L'Hebdo; 2004-03-25

Aventure La première maquette de Solar Impulse, futur avion solaire de Bertrand Piccard, sera à Genève. Ce laboratoire volant accumulera les innovations. ParElisabeth Gordon.

Solar Impulse prend forme. Le futur avion solaire avec lequel Bertrand Piccard espère faire le tour du monde en 2008 restait un projet relativement abstrait, lorsqu'il a été présenté en grande pompe à la presse en novembre dernier (lire «L'Hebdo» N° 49, 4 décembre 2003). Mais il prend maintenant une tournure plus concrète et dévoile sa silhouette. Une maquette de l'engin sera exposée en «première mondiale» au Salon international des inventions, qui se tiendra du 31 mars au 4 avril à Palexpo, à Genève.

Les visiteurs pourront ainsi regarder de près le modèle réduit - à l'échelle du vingtième - réalisé sous l'égide de l'Agence spatiale européenne (ESA), par la société française Everfel à Saint-Nazaire. Mais qu'on ne s'y trompe pas. L'objet en matériaux composites qu'ils auront sous les yeux n'est encore qu'une ébauche: la matérialisation, en trois dimensions, d'un dessin d'artiste représentant le futur avion. Car nul n'est encore en mesure de dire exactement à quoi celui-ci ressemblera quand il sera enfin prêt à prendre son envol.

Seules ses grandes lignes sont relativement bien définies. Question allure, il ressemblera plus à un planeur qu'à un gros-porteur, avec toutefois des dimensions qui devraient être proches de celles d'un Boeing 747 et une envergure d'environ 70 mètres. Pour le reste, c'est encore le règne de l'incertitude. Rien de définitif du côté des ailes, «on peut encore faire varier la forme de l'aile etla largeur de son profil», précise le chef de projet André Borschberg. Ni du côté de la forme des ailerons, qui devra concilier les impératifs de l'aérodynamisme et ceux de la fabrication. Inconnue encore la longueur du fuselage - «on la souhaiterait la plus courte possible, pour limiter la résistance à l'air». La taille des hélices - «on aurait intérêt à ce qu'elles aient un grand diamètre, mais pas trop quand même car elles devront pouvoir tourner quand l'avion sera au sol». Quant aux moteurs, on hésite encore sur leur nombre - un, deux? - et leur emplacement.

Léger comme une plume La plupart des options restent donc ouvertes pour optimiser l'ensemble de l'avion. Il est vrai que la conception de ce «laboratoire volant», comme aime à le qualifier Stéfan Catsicas, le vice-président de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne qui en est la conseillère scientifique, prend des allures de quadrature du cercle. La machine devra voler exclusivement grâce à l'énergie solaire, de jour comme de nuit. C'est dire qu'il aura peu d'énergie à sa disposition, donc qu'il devra se faire le plus léger possible. «On vise moins d'une tonne, à vide», précise le chef de projet, soit trois fois le poids d'un planeur de haute performance de 20 mètres. Mais il faudra rajouter une tonne supplémentaire pour l'équipement: le moteur, les batteries... et l'homme. Car il y aura un pilote dans l'avion. Célèbre, de surcroît, puisqu'il s'agira notamment de l'aérostier vaudois Bertrand Piccard. Pour asseoir l'image de marque d'un projet destiné à promouvoir le développement durable, rien de tel que de pimenter la technologie d'un bon grain d'aventure.

Mais pour les ingénieurs, la présence d'un homme dans le cockpit constitue une «charge», à tous les sens du terme. Car qui dit vol habité, dit aussi fiabilité et sûreté accrues. En outre, comme la machine devra voler à quelque 10 000 mètres d'altitude pour se trouver au-dessus des nuages, le cockpit devra être pressurisé, et chauffé (la température extérieure pourra atteindre - 55°C). Cela pèsera sur le poids de l'engin.

Autant de contraintes, a priori incompatibles, qu'il faudra bien finir par concilier. Un véritable casse-tête que ce problème qui ne comporte pas moins de «120 à 180 paramètres», précise Yves Perriard de l'EFFL, responsable de l'aspect propulsion de Solar Impulse. Un des premiers défis est donc d'élaborer un modèle mathématique suffisamment sophistiqué pour trouver la solution optimale.

C'est loin d'être le seul challenge. Certes, «il ne s'agit pas de réinventer la roue», tous les acteurs du projet s'accordent sur ce point. Mais il faudra cependant «tout remettre à plat», remarque André Borschberg.

