du monde sera une aventure humaine autant que technologique. »
Avant cela, il s'agira d'abord de faire voler SI2 : les premiers essais auront lieu en mai 2014, à Payerne.
