Si vous avez regardé Solar Impulse TV pendant le vol d'aujourd'hui, vous avez sans doute pu vous faire une idée de la taille de l'équipe. Les équipes au sol et la logistique sont aux États-Unis et s'assurent que les vols se déroulent sans incident du décollage à l'atterrissage. L'équipe Marketing & Communications, ainsi que l'équipe du Mission Control Center (qui comprend les météorologues, les contrôleurs aériens, le directeur de vol...) sont à Payerne (Suisse) afin de guider le pilote dans les airs à l'aide de toutes sortes de programmes et de dispositifs de liaison satellite. L'équipe multimédia est quant à elle à cheval sur les deux continents, le vieux et le nouveau, et couvre pour nous les aventures du HB-SIA dans le ciel nord-américain. Mais où sont les ingénieurs ?

Nous les avons mis en lieu sûr, dans un endroit tranquille, où le ciel est toujours gris et les sources de distraction peu nombreuses ... dans la banlieue de Zurich. Eh bien oui, il ne faudrait pas qu'ils se volatilisent... Plaisanterie mise à part, les hommes et les femmes qui ont contribué ensemble à construire le HB-SIA sont très occupés à mettre au point leur nouveau jouet : l'avion solaire de deuxième génération (HB-SIB). En effet, n'allez pas croire que l'aventure se terminera cet été par un atterrissage tout en douceur à l'aéroport JFK de New York. Loin de là ! L'aventure se poursuivra avec le tour du monde prévu pour 2015.

La phase de conception du HB-SIB terminée, les ingénieurs de Solar Impulse sont maintenant absorbés par les tests nécessaires en vue de l'assemblage prévu en fin d'année 2013. Il y a quelques semaines se sont déroulés les tests du système électronique et de câblage, appelés « Iron Bird », sur la reproduction du cockpit du HB-SIB. Tout a été installé de manière à reproduire les conditions réelles: des centaines de câbles tirés à travers toute la structure du cockpit. Si dans un premier temps chaque composant est testé séparément, il est ensuite important de vérifier comment ils interagissent les uns avec les autres. Ces composants du système électrique complexe comprenant différentes machines, en prenant en compte les divers facteurs en jeu. Ces tests ont été effectués avec succès. Les quatre moteurs ont fonctionné à 300 tours par minute, en même temps que les autres systèmes, tels que le driver, les batteries et les équilibreurs. Quelques tests sont encore prévus et, une fois que tout sera validé, ces conditions seront transposées telles quelles au vrai cockpit du HB-SIB.

Si vous voulez en savoir plus sur la construction du HB-SIB, cliquez ici.

A l’image de l’éternelle navette entre ingénieurs civils et architectes à la recherche du meilleur équilibre entre la forme d’une structure et sa viabilité physique, à Solar Impulse, les équipes chargées de la conception et de l’analyse structurale dialoguent en permanence. La différence, c’est qu’ils sont tous ingénieurs, et qu’on ne leur demande donc pas de construire des structures farfelues qui n’existent que dans les dessins animés.

Tout ce qu’ils dessinent a une fonction précise, mais chaque élément doit également s’intégrer dans l’ensemble, tout en répondant aux directives draconiennes en matière de légèreté. Dirigée par  Geri Piller, l’équipe en charge de l’analyse structurale se compose de 4 ingénieurs. L’équipe du Design dispose du concept, mais il revient à l’équipe de Geri de décider combien de matériaux utiliser pour un composant donné en fonction de la charge qu’il devra supporter.

Un jour, Geri m’a expliqué les bases de l’analyse structurale, et même si je m’en serais certainement mieux sortie si on m’avait demandé de lire un journal en chinois, j’ai bien retenu une chose : chaque matériau réagit différemment à la charge (ainsi, l’acier ne réagit pas de la même manière que le carbone à la contrainte), ce qui est crucial quand il s’agit de fabriquer un composant.

Pour des raisons de poids, la majeure partie de la structure du HB-SIB se compose de carbone, un matériau très particulier. Le carbone est extrêmement résistant dans le sens de ses fibres, mais extrêmement fragile dans l’autre. L’équipe en charge de l’analyse structurale doit décider dans quel sens les fibres doivent être placées, de quelle épaisseur chaque couche doit être et combien de plis sont nécessaires. Cela donne lieu à des opérations complexes effectuées à l’aide d’un logiciel spécialisé (analyse par éléments finis) dans lequel les ingénieurs en structure entrent manuellement les caractéristiques qu’ils souhaitent avant d’observer la façon dont le composant réagit aux charges qui lui sont appliquées.

