AVION
L'ENERGIE SOLAIRE

De plus en plus soucieux de préserver l’environnement, les transports en commun sont en train d’évoluer. L’avion reste néanmoins le plus grand pollueur d’entre eux. de pouvoir continuer à voler malgré l’envolée des prix du pétrole et les changements climatiques ou bien encore malgré les émissions de CO2, celui-ci doit continuer à se moderniser. L’avion va dès lors faire l’objet d’innovations variées. Tandis que certaines rappellent les premiers pas de « l’homme oiseau », d’autres sont le fruit de découvertes insolites. C’est ainsi que ces dernières années ont vu l’émergence d’un nouveau mode de propulsion dans le domaine de l’aviation : l’énergie solaire. La propulsion électrique de l’avion solaire trouve sa source dans l’énergie que l’appareil capte du soleil. Il peut y prendre alors tout ou partie de l’énergie dont il a besoin pour se déplacer. Pour ce faire, des panneaux photovoltaïques sont le plus souvent disposés sur les ailes de l’appareil et convertissent le rayonnement solaire en courant continu grâce à un circuit électrique appelé Maximum Power Point Tracker (MPPT). C’est lui qui permet d’utiliser au mieux l’énergie solaire qu’il transmet au moteur par le biais de l’hélice. Néanmoins, une batterie reste nécessaire pour conserver le supplément d’énergie et compenser le manque de soleil. Ainsi, si l’aviation solaire fait ses premiers pas, sa technologie doit encore s’affiner jusqu’à faire du soleil la seule source indispensable. Tel est le défi que plusieurs pays s’emploient à relever tout en contribuant à la promotion des énergies renouvelables.

Les débuts de l’avion solaire trouvent leur origine dans l’utilisation de l’électricité. Néanmoins, loin d’être d’un emploi récent, l’électricité existe déjà depuis plusieurs siècles. Dans le domaine de l’aviation, l’électricité donne naissance aux premiers vols dès la fin du XIXe siècle. Ainsi, le dirigeable France décolle en 1844. Mais ces innovations se trouvent freinées par l’introduction des moteurs à explosion, alors derniers nés des modes de propulsion. En 1957, les essais concernant la propulsion électrique se poursuivent. Le britannique H.J.Taplin réalise alors le premier vol électrique radiocommandé grâce au modèle réduit « Radio Queen ». La propulsion de l’avion se fait en conjuguant la puissance d’un aimant et d’une batterie zinc-argent. Cette tentative prend forme lorsque l’Allemand Fred Militky effectue son premier vol électrique en octobre de la même année. Le dernier record d’un avion à motorisation électrique a eu lieu en décembre 2007 à Marseille. L’Electra F-WMDI, avion doté d’un moteur de 25 chevaux conjugué à des batteries de lithium, effectue alors un vol sur une distance de 50 km en 48 minutes. La propulsion électrique des avions ne cesse d’être améliorée. Mais l’avancée la plus spectaculaire réside sans doute dans la découverte d’un nouveau mode de production d’électricité : le recours aux énergies renouvelables. C’est ainsi qu’en 1954 un pas supplémentaire est franchi : le soleil devient une nouvelle source pour synthétiser de l’électricité. En effet, un groupe de chercheurs met au point en laboratoire la première cellule photovoltaïque. Néanmoins, son exploitation ne débutera véritablement que vingt ans plus tard.

L’énergie solaire est utilisée pour la première fois dans le domaine du modélisme. C’est alors le Sunrise I, modèle d’avion télécommandé, qui en marque le point de départ. L’avion vole pour la première fois le 4 novembre 1974 à Camp Irwin en Californie. D’une longueur de 9.76 mètres pour 12.25 kg, le modèle d’avion solaire vole alors pendant 20 minutes à 100 mètres d’altitude. Avec une surface couverte de 4096 cellules photovoltaïques, la puissance de l’avion atteint 450 watts. Un an plus tard le modèle réduit voit ses performances améliorées : l’avion Sunrise II est né. D’une envergure comparable à celle de son ancêtre, il est doté de 4480 cellules photovoltaïques pour un poids de 10, 21 kg. Ce second prototype d’avion solaire parvient à produire jusqu’à 600 Watts. Au total donc, les deux avions Sunrise, issus du travail R.J. Boucher représentant de la société Astro Flight Inc., font dès lors figure de précurseurs dans le domaine de l’aviation solaire. En Europe, le premier vol solaire a lieu en 1976. Il est réalisé au cours des trois vols effectués par l’avion Solaris, le modèle réduit de l’Allemand Fred Militky. Au cours de chacun de ces vols, l’avion solaire parvient à se maintenir à 50 mètres d’altitude pendant 150 secondes. Même si des obstacles restent encore à vaincre, les modèles réduits d’avions solaires voient leurs performances s’améliorer jusqu’à atteindre des vols de plusieurs heures. Au vue de ces résultats prometteurs, voler à l’énergie solaire semble de plus en plus à portée de main des plus téméraires.

