Solar Impulse - A Flying Laboratory (FR)

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    15-Apr-2017
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    Technology

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    UN LABORATOIRE VOLANTAvant mme sa ralisation, le dfi du premier tour du monde lnergie solaire entrepris par Solar Impulse avait plac la barre trs haut, visant un but que beaucoup croyaient impossible atteindre. Une famille de partenaires a ainsi relev le challenge dinventer de nouvelles manires de faire pour trouver les solutions des problmes qui, jusqualors, demeuraient insolvables. Ils ont mis en syner-gies leurs diffrents savoir-faire pour crer des ponts entre les domaines dexpertise de chacun et repousser ainsi les frontires de la recherche technologique. Ces solutions dveloppes se retrouvent dans tous les systmes de lavion, depuis la structure, jusqu lquipement du pilote. Elles ont fait de Solar Impulse une arme effi cace pour combattre les ides reues, dmontrant limmense potentiel de lesprit pionnier et des technologies propres.

    LES INNOVATIONS CLS

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

    CELLULES SOLAIRES seulement 135 microns dpaisseur, soit lpaisseur moyenne dun cheveu humain

    MOTEURS 3% de dperdition dnergie contre 70% pour les moteurs thermiques normaux

    BATTERIES densit nergtique leve 260 Wh /kg (348 hp)

    COCKPIT mousse isolante aux pores trs fi ns pour isoler des tempratures extrmes en vol

    INTERFACE HOMME-MACHINE

    indique au pilote langle dinclinaison latrale de lappareil au moyen dun dispositif de vibration

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    FUSELAGELes ingnieurs de Solar Impulse ont mis au point une fi bre torsade, partir de laquelle ils peuvent crer un fuselage ultra-lger et incroyablement rsistant.

    Des matriaux composites ultra-lgers, utiliss en voile de comptitionFabriqus par Decision

    Inspir dune nouvelle technologie en cours dadaptation pour la construction de yachts de haute performance, la structure de Si2 est constitue 83% de matriaux composites ultralgers. Les ingnieurs ont employ la nouvelle technologie TPT, qui permet de raliser des couches de matriaux extrmement fi nes, et optimis le procd de collage.

    Des composites en fi bre de carbone produits en srie pour la premire foisSolution propose par Covestro

    Une innovation essentielle qui a permis de produire en srie des composites en fi bre de carbone et de rduire encore davantage le poids des composants. Ces composites pourraient permettre de rpondre aux limitations de taille comme celles des pales de rotor dans lindustrie olienne ou de rsoudre les problmes de temps de cycle dans lindustrie automobile. Dans le cas de Solar Impulse, les composants en fi bre de carbone ont t utiliss dans le carnage du cockpit pour offrir une rsistance mcanique dans des applications qui exigeraient normalement de la rsine poxy. Ces matriaux composites taient dj exploites commercialement comme conducteur dans les lectrodes.

    La technologie ultra-lgre TPT (Thin Ply Technology)Solution dveloppe par EPFL et North TPT

    Grce la nouvelle technologie TPT mise au point par lentreprise suisse North TPT. Lavion solaire est dot dune structure sandwich en carbone, laquelle remplace le carbone solide renforc au moyen de rsine poxy. Cette innovation a permis de rduire le poids de certaines couches de matriaux en carbone de 100 g /m (3,5 oz. /11 pi2.) 25 g / m (0,8 oz. /11 pi2.).

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    AILESCent quarante-quatre nervures ont t mticuleusement places 50 cm (20 po.) dintervalle par les ingnieurs de Solar Impulse. Les ailes sont constitues de panneaux solaires sur leur extrados et dun tissu ultra-lger sur leur intrados. Le longeron est entirement compos de panneaux forms de feuilles en fi bre de carbone disposes de part et dautre dune structure en nids dabeilles formant un sandwich.

    Une rsine mince, impermable et rsistante aux UV Conue par Solvay

    Un mince fi lm de copolymre fl uor, potentiellement utilisable dans le domaine des voitures lectriques, protge actuellement les cellules solaires de Solar Impulse. Lorsque ces cellules fragiles et dpourvues de rsistance mcanique sont recou-vertes de ce fi lm, elles peuvent pouser la courbure des ailes sans casser. Cette rsine de seulement 17 microns dpaisseur est impermable et rsistante aux UV.

    Un systme datterrissage ultra-lgerConu par Omega

    Afi n de garantir la visibilit lors des atterrissages de nuit, un systme dclairage ultralger muni de LED a t mis au point. Ces clairages sont protgs dun plas-tique rsistant, identique celui qui se trouve dans les montres Swatch. Lensemble du systme, y compris le verre de protection, le cblage, ainsi que le connecteur et le transformateur dalimentation, pse peine 2 kg (4,4 lbs.).