Ce processus n’est pas linéaire (comme pour valser, il faut être deux). C’est un mouvement de va-et-vient permanent entre les ingénieurs du design et les ingénieurs en structure, une discussion continue pour atteindre la perfection car, une fois que la forme et la structure s’accordent parfaitement, le composant est finalement envoyé au fabricant, dans un effort commun qui donne naissance à un nouveau composant. Etant donné le caractère unique de l’appareil, chaque composant est littéralement fait à la main. Par conséquent, certaines informations peuvent se perdre dans la traduction lors du passage du design proposé par le logiciel à un composant manufacturé. C’est pourquoi chaque composant doit ensuite subir des tests, un processus primordial auquel Geri et son équipe prennent une grande part. Restez à l’affût d’informations sur l’équipe des tests, prochainement sur notre blog !

Sur les photos: de gauche à droite : Björn Müller, Stefan Pfammatter, Geri Piller et Dominik Dusek (ici contre); Geri Piller (ici-bas); FEA (haut).

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Avant de construire quoi que ce soit, il vous faut un concept et une forme. Comme quand vous construisez une maison : vous réfléchissez à son emplacement, à sa taille, à sa conception architecturale et, chose importante, à l’épaisseur de votre portefeuille. De toute évidence, vous ne pouvez pas commencer par le toit sans avoir réalisé les fondations, tout comme vous ne pouvez  assurément pas monter la salle de bains sans avoir d’abord raccordé la tuyauterie au réseau de distribution d’eau.

Une fois les composants dessinés, qui assemble les pièces du puzzle de manière cohérente, en temps voulu ? Une personne doit avoir une vue d’ensemble, jongler avec les délais, le budget et la production. A Solar Impulse, ce rôle est dévolu à Robert Fraefel, directeur de la Production de l’avion.

Röbi, comme les membres de l’équipe aiment l’appeler, est l’homme de l’ombre, le chorégraphe de tout cela. Il motive les ingénieurs, les encourage quand des obstacles surgissent et les fait passer à la vitesse supérieure à l’approche d’un délai à respecter. Il fait également office, en quelque sorte, de chargé des relations publiques, dans la mesure où il rencontre des dizaines de fournisseurs et de fabricants pour qu’ils acceptent de collaborer et pour s’assurer que leurs produits remplissent les exigences strictes de qualité.

Ancien ingénieur dans le secteur de la Formule 1, Röbi s’est tout de suite senti dans son élément à travailler sur un projet repoussant les limites ; mais la comparaison s’arrête là. A Solar Impulse, il est difficile de faire des plans car « on ne sait pas combien de temps prend la production d’un composant avant qu’il soit effectivement prêt à être fabriqué ». En Formule 1, « on sait déjà plus ou moins de combien de composants on a besoin, et à quoi ils ressembleront » ; il y a toujours une base, contrairement à ce qui se passe à Solar Impulse.

Quand je pense au nombre de facteurs et de variables qui entrent dans la construction d’un appareil aussi exceptionnel, je ne peux m’empêcher de me demander comment fait Röbi pour que ses cheveux n’aient pas déjà blanchi. Les ingénieurs étant basés à Dübendorf et à Payerne, il fait régulièrement la navette entre ces régions francophone et germanophone de la Suisse pour s’assurer du bon déroulement des choses.

 « Il faut commencer quelque part, même si on ne sait pas exactement où cela nous mènera, et simplement y aller pas à pas », m’a confié Röbi au cours de l’une de nos conversations. « Nous avons tendance à vouloir tout savoir dès le début, mais nous devons nous contenter de faire un premier pas, de progresser un peu puis de s’élancer pour le deuxième pas, en ne perdant pas de vue l’objectif ». Telle est la philosophie de Solar Impulse : pas à pas, on finit par y arriver.

Exactement comme quand André et Bertrand pensaient déjà à faire voler un avion solaire avant même d’avoir le matériel pour, Röbi commença à travailler sur le projet il y a 7 ans, sans savoir si l’avion pourrait vraiment voler ; mais pas à pas…

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« Pour donner forme à quelque chose, il faut d'abord prendre en compte l'espace à disposition. »

Il s'agit là du point de départ de l'équipe Design de Solar Impulse. Il en va de même lorsque vous emménagez: vous regardez les plans de votre nouveau logement et imaginez l'espace dont vous disposerez, avant de décider où placer tel ou tel meuble en recherchant la configuration à la fois la plus pratique et la plus esthétique. C'est en substance ce que font Jonas Schär et son équipe de concepteurs ; un genre d'« aménagement intérieur » au moment où ils donnent à l'avion sa forme - laquelle est déterminée à partir du concept, comme nous l'avons évoqué dans le premier article de cette série.