Les peaufinages de l'EPFL A commencer par les panneaux solaires, qui seront disposés sur les 150 mètres carrés des ailes, mais aussi peut-être sur l'empennage. Là, il est prévu de faire appel à des capteurs commercialisés, et pourquoi pas à des cellules, expérimentales, mises au point à l'EPFL par Michael Grätzel, qui fonctionnent à la lumière diffuse. Histoire de profiter de tous les rayons du soleil, y compris ceux qui sont réfléchis par la terre.

Quoi qu'il en soit, même si, pour l'essentiel, les panneaux seront faits de capteurs solaires traditionnels, tous les problèmes ne sont pas résolus pour autant. Leur rendement «est insuffisant, il faudra l'améliorer», souligne Yves Leterrier, responsable de cet aspect du projet dénommé «Body in Black» (car en matière de captage d'énergie solaire, «l'avion se comporte comme un corps noir»). En espérant, car «c'est encore une inconnue», que ces dispositifs supporteront les très basses températures qui règnent à haute altitude. Sans compter que ces cellules solaires, qui seront placées sur le squelette des ailes et lui serviront de «peau», devront assurer la rigidité à la voilure. D'où l'idée de les encapsuler dans des membranes plastiques.

La balle passe alors dans le camp de l'Institut des matériaux de la haute école lausannoise. A lui de poursuivre le développement de membranes adéquates. De peaufiner ces structures faites d'un empilement de couches ultra-minces - elles sont mille fois moins épaisses qu'un cheveu - mais qui «en termes d'étanchéité ont les mêmes propriétés que le verre», précise Yves Leterrier.

Une fois réglés les problèmes du captage, on en arrive à la question du stockage. Car si, de jour, une part de l'énergie solaire sera directement utilisée pour faire tourner le moteur, il faudra faire quelques réserves pour la nuit. On aura recours, là encore, à des batteries existantes, mais «il y aura aussi sans doute autre chose», remarque Yves Perriard.

Optimiser. C'est finalement le maître mot de Solar Impulse, et toutes les étapes de la chaîne de propulsion - qui va des capteurs solaires aux hélices - devront être passées au peigne fin. Tout devra être fait pour réduire les pertes de ces précieuses «gouttes» de photons solaires. En respectant, encore et toujours, l'impératif de la légèreté.

«Il faudra que je perde quelques kilos», remarque en riant André Borschberg. Pilote de chasse, il devrait relayer Bertrand Piccard et Brian Jones sur certaines étapes du tour du monde. Mais - allégement oblige - il n'y aura à chaque fois qu'un seul pilote à bord. Il faudra donc lui faciliter la tâche en mettant à sa disposition un système de pilotage automatique. Pourtant cela ne suffira pas. Pour ne pas noyer le commandant de bord sous une avalanche d'informations visuelles, Dario Floreano envisage rien de moins que d'établir une «relation symbiotique entre le corps du pilote et la machine». Le directeur de l'Institut d'ingénierie des systèmes de l'EPFL souhaiterait que «Bertrand Picard puisse sentir tout l'avion, du cockpit au bout des ailes». Et qu'en contrepartie, la machine «sente ce que fait le pilote»; qu'elle soit capable de le réveiller par exemple, mais uniquement «quand il le faut, et en évitant de le sortir de son sommeil profond». Il faudra donc élaborer un système de contrôle capable de s'adapter aux différentes situations, et d'avoir l'oeil non seulement sur le pilote, mais aussi sur le comportement de toutes les composantes de son engin.

Le grand saut Tout cela aura bien sûr un coût, sur lequel André Borschberg reste muet. Il avoue seulement que le projet «n'aura pas d'autres ressources que celles fournies par les sponsors». Inutile d'insister, il ne prononcera aucun nom, car les «contacts ne sont pas finalisés». Mais selon lui, le projet suscite un «grand intérêt dans le monde industriel», tant en Suisse qu'à l'étranger. Dans ce domaine aussi, tout reste ouvert, «mais on avance, précise le chef de projet, on ne chôme pas».

Le temps presse puisque l'objectif est de réaliser les premiers essais en 2006. Puis, l'année suivante, un premier vol de 36 heures, ce qui ne sera pas une mince affaire: «Le premier qui passera une nuit en l'air avec un avion solaire aura fait faire un progrès considérable à ce type de véhicule.» Et enfin, si tout se passe comme prévu, le grand saut. Le tour du monde en guise d'apothéose pour le fou volant dans sa drôle de machine.

En attendant le jour J, les curieux pourront au moins découvrir la maquette. Manière, déjà, de rêver un peu. |

«Il faut établir une relation symbiotique entre le corps du pilote et la machine»

Dario Floreano, EPFL

Exclusif La maquette de Solar Impulse encore en construction à St-Nazaire.

Bertrand piccard Le futur pilote de l'avion solaire.

Vue d'artiste L'appareil ressemblera plus à un planeur qu'à un gros-porteur.