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16 mars 2015 1 16 /03 /mars /2015 19:06

16 Mars 2015

L’exploit réalisé dans le cadre du projet Solar impulse frappe les esprits à plus d’un titre:

- Il démontre que l’avion électrique n’est pas un mythe.

- Il démontre qu’un avion peut voler sans recourir aux énergies fossiles.

- Il démontre qu’un avion peut voler en autonomie énergétique.

Ces trois performances réalisées dans le même projet sont représentatives du challenge de la transition énergétique: Se passer des énergies fossiles, recourir à l’électricité, économiser l’énergie.

Solar impulse 2 est un planeur motorisé de 2 340 kg et sa vitesse de croisière est de 70 km/h. Plus qu’un prototype industriel il faut le voir comme un symbole, une bannière, un exercice de style, et il constitue à juste titre l’emblème de la transition énergétique.

L’enthousiasme médiatique en a fait l’avion de demain, alors qu’il est surtout un démonstrateur du savoir-faire des ingénieurs qui ont su réunir leurs compétences en aéronautique, en mécanique, en électronique, en science des matériaux, en électrochimie des batteries, en électromécanique, en météorologie, en géolocalisation, en science des courants aériens et du routage. Ce qui est une performance dont il faut saluer les initiateurs.

En soi cet objet n’est pas représentatif d’une quelconque application industrielle future. Il est un banc d’essai pour les technologies de la transition énergétique. Il est équipé de quatre moteurs qui développent chacun 12,8 kW avec un rendement revendiqué de 94%. Les batteries, développées par SOLVAY, offrent une capacité énergétique totale de 164 kWh pour un poids de 633 kg, soit une capacité massique de 260 Wh par kg ( deux fois plus que les batteries qui équipent aujourd’hui les voitures électriques ).

Pendant les périodes nocturnes l’alimentation des moteurs est assurée par les batteries, qui peuvent ainsi fournir environ 5 kW par moteur pendant 12 heures. Pendant les périodes de jour les 17 248 cellules photovoltaïques réparties sur une surface de 200 m2 rechargent les batteries. Le rendement global annoncé de la chaîne de propulsion du Soleil à l’hélice est de 12%.

La puissance moyenne sur 24 h rayonnée par le Soleil est de 250 W/m2. La puissance moyenne fournie par les 200 m2 de cellules est donc de 6 kW, dont devront se contenter les quatre moteurs électriques pour assurer une vitesse moyenne de 70 km/h.

On voit qu’il s’agit d’un planeur à assistance électrique, plus que d’un avion au sens habituel du terme.

La batterie occupe plus du quart du poids total de l’engin, malgré des performances plus de deux fois supérieures aux batteries modernes qui équipent les voitures électriques. On imagine sans peine la capacité qu’il faudrait donner à la batterie pour d’une part emporter non pas 2 340 kg de charge mais dix ou vingt fois plus, et d’autre part voler non pas à 70 km/h mais à dix fois plus. Plusieurs terrains de football tapissés de cellules solaires ne suffiraient pas à fournir le courant nécessaire…et ceci quel que soit les progrès accomplis dans le futur sur les batteries et les cellules solaire.

Le rayonnement solaire est une constante et la surface des ailes d’un avion est forcément limitée.

L’avion électrique de demain devra donc emporter sa réserve d’énergie.

La solution qui semble adaptée pour les produits du futur est l’association d’une réserve d’Hydrogène avec une pile à combustible. Un kilogramme d’Hydrogène contient trois fois plus d’énergie qu’un kilogramme de supercarburant. Le problème de stockage de ce gaz est un obstacle puisqu’il doit être très fortement comprimé pour diminuer le volume, ou liquéfié. On peut également le stocker par adsorption dans un matériau solide. Aujourd’hui la batterie au Lithium développée pour Solar impulse permet d’emporter jusqu’à 260 Wh par kg.

C’est la solution retenue pour le prototype E-Fan développé par Airbus. Il s’agit d’un petit avion une place équipé de deux moteurs développant une puissance totale de 60 kW. L’autonomie est d’environ une heure et la vitesse de croisière atteint 160 km/h. Le poids au décollage est de 550 kg. L’autonomie et les performances dépendent de la capacité et du poids de la batterie.

Une batterie de 200 kg dans la technologie SOLVAY PVDF poussée à 260 W/kg contient 50 kWh, largement suffisant pour plus d’une heure d’autonomie.

Des modèles « upgradés » à deux places, puis quatre places, sont prévus pour servir le marché de la formation des pilotes, et de la petite aéronautique civile. La mise au point des systèmes de propulsion à pile à combustible et carburant Hydrogène permettra d’ouvrir la voie à des applications de cours et moyen courrier.

Mais les exigences des normes de sécurité dans l’aviation civile imposeront une très longue période de mise au point et de validations de toutes ces technologie nouvelles.

Rendez-vous en 2050.

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