    Des cellules solaires aussi minces quun cheveuInnovation de SunPower

    Avec seulement 135 microns dpaisseur, soit lpaisseur moyenne dun cheveu humain, les cellules solaires de Si2 offrent un rendement ingal dans le secteur (22,7%). En comparaison, le rendement des panneaux solaires utiliss sur le toit des maisons est de 16%. Les meilleures cellules solaires sont celles utilises pour les satellites (avec un rendement de 30%), mais elles sont trop lourdes pour lavion solaire. Si2 est dot de 17248 cellules solaires. Les cellules utilises ont t choisies pour leur rapport poids/nergie/rendement.

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    NACELLESLes ingnieurs de Solar Impulse ont mis au point des nacelles en fi bre de carbone moule afi n den faciliter lentretien. Chaque nacelle comporte un moteur, une batterie au lithium-polymre et une hlice.

    Un additif spcial pour une densit nergtique accrue Solution propose par Solvay

    Dj exploit dans lindustrie automobile, tout comme dans le domaine des appareils lectroniques portables, le liant PVDF (polyfl uorure de vinylidne) offre aux batteries une densit nergtique accrue. Il a t dvelopp pour les lectrodes en utilisant un additif.

    Mousse rigide ultra-isolanteInnovation de Covestro

    Bien que lgre, cette mousse aux pores trs fi ns, applique pour isoler les batteries de Si2, offre une rsistance structurelle et une rigidit trs leves. Elle est utilise dans les secteurs des rfrigrateurs haut de gamme et du btiment. Une technologie disolation thermique a t conue afin disoler efficacement le cockpit des changements extrmes de temprature (de -40C +40C). Ainsi, la temprature des batteries ne descend jamais en dessous de -20C, une temprature susceptible de rduire leur performance.

    Des batteries au taux doxydation rduitInventes par Kokam

    Les lments de batterie au lithium-polymre utiliss pour Si2 sont conus partir dune formule chimique innovante offrant une protection trs effi cace contre loxydation. Il sagit dune nouvelle technologie. Ce sont les batteries qui prsentent le meilleur rapport poids/rendement/dure de vie pour le projet.

    Moteurs courant continu sans balai et sans capteur dune effi cience exceptionnelleConus par Nicolas Wavre, fabriqus par Etel, aimants et paquet de tles par Vacuumschmelze

    Les moteurs de Si2 assurent une effi cience allant jusqu 94%, une technologie int-ressante pour les applications demandant un ratio poids/puissance optimis des moteurs. Ces moteurs ont t dvelopps avec de nouveaux matriaux, un traitement indit des aimants et un procd de dcoupage spcial du paquet de tles pour obte-nir des tranches trs minces, permettant une diminution considrable de la perte de puissance. Solar Impulse est le premier utiliser cette technologie rvolutionnaire.

    Convertisseurs CC/CC de grande effi cience et banc dessai pour systmes lectriquesDvelopps par Omega

    Ces technologies peuvent tre utilises pour tester les systmes de voitures lectriques. Spcialement mis au point pour Solar Impulse, le banc dessai a t utilis pour valider toute la chane des diffrents lments lectriques de lavion solaire. Pour le HB-SIB, Il a permis de fournir aux ingnieurs lectrotechniciens de Solar Impulse les donnes ncessaires au dveloppement dun systme lectrique plus effi cient.

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    COCKPITTout le dfi pour les lectriciens de Solar Impulse tait de mettre au point des composants lectro-niques effi caces et capables de fonctionner des tempratures extrmes partir des matriaux les plus lgers du march.

    Un instrument de vol ultra-sensible avec systme intgr dalerte par vibrationMis au point par Omega

    Les avions ordinaires sont gnralement quips dun systme qui informe les pilotes lorsque leur angle dinclinaison atteint 40 ; dans lavion solaire les pilotes sont alerts ds 5. Conu pour permettre au pilote de suivre lvolution de sa trajectoire ainsi que son angle dinclinaison pendant le vol, cet instrument Omega met un signal si langle de laile dpasse la limite normale. Linstrument est dot dun systme dalerte par vibration, plac lintrieur des manches du pilote.

    Un dispositif de vibration assurant la vigilance du piloteConu par lEPFL

    Le dispositif de vibration de linterface homme-machine permet de transmettre des informations au pilote par vibration, rduisant la quantit dinformations visuelles et auditives.

    Un lectrocardiogramme contrlant le niveau de fatigue et de vigilance du piloteInnovation propose par lEPFL

    Cet lectrocardiogramme a t test sur des patients oprs depuis peu pour informer leur mdecin de toute anomalie en temps rel. Il pourrait potentiellement tre utilis dans lindustrie automobile pour dtecter les baisses de niveau dattention des conducteurs. Ce dispositif port par le pilote mesure avec prcision la courbe de son rythme cardiaque et contrle ainsi son niveau de fatigue et de vigilance. De la taille dune bote dallumettes, il transmet immdiatement les informations si un problme est dtect.

    Un systme daide au pilotage sur mesure pour une plus grande scurit Conu par Altran

    Sans le systme daugmentation de la stabilit combin au systme dalerte et de surveillance (MAS), le pilote aurait t incapable et interdit de voler plusieurs jours daffi le. Le SAS maintienait un plan de vol tandis que