Solar Impulse passe le test du vol de nuit

Bertrand Piccard (à gauche) félicite André Borschberg au saut de l’avion. Keystone

Même si c’est une des nuits les plus courtes de l’année, elle aura été la plus longue pour l’engin de Bertrand Piccard et André Borschberg. A l’aube de ce 8 juillet 2010, il est devenu le premier avion solaire du monde à avoir tenu en l’air du coucher au lever du soleil. Atterrissage réussi!

«Pour la première fois, un avion solaire a volé un jour et une nuit d’affilée sans carburant.», Emu, Bertrand Piccard l’a confirmé jeudi à l’aube: «Aujourd’hui, Solar Impulse a démontré que l’exploit est possible». L’appareil, piloté par André Borschberg, a atterri à 09h00 sur l’aérodrome de Payerne dans le canton de Vaud.

Mercredi, le prototype HB-SIA a profité de conditions météorologiques idéales: il s’est élevé jusqu’à 8700 mètres d’altitude pour accumuler l’énergie solaire nécessaire pour traverser la nuit. Durant les premières heures nocturnes, l’avion est redescendu à 1500 m et n’a perdu que peu d’altitude depuis.

L’appareil a passé sa nuit à effectuer plusieurs rondes entre l’aérodrome de Payerne et le lac de Morat, à une vitesse d’environ 50 km/h, afin de préserver le maximum d’énergie.

Objectif tour du monde

Ce vol de nuit représentait une étape cruciale dans l’aventure solaire d’André Borschberg et de Bertrand Piccard, co-fondateur de Solar Impulse. Dans les prochaines semaines, l’avion devrait réaliser un vol de 36 heures, afin de prouver qu’il est virtuellement possible de rester perpétuellement en l’air avec pour seule énergie la puissance des rayons solaires.

A terme, l’objectif est d’accomplir, avec une seconde version, plus légère, de l’avion un tour du monde en 20 à 25 jours et cinq étapes, à partir de 2013.

Mais le but n’est pas de battre des records, ou d’accomplir un voyage de globe-trotter avec la seule énergie solaire, a expliqué Bertrand Piccard, auteur, avec l’aérostier britannique Brian Jones, du premier tour du monde en ballon sans escale en 1999.

Plus qu’une aventure aéronautique

«C’est bien plus que juste une aventure aéronautique, c’est une démonstration technologique de ce que nous pouvons offrir à la société en termes d’énergie renouvelable. Nous voulons promouvoir la mise en œuvre des mêmes technologies dans les voitures, les systèmes de chauffage, les ordinateurs, l’air conditionné, etc.», plaide le «savanturier»

Pour amener le rêve «impossible» à 100 millions de francs de Piccard et Borschberg de la table à dessin dans les airs, il aura fallu sept ans à 50 ingénieurs et techniciens, soutenus par une centaine de scientifiques.

Le défi était de fabriquer un avion plus grand et plus léger que tous ses prédécesseurs, qui puisse décoller et voler de jour comme de nuit, en recourant à la seule puissance solaire.

En 2006, l’équipe présente un projet qui concilie au mieux les exigences de portance, d’aérodynamique et de surface disponible pour les cellules solaires, tout en restant ouvert aux développements technologiques à venir. L’avion ressemble à un planeur, avec une envergure de 63,4 mètres (équivalent à celle d’un gros porteur) et un poids de seulement 1600 kilos (pas plus lourd qu’une petite voiture).

Savoir-faire suisse

Au départ, Bertrand Piccard a cherché aux Etats-Unis les compétences aéronautiques et solaires nécessaires, mais finalement, bon nombre de ses 80 partenaires sont suisses. «Il est rassurant de voir que dans un pays comme le nôtre, nous avons tout pour construire un projet comme celui-ci», se réjouit-il.

Le squelette ultra-léger de l’appareil, ainsi que la cabine et les ailes ont été fabriqués par Decision SA à Ecublens (région lausannoise), un spécialiste des matériaux composites, à qui l’on doit déjà les coques des voiliers Alinghi, en collaboration avec l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

«Au départ, nous ne savions simplement pas comment atteindre les objectifs de poids qui nous étaient fixés, explique Bertrand Cardis, patron de la petite entreprise high-tech. Nous pensions que c’était impossible».

Après une année de tests, Decision a fin par relever la défi, avec une structure de fibre de carbone en nid d’abeille, en plusieurs couches dont chacune ne pèse que 93 grammes au mètre carré.

12’000 cellules solaires

Les 200 m2 de la partie supérieure des ailes sont recouverts d’une «peau» flexible faite de 12’000 cellules solaires en silicium monocristallin, qui ne mesurent pas plus de 150 microns d’épaisseur. Elles ont été développées par SunPower, en collaboration avec l’Université de Neuchâtel.

«Les récents progrès dans la technologie des cellules et des batteries solaires ont été incroyables, note Bertrand Piccard. Comparées avec celles de 2003, les cellules actuelles ont un rendement qui est passé de 16 à 22% et elles sont deux fois plus minces».

S’agissant du stockage de l’énergie, les ingénieurs de Solvay ont créé une électrolyte (substance conductrice) pour aider le fabriquant Kokam à augmenter la densité énergétique de ses batteries au lithium de 150 à 240 watt-heures par kilo.

