Solar Impulse

Solar Impulse est le premier avion à avoir effectué un tour du monde sans carburant ni émission polluante pendant le vol.

Solar Impulse
Création
Fondateurs Bertrand Piccard, André Borschberg,
Luiggino Torrigiani et Brian Jones
Personnages clés Bertrand Piccard et André Borschberg (pilotes)
Forme juridique Société anonyme
Siège social Lausanne
 Suisse
Activité Aéronautique
Produits Avion solaire monoplace
Effectif 70 (en 2012)
Site web www.solarimpulse.com
Chiffre d'affaires CHF 100 millions (budget)
soit 96 millions d'euros

Appareil monoplace à moteurs électriques alimentés uniquement par l'énergie solaire, le prototype Solar Impulse 1 (HB-SIA) puis l'avion final Solar Impulse 2 (HB-SIB) ont été construits à partir de 2003 à l'initiative des Suisses Bertrand Piccard et André Borschberg, à l'École polytechnique fédérale de Lausanne. Double défi : aucun avion solaire avec un pilote à bord n'avait jusqu'ici réussi à voler durant une nuit complète. Et la conduite de Solar Impulse nécessite une grande vigilance de la part du pilote en l'absence de pilote automatique.

Solar Impulse 2 décolle le d'Abou Dabi avec des escales pour changer de pilote et présenter l’aventure au public ainsi qu'aux autorités politiques et scientifiques. Il achève avec succès son tour du monde le , en atterrissant à Abou Dabi après avoir parcouru 43 041 km en 17 étapes uniquement grâce à l'énergie solaire[1].

Organisation

Le projet est initié par :

Lancé en 2003, il fonctionne avec une équipe de 70 personnes en 2012, puis de 150 personnes environ en .

La réalisation du projet est aussi assurée par une centaine de partenaires, instituts de recherche et PME :

L'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) est sa conseillère scientifique officielle, le groupe Altran et Dassault Aviation ses consultants aéronautiques.

Solar Impulse bénéficie également depuis du parrainage de la Commission européenne. L'avion a été décrit dans divers ouvrages universitaires[2].

Technologie

La démarche de Solar Impulse est à la fois scientifique et technologique, par toutes les recherches qu’elle implique. Ce défi technologique est aussi celui d'une innovation industrielle, sans parler de la prouesse sportive réalisée par les pilotes.

Le Solar Impulse est fondé sur des technologies devenues matures au début du XXIe siècle, comme les cellules photovoltaïques, les batteries au lithium-polymère et les matériaux ultra léger en fibre de carbone. Pour que le projet aboutisse, chaque élément de l'avion a été conçu et optimisé pour réduire la masse de l'avion, augmenter son aérodynamisme, réduire sa consommation d'énergie et maximiser le rendement des cellules photovoltaïques[3],[4],[5].

Bien que ces avions puissent fonctionner sans source d'énergie extérieure, leurs développement, fabrication et maintenance font appel à des énergies fossiles. De plus les faibles performances en termes de charge utile et vitesse des avions solaires rendent les applications pratiques peu probables dans un futur proche.

