solar impulse - a flying laboratory (fr)

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1 UN LABORATOIRE VOLANT Avant même sa réalisation, le défi du premier tour du monde à l’énergie solaire entrepris par Solar Impulse avait placé la barre très haut, visant un but que beaucoup croyaient impossible à atteindre. Une famille de partenaires a ainsi relevé le challenge d’inventer de nouvelles manières de faire pour trouver les solutions à des problèmes qui, jusqu’alors, demeuraient insolvables. Ils ont mis en syner- gies leurs différents savoir-faire pour créer des ponts entre les domaines d’expertise de chacun et repousser ainsi les frontières de la recherche technologique. Ces solutions développées se retrouvent dans tous les systèmes de l’avion, depuis la structure, jusqu’à l’équipement du pilote. Elles ont fait de Solar Impulse une arme efficace pour combattre les idées reçues, démontrant l’immense potentiel de l’esprit pionnier et des technologies propres. LES INNOVATIONS CLÉS STRUCTURE feuilles de fibre de carbone de seulement 25 g / m² (0,8 oz. /11 pi 2 .) – 3 fois plus légères que le papier CELLULES SOLAIRES seulement 135 microns d’épaisseur, soit l’épaisseur moyenne d’un cheveu humain MOTEURS 3% de déperdition d’énergie contre 70% pour les moteurs thermiques normaux BATTERIES densité énergétique élevée – 260 Wh /kg (348 hp) COCKPIT mousse isolante aux pores très fins pour isoler des températures extrêmes en vol INTERFACE HOMME-MACHINE indique au pilote l’angle d’inclinaison latérale de l’appareil au moyen d’un dispositif de vibration

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UN LABORATOIRE VOLANTAvant même sa réalisation, le défi du premier tour du monde à l’énergie solaire entrepris par Solar Impulse avait placé la barre très haut, visant un but que beaucoup croyaient impossible à atteindre. Une famille de partenaires a ainsi relevé le challenge d’inventer de nouvelles manières de faire pour trouver les solutions à des problèmes qui, jusqu’alors, demeuraient insolvables. Ils ont mis en syner-gies leurs différents savoir-faire pour créer des ponts entre les domaines d’expertise de chacun et repousser ainsi les frontières de la recherche technologique. Ces solutions développées se retrouvent dans tous les systèmes de l’avion, depuis la structure, jusqu’à l’équipement du pilote. Elles ont fait de Solar Impulse une arme effi cace pour combattre les idées reçues, démontrant l’immense potentiel de l’esprit pionnier et des technologies propres.

LES INNOVATIONS CLÉS

STRUCTURE feuilles de fi bre de carbone de seulement 25 g / m² (0,8 oz. /11 pi2.) – 3 fois plus légères que le papier

CELLULES SOLAIRES seulement 135 microns d’épaisseur, soit l’épaisseur moyenne d’un cheveu humain

MOTEURS 3% de déperdition d’énergie contre 70% pour les moteurs thermiques normaux

BATTERIES densité énergétique élevée – 260 Wh /kg (348 hp)

COCKPIT mousse isolante aux pores très fi ns pour isoler des températures extrêmes en vol

INTERFACE HOMME-MACHINE

indique au pilote l’angle d’inclinaison latérale de l’appareil au moyen d’un dispositif de vibration

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FUSELAGELes ingénieurs de Solar Impulse ont mis au point une fi bre torsadée, à partir de laquelle ils peuvent créer un fuselage ultra-léger et incroyablement résistant.

Des matériaux composites ultra-légers, utilisés en voile de compétitionFabriqués par Decision

Inspiré d’une nouvelle technologie en cours d’adaptation pour la construction de yachts de haute performance, la structure de Si2 est constituée à 83% de matériaux composites ultralégers. Les ingénieurs ont employé la nouvelle technologie TPT, qui permet de réaliser des couches de matériaux extrêmement fi nes, et optimisé le procédé de collage.

