Mise en page 1 - Solar Impulse

UN SYMBOLE EN CONSTRUCTION
Avant d’être aérienne, l’aventure est technologique. La réalité
correspondra-t-elle aux attentes? A une époque où les progrès
sont si rapides, l’équipe d’ingénieurs aurait pu continuer sans fin
à améliorer le concept. Il a fallu de l’audace et de la confiance
dans les projections pour figer le design et lancer la construction.
L’action s’est aujourd’hui déplacée des simulations numériques
à la halle de montage, véritable laboratoire d’expérimentation
où se cachent les secrets de fabrication de Solar Impulse. C’est
le moment d’entrer dans le monde du concret, de découvrir des
visages d’ingénieurs imaginatifs, de techniciens astucieux, de
bricoleurs de génie, d’experts atypiques, et de comprendre les
grands principes qui permettront de voler sans carburant.
La question énergétique conditionne l’ensemble du projet, des dimensions de la structure
aux contraintes extrêmes de masse. A midi, chaque m2 de surface terrestre reçoit l’équivalent
de 1000 Watts, soit 1.3 CV de puissance lumineuse. Répartie sur 24 heures, l’énergie du soleil
ne fournit qu’une moyenne de 250 W/m2. Avec 200 m2 de cellules photovoltaïques et 12%
de rendement total de la chaîne de propulsion, la puissance moyenne produite par les moteurs
de l’avion n’atteint plus que 8 CV ou 6 KW. C’est à peu de chose près ce dont disposaient
les frères Wright en 1903 lorsqu’ils ont réalisé le premier vol motorisé. Et c’est avec
cette énergie-là, optimisée du panneau solaire à l’hélice par le travail de toute une équipe,
que Solar Impulse ambitionne de voler jour et nuit sans carburant!
SOLAR IMPULSE, L’AVION ZÉRO CARBURANT
RESSOURCES HUMAINES
RESSOURCES ÉNERGÉTIQUES
RENDEMENT ET CAPACITÉ DE STOCKAGE
La construction du prototype résulte
d’une intense collaboration entre
l’équipe Solar Impulse chargée du
design de l’avion et les différents
partenaires tels que fournisseurs de
matériaux et fabricants des composants. Ce n’est qu’en confrontant les
exigences et en explorant le potentiel
de chacun que des solutions inédites
dans le domaine aéronautique ont
pu apparaître. Au final, 50 collaborateurs épaulés par plus d’une centaine
d’experts et de conseillers afin de
créer une synergie explosive…
Autant de formes d’énergie à gérer
que de phénomènes de conversion
à comprendre et à optimiser:
• lumineuse dans le rayonnement
solaire
• électrique au niveau des cellules
photovoltaïques, des batteries
et des moteurs
• chimique dans les batteries
• potentielle quand l’avion prend
de l’altitude
• mécanique via le système
de propulsion
• cinétique lorsque l’avion prend
de la vitesse
• thermique pour toutes les pertes
(frottements, échauffement…) que
l’on cherche à minimiser à tout prix
Les 12000 cellules photovoltaïques en
silicium monocristallin de 130 microns
d’épaisseur ont été sélectionnées pour
leur capacité à combiner légèreté
et rendement. Leur efficacité aurait pu
être encore meilleure, à l’instar des
panneaux utilisés dans l’espace, mais
leur poids aurait alors été beaucoup
trop élevé, pénalisant l’avion pendant
le vol de nuit. Cette phase étant la plus
critique, la contrainte majeure du
projet se situe aujourd’hui au niveau
des batteries. Encore lourdes, celles-ci
obligent à réduire drastiquement
le poids du reste de l’avion, à optimiser
toute la chaîne énergétique et
à maximiser le rendement aérodynamique par un grand allongement et
un profil d’aile conçu pour les basses
vitesses. Avec une densité énergétique
de 200 Wh/kg, la masse d’accumulateurs nécessaire pour un vol de nuit
se monte à 400 kg, soit plus du ¼ de
la masse totale de l’avion.
L’INTELLIGENCE CENTRALE
SYSTÈME DE PROPULSION
STRUCTURE ET MATÉRIAUX
Le système informatique embarqué
récolte et analyse des centaines
de paramètres utiles à la gestion du
vol. Il offre au pilote des informations
interprétables pour les prises de
décision, transmet les données les
plus importantes à l’équipe de sol
et surtout fournit aux moteurs la puissance optimale compte tenu de la
configuration de vol et de l’état de
charge et de décharge des batteries.
L’avion devient, dès lors, capable de
corriger et donc de minimiser par
lui-même sa consommation d’énergie.