  • Système de propulsion : Sous les ailes sont fixées quatre nacelles, contenant chacune un moteur électrique conçu par la société ETEL, une batterie de 70 accumulateurs, un système de gestion de la charge/décharge (BMS) et de la température. L'isolation thermique a été conçue pour conserver la chaleur produite par les batteries et garantir leur fonctionnement malgré les températures de l'ordre de −40 °C rencontrées à 8 500 m. Chaque moteur a une puissance maximale de 7,35 kW (10 ch). Les hélices bipales, de 3,50 m de diamètre, tournent à une vitesse de 200 à 400 tr/min.
  • Énergie solaire : Les 17 248 cellules photovoltaïques en silicium monocristallin sont ultrafines (166 µm)[réf. souhaitée]. Elles ont été sélectionnées pour leur rapport optimal[réf. souhaitée] poids/rendement. L’énergie contenue dans les batteries et l'énergie emmagasinée en prenant de l'altitude durent jusqu’au lever du Soleil et permettent à l’avion de poursuivre sa mission[6].
  • Capacité de stockage: Avec une densité énergétique de 200 Wh/kg en 2012 (260 en 2015), les accumulateurs nécessaires pour le vol de nuit pèsent 400 kg (plus du quart de la masse totale de l'avion). Ce paramètre oblige à réduire drastiquement la masse 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.
  • Autonomie : L'autonomie de vol de l'avion Solar Impulse est théoriquement perpétuelle. Elle est néanmoins contrainte par son pilote : nécessité d'emporter des vivres (eau, nourriture) de l'oxygène pour respirer dans les plus hautes altitudes, et le cumul de fatigue (5 jours de vol) alors qu'une inclinaison de 5° de l'assiette de l'avion risque sa chute. Elle est également contrainte par la météo : Solar Impulse doit éviter au maximum les nuages, la pluie, les turbulences, et sa faible vitesse 62 km/h ne lui permet pas de lutter contre un vent contraire. Des conditions météo particulières sont donc requises.
  • Pilotage : Aucun avion solaire avec un pilote à bord n'avait réussi à passer une nuit en vol et, en l'absence de pilote automatique, la conduite de l'appareil nécessite une grande vigilance de la part du pilote. Le prototype ne peut pas effectuer un virage avec une inclinaison supérieure à 5°, du fait de sa très grande envergure et de sa faible vitesse. Si tel était le cas, la voilure pourrait décrocher et la situation serait irrécupérable[7]. André Borschberg précise qu'il "ne se pilote ni comme un avion traditionnel, ni comme un planeur et est difficilement manœuvrable"[8]. L'avion doit éviter au maximum les nuages, la pluie, les turbulences, et sa faible vitesse 62 km/h ne lui permet pas de lutter contre un vent moyen[9].

Solar Impulse 1 (HB-SIA)
Prise de vue de l'avion prototype dévoilé le à Dübendorf.

Le prototype du premier avion, HB-SIA, pèse 1 600 kg pour une envergure de 63,4 m. Dépourvu de cabine pressurisée, il a pour mission de vérifier par l’expérience les hypothèses de travail ainsi que de valider la sélection des technologies et procédés de construction.

Cockpit du prototype Solar Impulse HB-SIA.

Des capteurs solaires aux hélices, la chaîne de propulsion de Solar Impulse est optimisée pour avoir le rendement le plus élevé possible. Son design a été pensé pour résister aux conditions hostiles que subissent les matériaux et le pilote en haute altitude, en intégrant les contraintes de poids aux impératifs de résistance.

Caractéristiques du prototype[10]
Immatriculation HB-SIA
Avion Prototype
Envergure 63,40 m[11]
Longueur 21,85 m
Hauteur 6,40 m
Masse 1 600 kg
Motorisation 4 moteurs électriques de 10 ch chacun
Cellules photovoltaïques (nombre) 11 628 : (10 748 sur l’aile, 880 sur le stabilisateur horizontal)
  • Rendement : ?
  • Surface totale : ?
  • Production totale maximale par beau temps : ?
Vitesse moyenne 70 km/h
Plafond 8 500 m (Altitude maximale 12 000 m, soit 39 000 pieds[12])
Date de présentation publique

Solar Impulse 2 (HB-SIB)
Solar Impulse SI2 à Payerne le 13 novembre 2014.

À partir de 2012, réalisation d'un deuxième avion, immatriculé HB-SIB. Ce dernier n'a pas de cabine pressurisée mais les pilotes pourront s'allonger complètement[13] et pourront effectuer des missions de longue durée, des traversées sans escale d'un continent et de l'océan Atlantique.

L'appareil, baptisé SI2 et immatriculé HB-SIB, reprend les caractéristiques du prototype, avec des dimensions un peu plus grandes, et reste monoplace, et non biplace comme il avait un temps été envisagé.