Des composites en fi bre de carbone produits en série pour la première foisSolution proposée par Covestro

Une innovation essentielle qui a permis de produire en série des composites en fi bre de carbone et de réduire encore davantage le poids des composants. Ces composites pourraient permettre de répondre aux limitations de taille comme celles des pales de rotor dans l’industrie éolienne ou de résoudre les problèmes de temps de cycle dans l’industrie automobile. Dans le cas de Solar Impulse, les composants en fi bre de carbone ont été utilisés dans le carénage du cockpit pour offrir une résistance mécanique dans des applications qui exigeraient normalement de la résine époxy. Ces matériaux composites étaient déjà exploitées commercialement comme conducteur dans les électrodes.

La technologie ultra-légère TPT (Thin Ply Technology)Solution développée par EPFL et North TPT

Grâce à la nouvelle technologie TPT mise au point par l’entreprise suisse North TPT. L’avion solaire est doté d’une structure sandwich en carbone, laquelle remplace le carbone solide renforcé au moyen de résine époxy. Cette innovation a permis de réduire le poids de certaines couches de matériaux en carbone de 100 g /m² (3,5 oz. /11 pi2.) à 25 g / m² (0,8 oz. /11 pi2.).

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AILESCent quarante-quatre nervures ont été méticuleusement placées à 50 cm (20 po.) d’intervalle par les ingénieurs de Solar Impulse. Les ailes sont constituées de panneaux solaires sur leur extrados et d’un tissu ultra-léger sur leur intrados. Le longeron est entièrement composé de panneaux formés de feuilles en fi bre de carbone disposées de part et d’autre d’une structure en nids d’abeilles formant un «sandwich».

Une résine mince, imperméable et résistante aux UV Conçue par Solvay

Un mince fi lm de copolymère fl uoré, potentiellement utilisable dans le domaine des voitures électriques, protège actuellement les cellules solaires de Solar Impulse. Lorsque ces cellules fragiles et dépourvues de résistance mécanique sont recou-vertes de ce fi lm, elles peuvent épouser la courbure des ailes sans casser. Cette résine de seulement 17 microns d’épaisseur est imperméable et résistante aux UV.

Un système d’atterrissage ultra-légerConçu par Omega

Afi n de garantir la visibilité lors des atterrissages de nuit, un système d’éclairage ultraléger muni de LED a été mis au point. Ces éclairages sont protégés d’un plas-tique résistant, identique à celui qui se trouve dans les montres Swatch. L’ensemble du système, y compris le verre de protection, le câblage, ainsi que le connecteur et le transformateur d’alimentation, pèse à peine 2 kg (4,4 lbs.).

Des cellules solaires aussi minces qu’un cheveuInnovation de SunPower

Avec seulement 135 microns d’épaisseur, soit l’épaisseur moyenne d’un cheveu humain, les cellules solaires de Si2 offrent un rendement inégalé dans le secteur (22,7%). En comparaison, le rendement des panneaux solaires utilisés sur le toit des maisons est de 16%. Les meilleures cellules solaires sont celles utilisées pour les satellites (avec un rendement de 30%), mais elles sont trop lourdes pour l’avion solaire. Si2 est doté de 17’248 cellules solaires. Les cellules utilisées ont été choisies pour leur rapport poids/énergie/rendement.

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NACELLESLes ingénieurs de Solar Impulse ont mis au point des nacelles en fi bre de carbone moulée afi n d’en faciliter l’entretien. Chaque nacelle comporte un moteur, une batterie au lithium-polymère et une hélice.

Un additif spécial pour une densité énergétique accrue Solution proposée par Solvay

Déjà exploité dans l’industrie automobile, tout comme dans le domaine des appareils électroniques portables, le liant PVDF (polyfl uorure de vinylidène) offre aux batteries une densité énergétique accrue. Il a été développé pour les électrodes en utilisant un additif.

Mousse rigide ultra-isolanteInnovation de Covestro

Bien que légère, cette mousse aux pores très fi ns, appliquée pour isoler les batteries de Si2, offre une résistance structurelle et une rigidité très élevées. Elle est utilisée dans les secteurs des réfrigérateurs haut de gamme et du bâtiment. Une technologie d’isolation thermique a été conçue afin d’isoler efficacement le cockpit des changements extrêmes de température (de -40°C à +40°C). Ainsi, la température des batteries ne descend jamais en dessous de -20°C, une température susceptible de réduire leur performance.