Les premières tentatives de « vols habités » ont lieu dès la fin des années 1970. C’est ainsi qu’en 1979 le californien Larry Mauro entreprend de voler sur un avion solaire. Il procède à la modification de son planeur, Easy Riser. Une fois à bord de son avion solaire, Solar Riser, il parvient à voler sur environ 800 mètres à une altitude oscillant entre 1.5 et 5 mètres. Les 350W ne suffisant pas à rendre l’avion solaire totalement autonome, le pilote y ajouta une batterie. Celle-ci permet une autonomie de 10 minutes. La même année une nouvelle étape est franchie. Le Dr Paul B. Mac Cready, appuyé par la compagnie Aero Vironment Inc réalise la traversée de la Manche avec le Gossamer Albatross en 2 h 49 min Dans un désir de dépassement toujours plus grand, Mac Cready décide de perfectionner son avion. Le Gossamer Penguin, avion solaire « habité », est né ! Dupont permet à l’aviateur anglais de trouver les fonds utiles à la réalisation de l’entreprise, puis R.J. Boucher équipe l’avion solaire grâce aux deux précédentes versions du Sunrise dont il récupère le moteur et les cellules photovoltaïques. C’est le 18 mai 1980 qu’il effectue son vol inaugural avec à ses commandes le fils du Dr Mac Cready, alors âgé de treize ans. Bien qu’un autre vol avec pilote ait déjà eu lieu un an plus tôt, ce dernier vol passe pour être le premier vol solaire « habité ». L’avion solaire à l’origine de ce tournant aéronautique mesure vingt-deux mètres pour un poids de 31 kg.

Voulant prolonger ces premiers succès de l’aviation solaire, plusieurs pays procèdent à leur tour à des essais. En Angleterre, Mac Cready dévoile son dernier avion solaire le 7 juillet 1981 : le Solar Challenger est un avion monoplan équipé de 16128 cellules photovoltaïques pour une envergure de14.2 m. Lorsqu’il parcourt pour la première fois les 262.3 km qui séparent Paris de Londres en 5 heures 23 minutes, celui-ci ne dispose alors que des 2500 W fournies en totalité par l’énergie solaire. L’Allemagne, quant à elle, inscrit encore une performance dans sa conquête de l’aviation solaire. Après que, l’Allemand Militky a expérimenté le vol solaire grâce à l’aéromodélisme, c’est Günter Rochelt qui réalise le premier avion solaire grandeur nature. Aux commandes d’un nouvel avion solaire, le Solair I, doté de 2499 cellules photovoltaïques pour une envergure de seize mètres, il réussit un vol de 5 heures 41 minutes. Le pilote de l’avion a alors principalement recours à l’énergie solaire, mais doit aussi compter avec quelques thermiques, ces courants d’air chaud présents au décollage. Animé de cette même soif de performance, l’Américain Éric Raymond dessine les formes du futur Sun-seeker. Celui-ci permet ensuite de traverser les Etats-Unis en 21 étapes, ralliant la Californie et la ville de Kitty Hawk en Caroline du Nord, dès 1990. L’avion solaire mesure 30 mètres de long pour 89 kg. Six ans plus tard, un groupe d’étudiants allemands dévoile le Icaré 2. Ce modèle de planeur solaire se trouve propulsé à 400 mètres d’altitude lors de son vol inaugural durant l’été 1996. Cependant, les altitudes atteintes par l’avion ne sont pas encore très élevées. C’est chose faite lorsque les Etats-Unis, devant le succès rencontré par le Solar Challenger, mettent au point la plateforme « High Altitude Long Endurance » (H.A.L.E).

Ainsi, la société Aero Vironment Inc. voit le jour avec pour mission d’étudier les conditions de réalisation de vols électriques solaires de longue durée pouvant aller à haute altitude, à savoir au-dessus de 19812 km. Faisant le choix de se consacrer principalement à la propulsion à l’énergie solaire, la plateforme américaine donne naissance à plusieurs modèles d’avions solaires de type drone. Les drones sont des avions sans pilote. Type d’avions solaires, ils prennent leur essor durant la guerre froide. Ces avions participent alors à des missions de surveillance militaires. Leur utilisation permettait de se rendre en terre ennemie sans essuyer de pertes humaines. À une époque plus récente, l’avion Pathfinder vole pour la première fois à Dryden en 1993. Deux ans plus tard, il établit un nouveau record d’altitude à 153392 m puis à 21802 m. En 1998 apparaît une nouvelle version : d’une dimension plus grande (37 m) et pourvue d’une technologie plus avancée appelée Pathfinder Plus. Lors de son premier vol, l’avion atteint l’altitude de 24000 mètres. C’est grâce à ces deux drones solaires que des explorations d’ordre scientifique trouvent leur point de départ. Par la suite, un modèle d’avion plus puissant voit le jour : le Centurion. Cet avion possède en effet une grande capacité d’autonomie pouvant aller de quelques semaines à plusieurs mois. Capable de transporter à son bord 45 kg d’un matériel de pointe, cet avion solaire est dorénavant capable de servir de relai de communication et de collecter des données scientifiques chiffrées ou cartographiques.

Bien que l’aviation solaire en soit encore au stade des prototypes, elle n’est pas sans trouver d’applications. Ainsi, le dirigeable, datant de la fin du XIXe siècle, est modernisé par la société Aérospace Adour Technology. En effet, il s’avère être un moyen de transport aux multiples qualités. Stable, silencieux et permettant de préserver l’environnement, il est déjà utilisé pour le transport du courrier et du fret. Son envergure alliée à un rayon d’action relativement étendu n’ont pas manqué de faire mûrir de nouvelles possibilités…