VOLS VIRTUELS

PROGRAMME PÉDAGOGIQUE – FICHE 7
VOLS VIRTUELS
Parallèlement au travail des différentes équipes chargées de la
construction du prototype HB-SIA, les spécialistes de l’équipe
Mission se sont concentrés sur la préparation des vols. Pour
prévoir le comportement du futur avion, et calculer les itinéraires
les mieux adaptés à ses caractéristiques, il était indispensable
de simuler le vol réel. Une telle simulation se fait à l’aide
d’algorithmes extrêmement complexes, en intégrant de très
nombreux paramètres.
Plusieurs simulations ont été réalisées en 2005 et 2006, alors
que l’avion était en phase de conception. Elles ont permis de
valider la configuration prévue, telle que la surface de l’aile, ou
la masse des batteries. De même, le profil de vol, qui concerne
notamment l’altitude maximale et la durée du vol nocturne a été
affiné. Enfin, l’équipe des météorologues a pu évaluer sa propre
capacité à produire des modèles fiables.
Le Solar Impulse étant un avion sans précédent, l’analyse de
ses caractéristiques de vol a nécessité des simulations de plus
en plus complexes. En mai 2007, grâce à un logiciel développé
en partenariat avec les ingénieurs du groupe Altran, le Solar
Impulse a réalisé un vol virtuel correspondant à l’une des cinq
étapes du tour du monde, entre Hawaï et la Floride. Comme
pour un vol réel, les membres de l’équipe se sont mobilisés 24 h
sur 24 h autour des ordinateurs, pour analyser les informations
météorologiques et adapter la route de l’avion en conséquence.
Le principal défi que doit relever l’équipe Mission est en effet de
maintenir l’avion dans des zones de ciel dégagé, afin de capter
le maximum d’énergie solaire.
Une année plus tard, en avril 2008, le vol virtuel de Solar
Impulse s’est effectué à l’aide d’un simulateur totalement inédit.
Réalisé avec Dassault et l’EPFL, ce simulateur comprend un
cockpit identique à celui du prototype, d’un volume de 1,3 m3,
avec tous les instruments de bord. Disposés sur 210° autour du
cockpit, cinq écrans donnent une vision panoramique de la terre
et du ciel.
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Equipés et harnachés comme dans la réalité, avec une réserve
de nourriture et les accessoires destinés à satisfaire leurs
besoins naturels, Bertrand Piccard et André Borschberg se sont
succédé aux commandes. En liaison constante avec l’équipe
Mission, ils ont chacun réalisé un vol virtuel de 25 heures.
Chaque manœuvre, depuis le moment du décollage jusqu’à
l’atterrissage était simulée sur l’écran. De même que la variation
de la lumière, depuis le plein jour jusqu’à la nuit, avec le
spectacle de villes illuminées, puis l’apparition de l’aube. Aux
commandes, le sentiment de réalité était si fort que Bertrand
Piccard a résumé l’expérience en disant ceci : « Je suis entré
dans un simulateur et je suis ressorti d’un avion ».
Ce vol virtuel a permis aux pilotes d’éprouver leurs facultés
d’adaptation et de résistance. Vivre de façon presque immobile
dans un espace aussi exigu, tout en gardant une concentration
suffisante pendant une aussi longue période, nécessite une
préparation spéciale. Bertrand Piccard et André Borschberg
sont tous deux suivis par le Dr Jean-Pierre Boss, du groupe
médical Hirslanden, partenaire du projet Solar Impulse.
Pour cette simulation, les pilotes portaient des capteurs à même
la peau, qui mesuraient en permanence plusieurs facteurs
physiologiques, tels que rythmes cardiaque et respiratoire ainsi
que température corporelle. Parmi tous les défis que représente
pour les pilotes une telle expérience, la gestion de la fatigue
n’est pas le moindre. Il leur a fallu apprendre un mode de repos
compatible avec le pilotage continu. Chacun a eu recours a sa
propre expérience : l’auto-hypnose pour Bertrand Piccard, le
yoga pour André Borschberg. Lorsque les conditions de vol le
leur permettaient, ils s’accordaient des phases de sommeil de
10 à 15 minutes. En cas d’inclinaison trop grande de l’avion, un
manchon vibreur connecté avec l’instrument Omega les alertait.
Ce dispositif fait partie de l’interface homme-machine développé
par l’EPFL, pour assister le pilote lors du vol.
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Lors de ce vol virtuel, les pilotes ont pu également se familiariser
avec l’enveloppe de vol, c’est-à-dire l’ensemble des
comportements et des limites de l’avion. Les caractéristiques
aérodynamiques du HB-SIA, et son fonctionnement à l’énergie
solaire en font un avion unique. Le pilote doit surveiller la
production, la consommation et le stockage de l’énergie. Au
lever du jour, dès que le rayonnement solaire est suffisamment
fort, l’avion peut gagner en altitude. Le plafond du HB-SIA est à
8500 m. À cette altitude, le rayonnement solaire plus intense
garantit
un
fonctionnement
optimal
du
générateur
photovoltaïque. Au contraire, pendant la nuit, le pilote redescend
progressivement jusqu’à 1500 m. À basse altitude, l’air est plus
dense. Cela signifie que l’avion a besoin de moins d’énergie
pour rester en vol. Les moteurs peuvent alors fonctionner grâce
à l’électricité stockée dans les batteries.
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L’ASSEMBLAGE FINAL
Parallèlement, les sous-systèmes, comme le train
d’atterrissage et les éléments de contrôle de vol ont été
réalisés et soumis à des évaluations. Fixées tout le long du
longeron, 120 nervures en forme de grandes raquettes
constituent le profil de l’aile. Les cellules photovoltaïques
encapsulées dans un film ultra fin ont été collées sur les
nervures de l’aile et du stabilisateur horizontal. L’aile a été
jointe au fuselage. Les quatre gondoles, avec les moteurs et
les batteries ont été mises en place, puis les hélices montées.
L’électronique de bord a été intégrée. Le 4 juin 2009, pour la
première fois, les quatre moteurs tournent ensemble à pleine
puissance. Moins de 6 ans après le lancement officiel du
projet, la construction du HB-SIA est achevée. L’avion solaire
est présenté le 26 juin 2009, à Dübendorf, devant 800 invités,
représentants des médias et du monde politique.
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