L’avion qui doit faire décoller les énergies propres

Test du cockpit en soufflerie en 2013. Solar Impulse peut faire progresser de nombreuses technologies, dans des domaines qui n'ont rien à voir avec l'aviation. Fred Merz/Rezo/SolarImpulse/Polaris

Solar Impulse n’est pas l’avion du futur et n’a jamais prétendu l’être. Comme son nom l’indique, l’aventure de Bertrand Piccard, André Borschberg et ceux qui travaillent avec eux vise à donner des impulsions scientifiques et technologiques. Et les résultats ne sont pas forcément là où on les attend.

Il a l’envergure d’un Boeing 747, le poids d’une voiture et la puissance d’un scooter. Solar ImpulseLien externe ne vole que si la météo le permet et son unique occupant ne peut espérer dépasser 90 km/h. Autant dire que les compagnies aériennes, qui transportent plus de 5 milliardsLien externe d’humains chaque année à des vitesses dix fois supérieures ne sont pas prêtes à convertir leurs flottes au solaire, même si les avions actuels consomment ensemble plus de 11’500 litresLien externe de kérosène chaque seconde.

Bertrand Piccard l’avait dit dès le lancement du projet en 2003 et ne cesse de le répéter depuis: «le but est de développer un symbole fort capable de promouvoir de façon attrayante l’esprit de pionnier et d’innovation, de motiver les gens à se remettre en question pour atteindre des buts ambitieux, en particulier dans le domaine des technologies propres et des énergies renouvelables».

Aller aux limites

Et qui dit innovation et technologie dit Hautes Ecoles. Dès le départ également, Solar Impulse s’est allié à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFLLien externe), dont vingt laboratoires ont planché sur le sujet. «Ce type de projets stimulent la recherche et poussent les gens à aller aux limites, pour créer des choses qui n’existent pas, explique Pascal Vuilliomenet, responsable scientifique des grands partenariats de l’Ecole. Cela permet aussi aux professeurs, aux assistants et aux étudiants de différents labos de travailler ensemble et ainsi de créer des liens qui ne se créeraient pas forcément sans cela. Et puis, ça attire de futurs étudiants potentiels. Par exemple, un lycéen qui ne voit pas bien ce que peut être un ingénieur en matériaux, on peut le lui expliquer avec des exemples concrets».

Un exemple concret sur les matériaux? Solar Impulse devait être à la fois très léger et très solide. Et l’EPFL dispose à deux pas de son campus de deux entreprises de pointe dans les composites: North TPTLien externe fabrique la matière de base, mélange de fibre de carbone et de résines, et Decision SALien externe en fait des structures. «Nous avons deux labos qui ont travaillé à l’optimisation de ces matériaux, raconte Pascal Vuilliomenet. C’est un peu comme en cuisine: selon la pièce à réaliser, il faut cuire à telle température, à telle pression, pendant tant de temps…» Au final, la structure de Solar Impulse est plus légère et plus solide que ce qui se fait couramment. Et les deux entreprises partenaires peuvent utiliser le savoir-faire ainsi acquis pour d’autres fabrications, sur des bateaux, ou des satellites.

Puissance maximum

Les 17’248 cellules solaires qui couvrent les ailes de l’avion n’ont en soi rien de révolutionnaire, si ce n’est que là aussi, il fallait être le plus léger possible. Pas question de les encapsuler dans des plaques de verre, comme cela se fait sur les toits des bâtiments. L’EPFL a donc testé un nouveau plastique très léger, très souple et parfaitement transparent, produit par le géant chimique belge SolvayLien externe, un des partenaires de l’aventure. Et ici aussi, les connaissances acquises sur ce matériau permettront de l’utiliser dans d’autres domaines, comme la construction.

L’autre tour du monde solaire

Un tour du monde à l’énergie solaire? Avant Piccard et Borschberg, d’autres Suisses l’ont fait: l’équipe de Planet SolarLien externe. Sauf qu’ils voguaient sur les mers au lieu de voler dans les airs. Parti le 27 septembre 2010 de Monaco, le bateau a bouclé son périple de plus de 60’000 kilomètres (via les canaux de Suez et de Panama) le 4 mai 2012. Depuis, il écume les sept mers, reconverti en plateforme scientifique et de sensibilisation aux énergies vertes.