Caractéristiques du HB-SIB, l'avion du tour du monde[14]
Immatriculation HB-SIB
Avion Version définitive
Envergure 72,30 m[15]
Longueur 22,40 m
Hauteur 6,37 m
Masse 2 300 kg
Motorisation 4 moteurs électriques de 17,5 ch chacun
Cellules photovoltaïques (nombre) 17 248 :
  • Rendement : 22,7 % ;
  • Surface totale : 269,5 mètres carrés
  • Production totale maximale par beau temps : 340 kWh
Vitesse de décollage : 35 km/h
Vitesse de croisière : 90 km/h de jour, 60 km/h de nuit
Plafond 9 000 m
Date de présentation publique

Étapes du projet
Solar Impulse (HB-SIA) décolle pour la première fois le à Dübendorf.
  • 1999 : premières réflexions de Bertrand Piccard sur le projet Solar Impulse.
  • 2003 : rencontre avec André Borschberg, un des deux pilotes, et Éric Freymond, directeur de Semper Gestion (en) et premier investisseur du projet[16] ; étude de faisabilité à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et annonce du défi, soit le tour du Monde à l'énergie solaire en 2009[17].
  • 2004-2006 : développement du concept.
  • 2007-2008 : conception et fabrication du prototype immatriculé HB-SIA (Hotel Bravo Sierra India Alpha, HB faisant référence au préfixe d’immatriculation aéronautique de la Suisse, et les lettres SI correspondent à l'abréviation de Solar Impulse).
  •  : présentation du premier prototype de Solar Impulse HB-SIA à Dübendorf.
  •  : premier vol d'essai de 87 min à l'aérodrome militaire de Payerne.
  • du 7 au  : premier vol de 26 h 9 min sans interruption (vitesse moyenne de 23 nœuds, altitude maximum 28 000 pieds), incluant une nuit entière[18].
  •  : premier vol international du HB-SIA entre l'aérodrome militaire de Payerne (Suisse) et l’aéroport de Bruxelles (Belgique). Piloté par André Borschberg, l'avion a parcouru 630 km durant 13 heures, à la vitesse moyenne d'environ 50 km/h et à une altitude d'environ 12 000 pieds[19].
  •  : invité au Salon international de l'aéronautique et de l'espace de Paris-Le Bourget, Solar Impulse a rejoint l'aéroport Paris-Le Bourget, en ayant au préalable chargé ses batteries avec le courant industriel belge. Piloté par André Borschberg, l'avion a décollé de Bruxelles à 5 h 5. Après 16 h 5 min de vol, l'avion a atterri à l'aéroport du Bourget à 21 h 15.
  • 2012-2013 : construction du deuxième prototype Solar Impulse 2 immatriculé HB-SIB (Hotel Bravo Sierra India Bravo).
  • Du 21 au , André Borschberg effectue un vol de 72 heures dans un simulateur grandeur nature pour préparer le tour du monde[20].
  •  : André Borschberg, à bord de Solar Impulse 1 HB-SIA, relie Payerne à Madrid-Barajas en 17 h 3 min.
  •  : Bertrand Piccard poursuit vers Rabat, où il atterrit sur l'aéroport de Rabat-Salé après 18 h 30 min de vol.
  •  : après un premier essai (), André Borschberg a finalement rallié la destination finale de cette mission, l'aéroport de Ouarzazate, où a été inaugurée la centrale solaire Noor développée par l'Agence marocaine de l'énergie solaire (MASEN).
  •  : Bertrand Piccard accomplit la première étape de la mission Across America, un vol de dix-huit heures de San Francisco à Phoenix.
  •  : Solar Impulse 1 (HB-SIA) réalise la dernière étape de la traversée des États-Unis d'ouest en est, Washington – New York. C'est aussi le dernier vol de Solar impulse 1 (HB-SIA), qui est mis à la retraite à partir de ce jour-là ; il sera démonté et rapatrié par avion cargo en Suisse à Dubendorf. Solar Impulse (HB-SIA) a ainsi plus de 400 heures de vol à son actif.
  •  : André Borschberg, le pilote de Solar Impulse, s'abîme avec son hélicoptère Robinson R44 sur le glacier du Brenay (en) à Arolla, dans le val d'Hérens (Valais, Suisse). Il s'en sort miraculeusement indemne[21].
  • 2014 : le premier avion Solar Impulse 1 (HB-SIA) est mis en vente, le sponsor Solvay le rachète.
  •  : Solar Impulse 1 (HB-SIA) est exposé à la Cité des sciences et de l'industrie à Paris.
  •  : Solar Impulse 2 (HB-SIB) est livré en pièces détachées par camion à l'aérodrome de Payerne ; le premier convoi arrive à 16 h dans le hangar.
  •  : la présentation officielle du second prototype Solar Impulse 2 (HB-SIB) a lieu à l'aérodrome militaire de Payerne en Suisse.
  •  : Solar Impulse 2 réalise son premier vol d'essai sur la base militaire de Payerne en Suisse ; au pilotage se trouve Markus Scherdel, pilote d'essai allemand, qui a réalisé les premiers vols de Solar Impulse 1 (HB-SIA).
  •  : Solar Impulse 2 décolle à 16 h 11 après avoir attendu que la brume sur la plaine de la Broye se dissipe. Bertrand Piccard est aux commandes pour la seconde fois ; une heure plus tard c'est le retour car la brume se réinstalle sur la base aérienne de Payerne. Une vingtaine de personnes sont présentes sur le monticule qui jouxte la piste[réf. nécessaire].

