À l'occasion de l'événement « Pionniers du climat » de cette année, 1 600 jeunes ont présenté les projets qu'ils ont imaginés pour une planète plus propre et plus durable. L'événement a eu lieu à l'Umwelt Arena (Centre pour l'Environnement), un espace d'exposition nouvellement inauguré à Zurich, dédié aux sujets en lien avec le développement durable, les énergies renouvelables, la mobilité, la nature et la vie. André et Bertrand sont tous deux parrains du programme Pionniers du climat, pour lequel Solar Impulse est une source d'inspiration.

Lancé en 2010 par Swisscom, en partenariat avec Solar Impulse et myclimate, le programme Pionniers du climat est une initiative visant à impliquer les jeunes, de la maternelle au lycée, dans les questions environnementales d'aujourd'hui, en les sensibilisant aux risques potentiels des changements climatiques. Le programme compte actuellement en Suisse 6 330 étudiants, lesquels ont lancé 276 projets à ce jour.

Cette année, c'est Bertrand qui a rencontré tous les jeunes âgés entre 7 à 16 ans. Il les a exhortés à faire leur maximum pour réaliser l'impossible - un objectif qu'il s'était lui-même fixé alors qu'il n'avait que 11 ans. Voir les jeunes d'aujourd'hui soucieux de notre avenir fut une expérience à la fois émouvante et encourageante pour Bertrand. Remplis d'enthousiasme après une présentation inspirante, les jeunes pionniers levèrent par centaines leurs petites mains dans l'espoir de recevoir une réponse à leurs questions.

« Je me suis toujours demandé quelle impression cela ferait d'être une rock star. Et bien maintenant, je sais ! 1 600 écoliers ont été rassemblés par Swissom lors du Klimatpioneerfest pour entendre parler d'environnement. Ils ont accueilli le message de Solar Impulse avec la même passion qu'un concert ! Ça donne des frissons quand ils vous accueillent sur scène, et surtout de l'espoir pour l'avenir...» Bertrand n'a pas manqué de partager son enthousiasme : lorsque les premiers applaudissements rythmés ont retenti dans la salle, le fondateur visionnaire de Solar Impulse s'est laissé aller à esquisser quelques pas de danse décontractés au milieu des jeunes pionniers.

Depuis que j’ai commencé à travaillé à Solar Impulse, il y a deux mois, beaucoup de personnes m’ont demandé : « mais comment fait-il pour voler la nuit ? ». Cela peut sembler miraculeux, mais n’est en fait qu’une simple question de physique et d’optimisation de l’énergie.

Lorsque le HB-SIA est sur la piste, prêt à décoller, les batteries sont habituellement chargées à 50% minimum, pour la sécurité du pilote, grâce à l’énergie solaire. A l’exception des décollages et des atterrissages, pendant lesquels la vitesse de l’appareil passe à 30 nœuds (environ 55 km/h) pour une plus grande maniabilité, l’avion solaire vole toujours à 25 nœuds (environ 45 km/h), vitesse à laquelle sa consommation d’énergie est minimale. Tout le cycle de vol est axé sur les économies d’énergie et l’optimisation de cette dernière. L’appareil utilise essentiellement l’énergie électrique et l’énergie potentielle. L’énergie électrique – ou, en termes physiques, l’énergie chimique – est accumulée dans les batteries. Quant à l’énergie potentielle, elle réside dans l’altitude de l’appareil. Pour prendre un exemple, un ballon de football placé en haut d’une colline possède une énergie potentielle latente. Dès qu’on le pousse un peu, il descend la pente, convertissant son énergie potentielle en énergie cinétique (vitesse), et finit par s’arrêter parce que dans le monde réel, tout mouvement s’accompagne de pertes.

Par conséquent, pour que l’avion Solar Impulse vole avec la plus grande efficacité, il doit jongler, en ce qui concerne le stockage de l’énergie, entre l’altitude et la batterie et trouver le meilleur équilibre possible.

Mais que se passe-t-il concrètement pendant le vol ? Vous avez déjà vu comment fonctionne le cycle de production de l’énergie dans un précédent article (Comment la lumière du soleil permet de voler); je vais maintenant vous expliquer le fonctionnement du HB-SIA, également illustré dans l’image ci-contre, le jour et la nuit.

Le jour, le pilote effectue une lente ascension pour atteindre une couche d’atmosphère plus fine, afin d’éviter la formation de turbulences et de nuages. Chose intéressante, les générateurs solaires convertissent également plus d’énergie en altitude. Avant d’atteindre le sol, le rayonnement solaire est en partie absorbé par l’atmosphère de la Terre. Plus le Solar Impulse s’élève dans les airs, plus la quantité d’énergie solaire disponible augmente et peut être stockée dans les batteries. En fait, pour une génération d’énergie solaire maximum, le HB-SIA devrait voler dans l’espace extra-atmosphérique ; mais c’est un peu trop loin pour le moment.

Lorsque que le soleil commence à disparaître à l’horizon, il va de soi que l’énergie solaire diminue. Quand l’énergie solaire disponible n’est plus suffisante pour permettre un vol en palier, le pilote baisse les moteurs et entame une descente progressive (d’environ 0,4 m/s) jusqu’à une basse altitude stationnaire de nuit de 1000-1500 mètres. En dehors de l’altitude maximale de 28000 ft (8000 mètres) qu’il peut atteindre, le prototype peut planer pendant 4 à 5 heures en ne consommant presque pas d’électricité. Quand il atteint sa plus basse altitude, bien après le coucher du soleil en général, les moteurs, alors alimentés par les batteries, permettent de maintenir un vol en palier à 25 nœuds jusqu’au matin. Et lorsque les couleurs éclatantes du soleil à l’horizon commencent à emplir le ciel de leurs tons chauds, l’appareil peut de nouveau entamer son ascension, marquant le début d’un nouveau cycle.