«Une différence fondamentale avec Solar Impulse, c’est que l’avion est totalement issu du laboratoire, tout est optimisé, issu de développements très poussés. Alors que pour le bateau, nous avons simplement fait une sélection rigoureuse des composants disponibles, pour montrer que le marché est capable de fournir des produits tout à fait matures, fiables et même abordables financièrement pour faire le tour du monde avec un navire de presque 100 tonnes, et sans une goutte de fuel», explique Pascal Goulpié, directeur et co-fondateur de Planet Solar.

Les deux démarches n’en sont pas moins complémentaires. «Nous œuvrons tous deux à la promotion des énergies renouvelables. Les deux pilotes nous ont fait le plaisir d’être présents à Monaco lors de l’arrivée du tour du monde. Et nous non plus ne pensons pas que Planet Solar soit le bateau du futur, admet Pascal Goulpié. Ce que nous disons, c’est qu’il y a beaucoup d’endroits dans le monde, à terre en particulier, où l’on devrait mettre davantage à contribution l’énergie solaire. Le futur pour moi, c’est une combinaison de différentes énergies, solaire et vent, en complément peut-être d’une énergie fossile».

Au passage, Solvay a également développé de nouveaux composants pour les batteries, qui permettent d’augmenter leur capacité de stockage de 10% et de diminuer leur poids de 2%. Toujours ça de gagné.

Et pour que Solar Impulse puisse utiliser au mieux le peu de puissance dont il dispose, il a fallu optimiser la gestion des flux d’énergie entre les cellules, les batteries et les moteurs. Les labos de l’EPFL ont planché sur la question et transmis leurs résultats au fabriquant neuchâtelois EtelLien externe, qui a ainsi pu développer des moteurs électriques offrant un rendement de 96%. Un record, selon Pascal Vuilliomenet.

Certes, le gain n’est que de quelques points par rapport aux moteurs actuels, mais comme le relève le responsable de l’EPFL, «sans un projet exceptionnel comme Solar Impulse, on n’aurait pas investi les moyens, le temps et l’énergie nécessaires pour réaliser ce gain, et ensuite l’étendre à tout le marché. Et même s’il est minime, il est intéressant quand même. C’est une autre brique de connaissance qui sera disponible pour utilisation dans d’autres registres, peut-être plus larges que l’aviation, et donc, avec des retombées beaucoup plus importantes».

Des retombées parfois inattendues: ainsi, le géant suisse des ascenseurs, escaliers et trottoirs roulants SchindlerLien externe, autre partenaire de Solar Impulse, vient de lancer son premier ascenseur solaire, dont la gestion de l’énergie est directement inspirée de la collaboration avec les équipes de Bertrand Piccard et les labos de l’EPFL.

Votre attention, s’il vous plaît!

Egalement partenaire de l’aventure, la marque horlogère suisse OMEGALien externe a quant à elle développé un convertisseur pour alimenter l’électronique du cockpit (qui fonctionne à un voltage plus faible que les moteurs) qu’elle présente comme «plus léger, plus compact et plus efficace que d’autres produits similaires disponibles sur le marché».

Dans le cockpit toujours, une attention particulière est portée à l’état de forme du pilote, qui doit rester aux commandes parfois plusieurs jours et plusieurs nuits d’affilée, sans dormir plus que par périodes de 20 minutes. «Ils ont des capteurs de respiration, de rythme cardiaque, d’activité cérébrale et des caméras qui surveillent les mouvements des yeux et les muscles du menton, explique Emmanuel Barraud, porte-parole de l’EPFL. Ce qu’il y a de nouveau ici, c’est qu’on a développé un micro-ordinateur très léger et très peu gourmand en énergie qui combine les données pour pouvoir dire avec certitude si le pilote est en train de s’endormir».

S’il cligne des yeux, ce peut être un simple effet du soleil ou de la sécheresse, mais si en plus le menton se relâche et que le cœur ralentit, alors c’est sûr qu’il est en train de s’endormir. Et la machine déclenche l’alarme. «Cette technologie pourrait servir pour l’automobile, avance Emmanuel Barraud. Il est clair qu’on ne va pas mettre un casque à électrodes chaque fois qu’on prend le volant, mais rien qu’avec les yeux, on arrive à avoir des éléments très intéressants sur l’état d’endormissement d’un conducteur».

Automobile, construction, cellules solaires, bateaux, satellites, ascenseurs, batteries, moteurs électriques, informatique: on le voit, Solar Impulse peut potentiellement aider à faire avancer de nombreux domaines. A part celui de l’aviation…