Réalisation du Tour du monde
Trajet Date départ Date arrivée Départ Destination Distance Temps de vol Vitesse moyenne Pilote
1 03:12 GMT 16:14 GMT[22] Abou Dabi, ÉAU Mascate, Oman 733 km 13 h 2 min 56,3 km/h André Borschberg
2 02:35 GMT 17:55 GMT[23] Mascate, Oman Ahmedabad, Inde 1 434 km 15 h 20 min 93,5 km/h Bertrand Piccard
3 01:48 GMT 15:03 GMT Ahmedabad, Inde Varanasi, Inde 1 170 km 13 h 15 min 89,43 km/h André Borschberg
4 23:32 GMT 13:21 GMT Varanasi, Inde Mandalay, Birmanie 1 536 km 13 h 29 min 103,9 km/h Bertrand Piccard
5 21:06 GMT 17:35 GMT[24] Mandalay, Birmanie Chongqing, Chine 1 450 km 20 h 29 min 70,8 km/h Bertrand Piccard
6 22:06 GMT 15:28 GMT Chongqing, Chine Nankin, Chine 1 241 km 17 h 22 min 71,46 km/h Bertrand Piccard
7 18:41 GMT 14:49 GMT Nankin, Chine Nagoya, Japon 2 852 km 44 h 9 min 64,6 km/h André Borschberg
8 18:03 GMT 15:54 GMT Nagoya, Japon Hawaï, É.-U. 7 212 km 117 h 52 min 61,19 km/h André Borschberg
9 16:15 GMT[25][source insuffisante] 06:44 GMT Honolulu, Hawaï, É.-U. San Francisco[26][source insuffisante], Californie, É.-U. 4 707 km 62 h 29 min 75 km/h Bertrand Piccard
10 12:03 GMT[27][source insuffisante] 05:55 GMT San Francisco, Californie, É.-U. Phoenix, Arizona, É.-U. 1 113 km 15 h 52 min 70,14 km/h André Borschberg
11 10:05 GMT[28][source insuffisante] 04:15 GMT Phoenix, Arizona, É.-U. Tulsa, Oklahoma, É.-U. 1 570 km 18 h 10 min 86,42 km/h Bertrand Piccard
12 09:22 GMT[29][source insuffisante] 01:56 GMT Tulsa, Oklahoma, É.-U. Dayton, Ohio, É.-U. 1 113 km 16 h 34 min 67,18 km/h André Borschberg
13 08:00 GMT[30][source insuffisante] 00:49 GMT Dayton, Ohio, É.-U. Lehigh Valley, Pennsylvanie, É.-U. 1 044 km 16 h 47 min 62,20 km/h Bertrand Piccard
14 03:18 GMT[31][source insuffisante] 07:59 GMT Lehigh Valley, Pennsylvanie, É.-U. New York, New York, É.-U. 265 km 4 h 41 min 56,59 km/h André Borschberg
15 06:30 UTC[32][source insuffisante] 05:38 UTC New York, New York, É.-U. Séville, Espagne 6 765 km 71 h 8 min 88,1 km/h Bertrand Piccard
16 04:20 UTC[33][source insuffisante] 07:10 UTC Séville, Espagne Le Caire, Égypte 3 745 km 50 h 50 min 73,5 km/h André Borschberg
17 23:28 UTC[34][source insuffisante] 00:05 UTC Le Caire, Égypte Abou Dabi, ÉAU 2 694 km 48 h 37 min 55,5 km/h Bertrand Piccard