Des batteries au taux d’oxydation réduitInventées par Kokam

Les éléments de batterie au lithium-polymère utilisés pour Si2 sont conçus à partir d’une formule chimique innovante offrant une protection très effi cace contre l’oxydation. Il s’agit d’une nouvelle technologie. Ce sont les batteries qui présentent le meilleur rapport poids/rendement/durée de vie pour le projet.

Moteurs à courant continu sans balai et sans capteur d’une effi cience exceptionnelleConçus par Nicolas Wavre, fabriqués par Etel, aimants et paquet de tôles par Vacuumschmelze

Les moteurs de Si2 assurent une effi cience allant jusqu’à 94%, une technologie inté-ressante pour les applications demandant un ratio poids/puissance optimisé des moteurs. Ces moteurs ont été développés avec de nouveaux matériaux, un traitement inédit des aimants et un procédé de découpage spécial du paquet de tôles pour obte-nir des tranches très minces, permettant une diminution considérable de la perte de puissance. Solar Impulse est le premier à utiliser cette technologie révolutionnaire.

Convertisseurs CC/CC de grande effi cience et banc d’essai pour systèmes électriquesDéveloppés par Omega

Ces technologies peuvent être utilisées pour tester les systèmes de voitures électriques. Spécialement mis au point pour Solar Impulse, le banc d’essai a été utilisé pour valider toute la chaîne des différents éléments électriques de l’avion solaire. Pour le HB-SIB, Il a permis de fournir aux ingénieurs électrotechniciens de Solar Impulse les données nécessaires au développement d’un système électrique plus effi cient.

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COCKPITTout le défi pour les électriciens de Solar Impulse était de mettre au point des composants électro-niques effi caces et capables de fonctionner à des températures extrêmes à partir des matériaux les plus légers du marché.

Un instrument de vol ultra-sensible avec système intégré d’alerte par vibrationMis au point par Omega

Les avions ordinaires sont généralement équipés d’un système qui informe les pilotes lorsque leur angle d’inclinaison atteint 40° ; dans l’avion solaire les pilotes sont alertés dès 5°. Conçu pour permettre au pilote de suivre l’évolution de sa trajectoire ainsi que son angle d’inclinaison pendant le vol, cet instrument Omega émet un signal si l’angle de l’aile dépasse la limite normale. L’instrument est doté d’un système d’alerte par vibration, placé à l’intérieur des manches du pilote.

Un dispositif de vibration assurant la vigilance du piloteConçu par l’EPFL

Le dispositif de vibration de l’interface homme-machine permet de transmettre des informations au pilote par vibration, réduisant la quantité d’informations visuelles et auditives.

Un électrocardiogramme contrôlant le niveau de fatigue et de vigilance du piloteInnovation proposée par l’EPFL

Cet électrocardiogramme a été testé sur des patients opérés depuis peu pour informer leur médecin de toute anomalie en temps réel. Il pourrait potentiellement être utilisé dans l’industrie automobile pour détecter les baisses de niveau d’attention des conducteurs. Ce dispositif porté par le pilote mesure avec précision la courbe de son rythme cardiaque et contrôle ainsi son niveau de fatigue et de vigilance. De la taille d’une boîte d’allumettes, il transmet immédiatement les informations si un problème est détecté.

Un système d’aide au pilotage sur mesure pour une plus grande sécurité Conçu par Altran

Sans le système d’augmentation de la stabilité combiné au système d’alerte et de surveillance (MAS), le pilote aurait été incapable et interdit de voler plusieurs jours d’affi lée. Le SAS maintienait un plan de vol tandis que le MAS surveillait indépen-damment le fonctionnement du SAS, le plan de vol, et toutes les données sur l’état des différent systèmes de l’avion. Si le système se révélait défaillant pendant que le pilote dormait, le MAS pouvait déconnecter le SAS et réveiller le pilote par voies sonores, visuelles et tactiles pour le forcer à reprendre le contrôle de l’avion en seulement 10 secondes.

Un lien vital avec le solSolution proposée par Swisscom

Ce dispositif de communication transmet plus de 100 valeurs de données à la mission room, de la température des moteurs à la position de l’appareil, en passant par la tension dans les accumulateurs. D’un poids inférieur à 5 kg (11 lbs.) et ne consommant pas plus de 50 watts, cette solution constitue le lien vital entre le pilote et le sol. Il a offert également la possibilité aux fans du projet de se plonger dans l’aventure pendant les vols du tour du monde.