Dirigées par Jonas Schär, les sept personnes de l'équipe Design de Solar Impulse sont chargées de définir les moindres détails de l'avion. Pour que ce dernier soit capable de voler, le plus important est que tous les composants doivent être les plus légers possible et donc faire l'objet d'une étude approfondie, séparément dans un premier temps, puis ensemble.

Pour moi, les concepteurs sont des funambules-magiciens car pour donner sa forme à l'appareil, ils ne disposent d'absolument aucune marge d'erreur dans l'« aménagement » des espaces « vides ». Chaque composant doit non seulement être suffisamment léger pour satisfaire aux limites de poids exigées de l'avion, mais doit également assurer sa fonction le plus efficacement possible.

Chaque membre de l'équipe est responsable d'un composant de l'appareil, auquel il donne vie grâce à un logiciel d'ingénierie 3D. Voir les parties de l'avion en 3D sous tous les angles sur un écran d'ordinateur, je trouve ça tout simplement génial, même si je ne suis pas ingénieur. Hélas, à chaque fois que les ingénieurs me montrent un nouveau composant, je trahis immanquablement mon ignorance en demandant : « De quelle partie s'agit-il ? ». Apparemment, la passion que j'avais pour les Legos quand j'étais petite ne m'a pas dotée des compétences nécessaires pour comprendre ce puzzle à première vue insoluble.

Premier appareil de ce type, le HB-SIA a été incroyablement difficile à concevoir, mais les défis à relever pour mettre au point le HB-SIB sont encore plus importants. Pourquoi ? Eh bien parce qu'optimiser un système déjà satisfaisant est un véritable casse-tête, qui nécessite un cocktail de compétences : une grande expertise en physique, du bon sens et la bonne intuition d'un « décorateur d'intérieur ».

Plaisanterie mise à part, le HB-SIA et le HB-SIB auront certes un air de famille, mais les ressemblances s'arrêteront là. Le nouveau prototype sera non seulement 11 % plus grand, mais aura également une envergure plus importante, des moteurs plus performants, un meilleur équipement pour le pilote et un cockpit plus grand.

À la question « Qu'as-tu ressenti lorsqu'on t'a demandé de construire le premier avion solaire de ce type ? », Jonas répond : « Au début, je ne me rendais pas vraiment compte de ce que cela représentait. Sans doute en raison de mon âge, je me suis simplement attelé à la tâche et j'ai trouvé des idées pour faire avancer le projet. Cependant, je n'ai jamais été seul dans l'aventure. » En effet, si les informations nécessaires sont échangées entre toutes les équipes, la conception de l'appareil est avant tout le fruit du travail d'équipe de (sur la photo de gauche à droite, en commençant par l'arrière) Pascal Barmet, Frederick Tischhauser, Michael McGrath, Jonas Schär, Oliver Ensslin, Simon Bodmer, Lukas Staub et Martin Meyer.

Abracadabra !

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Cet article est le premier d'une série destinée à vous dévoiler « les coulisses » de la construction étape par étape du HB-SIB, l'avion Solar Impulse de seconde génération. Je vous présenterai plus particulièrement les différentes équipes impliquées dans le projet. Tout d'abord, je vais évoquer la première étape indispensable au développement d'un avion solaire : la conception. Pourquoi le HB-SIA a-t-il cet aspect ? Et à quoi ressemblera son grand frère ? Ces questions peuvent paraître très simples au premier abord, mais des recherches et une analyse approfondies ont été nécessaires pour concevoir les prototypes.

J'ai eu l'occasion de m'entretenir avec Peter Frei, le responsable Design conceptuel et Aérodynamique de Solar Impulse. Ami d'André depuis l'époque où ils étaient dans les forces aériennes suisses, Peter Frei a pris part au projet dès le début. Il a participé aux premières réunions organisées à l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), où les simulations et les calculs ont validé l'idée que le prototype HB-SIA ne devait pas être un dirigeable mais un avion, de manière à ce qu'il puisse voler uniquement grâce à l'énergie solaire.