Sous les ailes sont disposées 4 nacelles contenant chacune un moteur,
une batterie au lithium polymère
constituée de 70 accumulateurs et
d’un système de gestion contrôlant
le seuil de charge et de température.
L’isolation thermique est conçue pour
conserver la chaleur dégagée par les
batteries et leur permettre ainsi de
fonctionner malgré les -40°C rencontrés à 8500 mètres. Chaque moteur a
une puissance de pointe de 10CV et est
muni d’un réducteur limitant à 200-400
tours/minute la rotation d’une hélice
bipale de 3,5 mètres de diamètre.
Atteindre 61m d’envergure pour
1500 kg tout équipé est un défi jamais
réalisé à ce jour en termes de rigidité,
de légèreté et de contrôlabilité en vol.
Le Solar Impulse est construit autour
d’une sorte d’ossature en matériaux
composites constitués de fibres de
carbone et de nids d’abeilles assemblés en sandwich. L’aile est recouverte
sur l’intrados d’un film flexible et
sur l’extrados d’une peau composée
de cellules solaires encapsulées.
120 nervures en fibres de carbone
réparties tous les 50 cm profilent ces
deux couches pour donner à l’ensemble sa forme aérodynamique.
Les sociétés associant leur nom à Solar Impulse sont davantage
que des sponsors. En plus de leur soutien financier,
elles apportent un savoir-faire spécifique qui s’avère déterminant
pour la réussite du projet.
Le premier partenaire principal à être entré dans l’aventure Solar Impulse
apporte des connaissances inestimables dans la recherche de matériaux et de solutions techniques innovantes, la réplication et la simulation
de leur comportement en conditions extrêmes, et leur évaluation fonctionnelle à travers des batteries de tests. Le Groupe Solvay participe
par exemple aux progrès réalisés dans la technologie d’encapsulation des cellules photovoltaïques. Sa collaboration quotidienne avec
l’équipe technique et avec Décision SA permet également de remplacer la quasi-totalité des pièces métalliques par des matières plastiques
et d’alléger considérablement la structure.
MAIN PARTNER
M
Partageant depuis l’aventure lunaire le même esprit de pionnier que
Solar Impulse, le deuxième partenaire principal, par son appartenance
au Swatch Group, possède une expérience avant-gardiste dépassant le
domaine horloger: voitures électriques et hybrides, miniaturisation,
semi-conducteurs, optimisation de consommation énergétique. Omega
a ainsi imaginé et construit un banc d’essai qui permet d’étudier et d’optimiser la performance de toute la chaîne énergétique du prototype, de
la source jusqu’au moteur, et cela en conditions de température allant
de -40°C à + 55°C.
MAIN PARTNER
M
Dans un projet qui symbolise le but à atteindre en termes d’énergies
renouvelables, le troisième partenaire principal est, pour Solar Impulse,
la porte ouverte sur le monde économique et industriel dont l’implication est fondamentale pour un avenir plus équilibré. Deutsche Bank
fait bénéficier le projet de sa longue expérience en management durable comme en Corporate Social Responsability. Il met également à
disposition des outils de communication pour diffuser les messages de
Solar Impulse, comme par exemple la possibilité de retransmettre des
conférences de presse interactives en direct sur internet et d’éviter ainsi
des déplacements coûteux en énergie et pollution.
MAIN PARTNER
E
ENGINEERING PARTNER
OFFICIAL SCIENTIFIC ADVISOR
S
AERONAUTICAL ADVISOR
A
TM
En tant que partenaire en ingénierie, le groupe ALTRAN, leader du conseil
en innovation, met à disposition de Solar Impulse des moyens humains
et ses expertises pluridisciplinaires (gestion de projet et des risques,
outils de planification et de simulation) et multisectorielles (aéronautique, génie électrique, mécanique et informatique).
Après l’étude de faisabilité menée en 2003, l’Ecole Polytechnique Fédérale
de Lausanne est devenue conseillère scientifique officielle et offre au
projet ses compétences académiques au travers de ses différents laboratoires ainsi que ses infrastructures de tests de matériaux.
En qualité d’avionneur conseil, Dassault Aviation fournit, sur la base de
son expérience aéronautique et de son savoir faire, des avis critiques
et des conseils d’experts sur le développement du prototype. Dassault
Aviation est particulièrement active dans le domaine de la gestion de
l’énergie et des systèmes électriques, des commandes de vol, ainsi que
de la sécurité et la fiabilité des systèmes.
AROUND THE WORLD
IN A SOLAR AIRPLANE
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