Détails :

  • / : tentative de tour du monde en plusieurs étapes de Solar Impulse 2[35] décollant puis atterissant depuis Abou Dabi après un tour du monde, prévoyant de l'accomplir en cinq mois environ dont vingt-cinq jours de vol effectif.
  •  : interruption de la mission à cause d'une panne sur ses batteries[36].
  •  : après avoir été immobilisé pendant huit mois à Hawaï[37], l'avion reprend son tour du monde pour rallier la côte ouest des États-Unis[38].
  •  : Solar Impulse 2 a bouclé la traversée du Pacifique et s'est posé sur la base aérienne de Moffett, au sud de San Francisco, en Californie juste avant minuit, heure locale (7 h 0 GMT), trois jours après son décollage jeudi d’Hawaï.
  •  : Solar Impulse 2 a réalisé sa première étape américaine. Il survole la Californie du nord au sud, tangeante plus de 22 600 ft (6 899 mètres) au-dessus du village historique de Pioneertown, haut-lieu de tournages de westerns, dans les années 1940, avant d'arriver à Phoenix (Arizona).
  •  : au terme d’un périple de 6 272 kilomètres au-dessus de l’océan Atlantique, l’avion Solar Impulse 2 a atterri jeudi à Séville, dans le Sud de l’Espagne[39].
  • Du 11 au  : André Borschberg vole de Séville au Caire, en survolant les Pyramides avant d'atterrir.
  • Enfin, le  : Bertrand Piccard décolle du Caire pour la dernière étape. Il atterrit à Abou Dhabi le vers 0 h 5 UTC (4 h 5 à Abou Dhabi), achevant ainsi le premier tour du Monde en avion propulsé uniquement par l'énergie solaire.

Autres projets
  • Solar Impulse 3 est un projet qui pourrait prendre la forme d’un tour du monde cette fois sans escale, ou avec deux personnes à son bord au lieu d’une[40].
  • Solar Ship est un avion cargo dont les ailes sont gonflées à l'hélium est en cours de réalisation. Propulsé grâce à l'énergie solaire à l'image de Solar Impulse, il serait capable de transporter 10 tonnes de fret et de se déplacer à une vitesse de 100 km/h. À terme, il pourrait notamment être utilisé dans le secteur de l'aide humanitaire[41].
  • SolarStratos est un projet d'un avion solaire biplace destiné à battre un record d'altitude, à plus de 25 000 m, jamais réalisé avec un avion à propulsion classique.