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PILOTESLors du tour du monde, chaque pilote a volé pendant des durée allant jusqu’à 4 ou 5 jours. Ils ont eu besoin de 2,4 kg (5,2 lbs.) d’aliments, de 2,5 l (84,5 oz.) d’eau et de 1 l (38,8 oz.) de boisson énergétique par jour : un poids supplémentaire qui a dû minutieusement être calculé par l’équipe de Solar Impulse. Pour les situations d’urgence, le siège du pilote disposait d’un parachute intégré et d’un radeau de sauvetage.

Des fi bres intelligentes pour une température corporelle stable Conçues par Solvay

Les vêtements du pilote sont composés de fi bres en nylon intelligentes. Celles-ci sont qualifi ées d’« intelligentes » car elles stabilisent la température corporelle du pilote. Ces fi bres non seulement réinjectent de la chaleur infrarouge à la surface de la peau lorsqu’il fait froid, mais empêchent également le pilote de transpirer lors de périodes de chaleur intense.

Une solution à faible bande passante pour diffuser les images du pilote en direct Solution proposée par Swisscom

Envoyer des vidéos est toujours un défi , en particulier quand l’antenne doit être petite et légère. Une solution à faible bande passante a été mise au point avec seulement 50 ko/s pour permettre de diffuser des vidéos du pilote en direct de l’appareil pendant les vols.

Une médecine de haute altitude pour des pilotes en pleine formeExpertise apportée par Hirslanden

Avant et pendant les vols, des conseils médicaux ont été dispensés par des médecins et des spécialistes en médecine de haute altitude (aviation). Ceux-ci ont apporté aux pilotes leur expertise en sciences de la nutrition et du sommeil, ainsi qu’en méthodes de récupération.

Régimes personnalisés pour les pilotes Développé par Nestlé Research

Le centre de recherche et de développement de Nestlé Research a travaillé, pendant plus de quatre ans, aux côtés de Solar Impulse pour pourvoir idéalement aux besoins nutritionnels des pilotes durant leurs vols. Leur équipe a développé une gamme de repas et d’en-cas pouvant résister aux variations extrêmes de températures et de pression, tout en fournissant un régime équilibré et adapté aux exigences d’endurance dont le pilote devait faire preuve.

Un confort de classe affaires pour les vols transatlantique et transpacifi queNouvelle technologie conçue par Lantal

Afi n de permettre au pilote de rester aux commandes pendant des vols de longue durée allant jusqu’à 5 jours et 5 nuits, le cockpit de Si2 offre l’espace nécessaire pour étendre les jambes. Un fauteuil inclinable, ainsi qu’ un coussin gonfl able, très léger et ergo-nomique assurent un confort maximum pour les missions du tour du monde.

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VOLS DE MISSIONSolar Impulse bénéfi cie d’outils de planifi cation et de contrôle de vol conçus sur mesure par les ingénieurs du projet, en étroite collaboration avec des partenaires et des spécialistes du domaine de l’aviation. Mais pour garantir des vols sûrs et sans incident, Solar Impulse entretient également une collaboration permanente avec les contrôleurs du trafi c aérien.

Une planifi cation et un contrôle de vol en temps réelSolution proposée par Altran

L’outil de planifi cation PLATOO a assuré au Mission Control Center un contrôle de vol en temps réel. Ce système de haute précision intègre le traitement de données météo-rologiques, la modélisation ultrafi ne des phénomènes spectraux, ainsi que des systèmes de routage prédictif et de calcul des critères de décision de décollage. Les optimisateurs stochastiques de routage à long terme ont permis des analyses extrêmement fi ables pour défi nir les stratégies de vol du tour du monde.

Une architecture du système énergétique satelliteConçue par Altran

L’une des clés du succès du projet est la structure du système énergétique qui permet d’en optimiser l’architecture. Un spécialiste des systèmes énergétiques satellites a participé à la conception du système car Solar Impulse et les satellites présentent des similitudes en matière de contraintes et de besoins.

Un soutien technique et opérationnel pour des vols sans incidentServices proposés par IATA

Représentant plus de 240 compagnies aériennes, soit 84% du trafi c aérien mondial, l’Association du transport aérien international (IATA) a apporté un soutien technique et opérationnel à Solar Impulse. Ce soutien a facilité les décollages, les atterrissages, ainsi que la pleine coopération des gouvernements et des services de navigation aérienne.

