Solar Impulse: un projet de planeur solaire

Le 6 novembre 2009, le prix de recherche de Brunswick a été attribué aux chercheurs Dr. Bertrand Piccard et André Borschberg afin de récompenser les efforts de recherche des deux équipes internationales pionnières dans le domaine du vol solaire. Leur projet Solar Impulse, un avion alimenté uniquement avec de l'énergie solaire, sans carburant ni émissions de déchets, établit de nouveaux critères pour un avenir mobile durable basé à partir de sources d'énergie alternatives. L'appareil de démonstration est en construction depuis juin 2009. L'objectif ultime du projet est un tour du monde d'ici 2011 ou 2012, sans aucune autre énergie que celle du soleil, recueillie par les 200 mètres carrés de cellules photovoltaïques recouvrant les ailes. Le Centre allemand de recherche aérospatiale DLR a contribué grandement au développement de cet avion visionnaire.

L'avion Solar Impulse représente, de par sa large envergure (63,4m) et sa construction légère, (1.600 kg) un important défi en termes de manoeuvrabilité et de capacité de charge. Pour sonder les limites de maniabilité de Solar Impulse, une simulation a été effectuée à l'institut DLR de technique d'écoulement à Brunswick dans la plus grande unité centrale de traitement en aérodynamique d'Allemagne. Les chercheurs ont déterminé entre autres la portance et les efforts latéraux susceptibles d'opérer sur l'avion.


La grande envergure de la voilure représente le principal défi. Dans une simulation numérique, l'écoulement de l'air sur l'avion devait être calculé avec 30 millions de points. A cause de la grande envergure et de la vitesse en vol réduite à 70 km/h, les rafales de vent jouent un rôle plus important que pour les avions commerciaux classiques, plus rapides. En cas de rafale, l'avion peut plus facilement être amené en position inclinée, position à partir de laquelle il se doit d'être de nouveau rapidement manoeuvrable. L'avion étant dirigé sans commande hydraulique ou électrique, donc au seul effort au manche du pilote, il est particulièrement important de conserver des efforts de commande faibles tout en gardant l'effort de contrôle nécessaire.

L'institut DLR d'aéroélastique à Göttingen compte parmi les instituts phares dans le domaine des tests de mécanique vibratoire, partie intégrante du programme de tests des prototypes d'avions. A cause de l'extrême légèreté de l'avion Solar Impulse, les tests de vibration ont été menés de façon originale: l'avion était posé sur une rotule, et les ailes et les unités de commande maintenues avec des câbles en caoutchouc, afin de stabiliser le positionnement.

L'extrême légèreté représente aussi un défi particulier pour les scientifiques de Göttingen, surtout à cause de l'envergure des ailes: 63,4 mètres, comparable à celle des avions commerciaux. Les fréquences de vibration sont nettement inférieures à celles des appareils classiques, à la limite du mesurable: elles sont nettement inférieures à 1 Hz, alors que pour les avions commerciaux elles sont presque 2 fois plus élevées. Selon le Dr. Marc Böswald, qui mène les tests de vibration, les institutions de recherches capables de mener ce genre de mesures sont rares - l'Institut d'aéroélastique de Göttingen se trouve être lui-même la seule en Europe.

Le DLR continuera à l'avenir à soutenir le projet Solar Impulse. Un essai de vibration supplémentaire sera mené au cours de l'année à venir. Ensuite, les chercheurs étudieront entre autres l'influence des nombreuses cellules solaires et du contrôle des propriétés de vibration. Ces cellules solaires n'étaient pas installées lors des premiers essais de vibration. Si les tests sont un succès, un vol d'essai devrait être effectué au printemps 2010. L'appareil et son pilote devrait rester 36 heures en l'air. L'énergie solaire accumulée durant la journée, emmagasinée dans des batteries au lithium-ion, assurera l'alimentation des moteurs durant la nuit. Après un premier vol à succès, l'Institut DLR de technique des systèmes de vol de Brunswick pourrait soutenir le projet grâce à une identification des systèmes et des analyses dynamiques. Ainsi les connaissances des propriétés de vol et de la manoeuvrabilité de cet appareil volant inhabituel pourraient être approfondies.