Le processus de conception d'un avion englobe plusieurs disciplines. Au départ, un ensemble de spécifications est défini à partir de l'idée et des objectifs de la personne qui porte le projet. Dans le cas de Solar Impulse, Bertrand avait en tête de faire le tour du monde en utilisant uniquement l'énergie solaire. Ainsi, les ingénieurs avaient déjà des indications : la source d'alimentation de l'appareil et les spécifications de vol (le survol des océans, par exemple). Pour pouvoir supporter le poids entre autres d'un pilote, des provisions pour celui-ci et des batteries capables de stocker de l'énergie de manière à permettre les vols de nuit, l'avion solaire devait être le plus léger possible. Peter, dont la curiosité a été éveillée par le concept général du projet, s'est engagé à mettre sa grande expérience en ingénierie au service de la recherche de solutions à ces strictes exigences. Pour élaborer un concept initial, les ingrédients clés sont la curiosité, la créativité, ainsi que le travail d'équipe. Les idées des uns et des autres doivent être confrontées : c'est seulement ainsi que des solutions plus légères, moins chères et plus efficaces peuvent être trouvées.

L'ébauche du premier concept d'un avion solaire est un long processus et nécessite l'implication de nombreuses personnes. Le processus a pris plus d'un an pour le HB-SIB et encore plus longtemps pour le HB-SIA, car il s'agissait là du premier avion de ce type. Les idées de ces experts sont développées dans un premier temps avec trois esquisses tridimensionnelles et quelques calculs simples à la main, avant d'être discutées au sein d'une équipe d'ingénieurs.

Peter a toujours été fasciné par les avions. Déjà enfant, il construisait des modèles réduits. C'est la physique qui se cache derrière les engins volants qui l'intrigue et œuvrer au développement du premier avion solaire capable de voler de jour comme de nuit est apparu à ses yeux comme un défi plus que motivant. Peter et l'un de ses anciens étudiants, Roger Ruppert, devaient décider dans quelle mesure ils pourraient extrapoler les fruits de leurs recherches sur les matériaux ultralégers et quelle pourrait être l'envergure maximale envisageable du prototype dans la réalité, conscients du fait qu'elle devrait être bien supérieure à celle des appareils existants.

Même si le HB-SIA et le HB-SIB auront un air de famille, ils seront fondamentalement différents. Version optimisée et plus complexe de son frère ainé, le nouvel appareil sera plus grand (de 11 %), capable de supporter plus de poids et plus résistant aux climats humides. De plus, le pilote y sera beaucoup plus à l'aise, chose fondamentale puisque certaines des étapes les plus longues pourront durer plusieurs jours. Pour en savoir plus sur les différences entre les deux prototypes, ne manquez pas les prochains articles !

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Le 29 septembre, Markus Scherdel a été récompensé par le prix Ivan C. Kincheloe, délivré par la Society of Experimental Test Pilots (SETP), à Anaheim, en Californie. Chaque année, cette récompense est décernée à des professionnels et membres hors pair de la SETP qui ont effectué des vols d’essai remarquables.

En tant que pilote d’essai de Solar Impulse, Markus a été la première personne à démontrer que cet avion pouvait voler. Le jour de ce mois de décembre 2009 glacial où Markus prit place dans le cockpit ouvert du HB-SIA (la verrière n’avait pas encore été installée), fit tourner les hélices et commença à rouler sur la piste restera gravé dans nos mémoires. Il ne fallut que peu de temps à Markus pour que le prototype fasse ce qui nous sembla être un petit saut de joie : Solar Impulse effectuait son premier saut de puce !

Aussitôt qu’il fut prouvé que le HB-SIA pouvait réellement s’élever dans les airs, Markus entreprit d’effectuer sa première sortie le 7 avril 2010. Le vol inaugural de Solar Impulse dura 87 minutes et atteignit 1 500 mètres d’altitude. Markus exécuta plusieurs manœuvres afin de tester la réactivité de l’avion à exécuter certaines commandes, la réactivité des moteurs et les trains d’atterrissage. Toute personne qui aurait observé le vol aurait vu ce qui semblait être le premier avion décapotable au monde, car, dépourvu de verrière, le cockpit consistait en une simple charpente avec un pilote en son centre. Brrr !

Mais Markus ne souffrit pas du froid ni d’attaques d’insectes kamikazes. Lors de l’interview qui suivit ce vol, il déclara avoir éprouvé un léger sentiment de victoire semblable à celui qui envahit les champions olympiques, et je peux le comprendre : le HB-SIA, un prototype uniquement conçu pour voler de nuit, a fait son entrée dans les annales de l’histoire en tant que premier avion solaire à avoir relié deux continents : l’Europe à l’Afrique.