Des vols sûrs au cœur de l’espace aérien européenSoutien apporté par Eurocontrol

Eurocontrol a apporté un soutien opérationnel à Solar Impulse pour qu’il puisse voler dans l’espace aérien des 38 États membres européens. Leurs systèmes et procédures ont été adaptés aux caractéristiques spécifi ques de l’avion solaire, tout en assurant le bon traitement des quelques 30 000 vols quotidiens et l’intégration de l’appareil dans le trafi c aérien très dense.

Une couverture complète pour le projetAssurance proposée par Swiss Re Corporate Solutions

L’assureur commercial a apporté à Solar Impulse la sécurité d’une couverture d’assu-rance complète. Il a été le seul assureur de ce projet ambitieux d’un tour du monde à bord d’un avion solaire.

Des relations publiques garantissant des missions réussiesSoutien de la Confédération suisse

Les relations publiques et les compétences diplomatiques ont permis de faciliter le contact avec les autorités aéroportuaires, les personnalités publiques et les représen-tants institutionnels, garantissant des vols de mission couronnés de succès.

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L’ESPRIT CLEANTECHSolar Impulse est soutenu par des entreprises qui s’efforcent par leurs innovations technologiques ou par leur politique de promouvoir les clean technologies, participant ainsi à la diffusion et à la crédibilité du message de Solar Impulse.

L’ascenseur solaire1ère mondiale Schindler

L’invention d’un nouvel ascenseur mu uniquement à l’énergie solaire s’intègre dans la volonté de Schindler de trouver des solutions innovantes et respectueuses de l’environnement pour gérer la mobilité urbaine. L’intégration d’ingénieurs du groupe dans l’équipe de Solar Impulse a permis d’encourager la recherche et le développement de nouvelles technologies dans des domaines allant de l’électronique appliquée aux structures avancées.

Des variateurs pour économiser l’énergie Système développé par ABB

ABB fournit des technologies qui améliorent l’effi cacité énergétique des systèmes tout au long de la chaîne de propulsion – depuis la source jusqu’à la distribution. Le parc installé des variateurs ABB, qui contrôlent la consommation d’énergie des moteurs électriques, a permis d’économiser 400 TWh, l’équivalent de la consom-mation annuelle en électricité de 100 millions de foyers européens. L’entreprise est également le deuxième plus grand fournisseur de variateurs solaires – convertissant le rayonnement solaire en électricité – et construit actuellement un système de recharge rapide pour voiture électrique en Chine.

Des plateformes pour sensibiliserTechnologies offertes par Google

En offrant à des projets comme Solar Impulse les plateformes Google Hangouts, YouTube, le réseau social Google + ainsi que les outils nécessaires pour impacter durablement la jeune génération d’internautes, le géant de l’internet Google contribue à la prise de conscience mondiale de l’enjeu de développer l’usage des énergies renouvelables et permet à Solar Impulse d’être toujours plus proches de ses « followers ».

Une base quantitative pour hierarchiser les priorités d’action environnementales Savoir mis à disposition par McKinsey

La « Courbe de coût globale des leviers de réduction des gaz à effet de serre » développée par McKinsey, fournit une base quantitative pour l’évaluation de l’effi cacité et des coûts des clean technologies. La courbe prend en compte des technologies déjà disponibles et d’autres qui le seront d’ici 2030 avec un fort taux de certitude, encourageant ainsi à trouver de nouveaux moyens pour optimiser l’énergie et assurer un futur durable.

Celebrate sustainability Inscrire les succès avec Moët Hennessy

En s’engageant auprès de Solar Impulse et de ses équipes, Moët Hennessy marque son soutien aux valeurs de la conquête et du dépassement de soi, et reconnaît l’excellence et l’innovation comme deux moteurs clés des progrès du monde. Alors que les activités de Moët Hennessy reposent sur le fruit de la terre, il n’est pas de développement imaginable qui n’intègre le souci permanent du futur. A travers cette initiative, Moët Hennessy souhaite rendre hommage aux hommes qui sont à la base de cette aventure, marquant l’histoire à chacun de leur pas.