Notes et références
  1. « Solar Impulse 2 termine avec succès un tour du monde historique », sur Le Point, .
  2. « L’énergie solaire après Fukushima, la nouvelle donne (Medicilline 2011), Louis Boisgibault », sur Les Échos, .
  3. (en) « Solar Impulse - Around the World to Promote Clean Technologies », sur www.solarimpulse.com (consulté le ).
  4. « Solar Impulse 2 : « Ce que nous pouvons faire en vol, tout le monde peut le faire au sol » », sur Futuremag (consulté le ).
  5. Livre de Robert Kandel (en) « Turning the Tide on Climate Change ».
  6. Bertrand Piccard, « L'avion Solar Impulse : le prototype HB-SIA et le SI2 », sur Futura (consulté le ).
  7. « Du bout des doigts ; Solar Impulse », Air & Cosmos,‎ (ISSN 1240-3113).
  8. « Le Solar impulse a achevé son périple », sur Maxisciences, (consulté le ).
  9. « Les performances », sur Le Solar Impulse 2, un avion pas comme les autres ..., (consulté le ).
  10. Solar Impulse: challenge « Copie archivée » (version du 7 août 2018 sur l'Internet Archive).
  11. Envergure comparable à celle de l'Airbus A340-500.
  12. (en) « Solar Impulse: Around the World in a 100% Sun-powered Airplane », sur Gizmodo, (consulté le ).
  13. Solar Impulse 2.
  14. Bertrand Piccard, « L'avion Solar Impulse : le prototype HB-SIA et le SI2 », sur Futura (consulté le ).
  15. Envergure comparable à celle de l'Airbus A380.
  16. « Semper Gestion > Le projet Solar Impulse », sur Cause éco, .
  17. Solar Impulse: team « Copie archivée » (version du 7 août 2018 sur l'Internet Archive).
  18. (en) « Solar-Powered Plane Flies for 26 Hours » dans The New York Times du 8 juillet 2010.
  19. (en)cnet.com.
  20. « Solar Impulse : 72 h de simulation de vol dans l'avion solaire », reussirmavie.com, 21 février 2012.
  21. « Le pilote de Solar Impulse, André Borschberg, revient sur son accident d'hélicoptère survenu dimanche au glacier du Brenay, à Arolla », sur lenouvelliste.ch (accès limité).
  22. « Solar Impulse 2 réussit son premier atterrissage », sur Le Point, .
  23. « Solar Impulse 2 : la deuxième étape entre Oman et l'Inde s'est bien déroulée », sur 20 minutes (France), (consulté le ).
  24. (en) « Solar Impulse LIVE », sur www.solarimpulse.com (consulté le ).
  25. Marc Cherki, « Solar Impulse 2 s'envole vers San Francisco », Le Figaro,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  26. FRANCE 24, « L'avion solaire Solar Impulse 2 réussit sa traversée du Pacifique », sur france24.com, (consulté le ).
  27. « 10th Leg from San Francisco to Phoenix », sur Solar Impulse (consulté le ).
  28. « 11th Leg from Phoenix to Tulsa », sur Solar Impulse (consulté le ).
  29. « 12th Leg from Tulsa to Dayton », sur Solar Impulse (consulté le ).
  30. « 13th Leg from Dayton to Lehigh Valley », sur Solar Impulse (consulté le ).
  31. « 14th Leg from Lehigh Valley to New York », sur Solar Impulse (consulté le ).
  32. « 15th Leg from New York to Seville », sur Solar Impulse (consulté le ).
  33. « 16th Leg from Seville to Cairo », sur Solar Impulse (consulté le ).
  34. « 17th Leg from Cairo to Abu Dhabi », sur Solar Impulse (consulté le ).
  35. « Solar Impulse 2 : « L'aventure a commencé » », sur lepoint.fr, .
  36. « Solar Impulse 2 prêt à repartir autour du monde », sur Le Figaro, (consulté le ).
  37. « Solar Impulse 2 prêt à repartir autour du monde », lefigaro.fr, publié le 18 avril 2016.
  38. « Solar Impulse 2 en route pour San Francisco, prochaine étape de son tour du monde », Science et Avenir, publié le 22 avril 2016.
  39. « L’avion Solar Impulse a effectué son premier vol transatlantique », lemonde.fr,‎ (ISSN 1950-6244, lire en ligne, consulté le ).
  40. « Solar Impulse : le vol perpétuel », sur Capgemini Engineering France (consulté le ).
  41. Nathalie Balbin, « Solar Ship un avion-cargo aux ailes gonflées à l'hélium dans la lignée de Solar Impulse » [archive du ], sur lesnewseco.fr (consulté le ).

Voir aussi

Bibliographie
  • (fr + de + en) Bertrand Piccard et al., Solar Impulse HB-SIA, Lausanne, Éditions Favre SA, , 173 p. (ISBN 978-2-8289-1198-0, OCLC 905643449).
  • Louis Boisgibault, L'énergie solaire après Fukushima : la nouvelle donne, Paris, Medicilline, coll. « Les clés de l'énergie » (no 1), , 1re éd., 154 p. (ISBN 978-2-915220-37-7, OCLC 848043992).
  • André Borschberg et Bertrand Piccard, Objectif Soleil : l'aventure Solar Impulse, Paris, Stock, , 356 p. (ISBN 978-2-234-08083-6).

Articles connexes

Liens externes
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