Les hélices ont quant à elles été dessinées par les meilleurs spécialistes allemands en aérodynamique, et l’entreprise Etel, de Môtiers, dans les montagnes neuchâteloises a construit les quatre moteurs «les plus légers et les plus efficients qui soient». Lesquels ne développement ensemble que la puissance d’un petit scooter.

Pilotage délicat

Solar Impulse n’avance d’ailleurs pas plus vite, entre 43 et 70 kilomètres à l’heure. Il est donc très sensible aux turbulences et aux rafales de vent et vole souvent à la limite de décrochage, ce qui en rend le pilotage particulièrement délicat.

«Cet avion demande beaucoup d’attention. Il n’y a pas de pilote automatique, pas question de se reposer ou de somnoler, explique Claude Nicollier, l’ancien astronaute promu ici directeur des vols. Comme il a des commandes entièrement manuelles et que les mouvements se transmettent par câble, il réagit lentement. C’est une habitude à prendre, alors qu’on a plutôt celle de surcompenser».

Côté instruments, l’horloger Omega a participé (avec l’EPFL) au développement d’un système d’alerte pour le pilote au cas où l’avion s’inclinerait latéralement de plus de 5%. Sa veste se mettrait alors à vibrer et une alarme acoustique résonnerait dans le cockpit.

Deuxième version, mais toujours monoplace

Dans quelques semaines, les équipes de Solar Impulse vont commencé à travailler sur les plans du deuxième avion, celui qui doit faire le tour du monde.

Il devra avoir un autre cockpit, où le pilote puisse rester cinq jours et cinq nuits. Il devra aussi avoir une aérodynamique améliorée, de meilleures performances de vol et un autre train d’atterrissage qui lui permette de se poser n’importe où dans le monde. L’aile, par contre, ne devrait pas changer, selon Claude Nicollier.

Bertrand Piccard et André Borschberg devront se relayer aux commandes de cette machine. Car même à la vitesse où progresse la technologie, un avion de ce type capable d’emmener deux personnes est encore un défi hors d’atteinte.

Simon Bradley, swissinfo.ch
(Traduction et adaptation de l’anglais: Marc-André Miserez)

Famille d’aventuriers

Auguste Piccard (1884-1962), physicien, aéronaute et océanaute: premiers vols dans la stratosphère (dès 1931) où il bat le record du monde en 1932 en atteignant 16’000 m d’altitude et plusieurs plongées dans l’océan (deux fois record du monde).

Jean Piccard (1884-1963), frère jumeau d’Auguste, aéronaute, vols dans la stratosphère.

Jacques Piccard (1922-2008), fils d’Auguste, océanaute, plusieurs plongées dans l’océan avec le Bathyscaphe Trieste. À bord de celui-ci, il bat le record du monde de plongée sous-marine en 1960 en atteignant la profondeur de 10’916 m dans la fosse des Mariannes.

Bertrand Piccard (1958- ), fils de Jacques, médecin psychiatre, aéronaute. Il réalise en 1999, avec le Britannique Briand Jones, le premier tour du monde en ballon sans escale, en 19j 21h 55 min. Un exploit qu’il compte rééditer avec Solar Impulse.

Sept ans de réflexion

L’EPFL, conseiller scientifique de Solar Impulse, a entamé une étude de faisabilité en 2003. Il aura donc fallu sept ans de calculs, de simulations et de tests par une équipe de 70 personnes pour arriver à faire voler l’avion.

La construction du premier prototype a démarré en juin 2007. Le 3 décembre de la même année, Solar Impulse fait son premier «saut de puce» à Dübendorf, près de Zurich. La base est ensuite déplacée à Payerne, dans le canton de Vaud, où les vols d’essai ont lieu dès avril 2010.

L’avion a l’envergure d’un Boeing 747-400 (63,4 mètres), le poids d’une petite voiture (1600 kg, dont 400 pour les batteries) et ses quatre moteurs développent ensemble la même puissance que celui d’un scooter.

Les moteurs sont alimentés par 12’000 cellules solaires, qui tapissent le dessus des ailes et de la gouverne de profondeur (aileron horizontal de l’empennage). Durant la journée, elles servent aussi à charger les batteries au lithium polymère, qui permettent à Solar Impulse de voler de nuit.

L’avion a une charge ailaire [poids divisé par surface des ailes] de 8 kg par mètre carré, soit juste un peu au-dessus de celle d’un parapente. Mais elle est huit mois meilleure que celle du meilleur planeur.

Vitesse au décollage: 35 km/h
Vitesse de croisière: 70 km/h
Altitude maximum: 8’500 mètres

Avions solaires

Si le tour du monde de Piccard et Borschberg est une première, d’autres engins solaires ont déjà pris les airs.

En 1997, la Nasa, l’agence spatiale américaine est parvenue à faire monter son Pathfinder – une aile géante sans pilote – à une altitude de 21’793 mètres grâce à la seule énergie solaire.

En 2001, Helios, autre prototype de la Nasa, également sans pilote, atteint l’altitude de 29’524 mètres – record inofficiel pour un engin solaire. En 2003, il se crashe près d’Hawaii, et l’agence spatiale abandonne le projet.

A ce jour, le seul succès notable de l’aviation solaire est la traversée Paris-Manston (comté de Kent, Angleterre) par Solar Challenger en 1981. Cet avion avec pilote, qui ne disposait même pas de batteries pour stocker l’énergie, a parcouru les 262 km de la traversée en 5 heures et 23 minutes.