Certains d'entre vous doivent se demander comment le HB-SIA fait pour voler sans autre énergie que celle du soleil. Eh bien, aujourd'hui est votre jour de chance car je vais vous expliquer brièvement comment l'ensoleillement est converti en énergie capable de faire planer cet avion unique dans les airs.

La partie supérieure des ailes de l'avion solaire est couverte de panneaux solaires. Ces derniers sont des générateurs solaires, c'est-à-dire qu'ils convertissent les rayons du soleil directement en électricité. Les 12 000 cellules solaires qui composent tous les panneaux solaires réunis sont regroupées en « bandes » de 300 cellules. Chacune de ces bandes possède un pôle positif (+) et un pôle négatif (-) à chaque extrémité, tout comme dans une batterie, ainsi que ce qu'on appelle un Maximum Power Point Tracker (MPPT), un dispositif chargé de puiser dans les panneaux la quantité maximale de puissance, quelle que soit l'intensité du rayonnement solaire.

L'énergie est stockée dans les batteries (au nombre de 4) ou immédiatement convertie en énergie mécanique permettant de faire tourner les hélices du HB-SIA, lequel est doté de 4 moteurs.

Vous vous demandez comment l'énergie est canalisée ? Eh bien, lorsque les moteurs ne tournent pas, l'énergie transformée est directement stockée dans les batteries. En revanche, si l'avion est en vol, l'ensoleillement est utilisé pour alimenter les moteurs. Lorsque l'énergie produite est supérieure à l'énergie nécessaire pour voler, l'excédent est acheminé vers les batteries. Contrôlant ce processus automatiquement, le Battery Management System (BMS) réduit le courant électrique affluant dans les batteries en fonction de leur état de charge. Le BMS surveille également la température des batteries pendant les vols : il s'assure qu'elles ne sont ni trop froides (ce qui réduit leur productivité), ni en surchauffe (ce qui est dangereux).

En résumé, l'ensemble du processus consiste en une suite de conversions. Les cellules convertissent l'ensoleillement en électricité ; cette électricité est canalisée dans le MPPT pour obtenir la puissance maximale. L'électricité peut être stockée dans les batteries ou transmise aux moteurs. Ceux-ci transforment l'électricité reçue en puissance mécanique, ce qui permet d'activer les hélices et donc de faire voler l'appareil. En vol, le pilote détermine la quantité d'énergie dont il a besoin, en fonction de la vitesse de vol et de la rapidité à laquelle il veut atteindre l'altitude désirée. Selon le moment du jour ou de la nuit, l'appareil utilise :

• uniquement l'énergie provenant directement du soleil (de jour)
• à la fois l'énergie provenant du soleil et l'énergie stockée dans les batteries (matin/soir)
• uniquement l'énergie stockée dans les batteries (nuit)

Le plus incroyable dans ce processus, c'est que pendant le vol, le HB-SIA peut en même temps utiliser l'ensoleillement direct pour alimenter les moteurs et recharger les batteries ! C'est comme si vous quittiez votre maison avec un réservoir d'essence à moitié vide le matin et que le soir vous le retrouviez plein pour rentrer chez vous ! Ce serait bien, n'est-ce pas ? Qui sait, peut-être un jour cela deviendra-t-il réalité...

J'en ai rencontré quelques-uns, de même que leurs profs et l'enthousiasme était de rigueur. J'ai particulièrement apprécié l'exemple concret d'un enseignant anglais nommé Kevin Jarvis, qui m'a expliqué que des panneaux solaires ont été installés sur le toit de son école et qu'il avait donc beaucoup parlé de cette technologie avec ses étudiants. La visite de Solar Impulse a donc constitué pour eux un bel aboutissement.

Ça m'a aussi fait plaisir d'entendre divers profs raconter que leurs étudiants sont très concernés par les questions environnementales, et qu'ils ont fait preuve d'une grande curiosité lors de la préparation de la visite une préparation facilitée par l'utilisation des fiches pédagogiques de Solar Impulse.

Bertrand Piccard a rappelé aux étudiants que l'avenir leur appartient:

Vous devez apprendre non pas quoi penser, mais comment penser. Vous devez vous libérer de tous les aprioris et des certitudes, et comprendre que vous pouvez façonner l'avenir.

André Borschberg, lui, a précisé que l'objectif de Solar Impulse était d'être un ambassadeur des réductions d'énergie et des nouvelles technologies, et rappelé que les innovations développées par Solar Impulse le sont en collaboration avec les partenaires du projet, et qu'elle sont développées pour le bénéfice de tous. Il a cité l'exemple des batteries développées spécifiquement par Bayer et Solvay, que l'on retrouvera peut-être un jour sur des voitures.

En soirée, André Borschberg et Bertrand Piccard ont reçu le prestigieux Harvard Leadership Price Award des mains de Benjamin Van Oudenhove, le Président du Harvard club de Belgique. Pour André, il s'agit d'une reconnaissance collective et destinée à toute l'équipe, qui a travaillé dur sur le premier avion et qui aborde la seconde phase du projet avec un deuxième avion destiné à faire le tour du monde.

Bertrand a aussi gardé les yeux tournés vers l'avenir en affirmant que tous les prix reçus avant le tour du monde constituent un encouragement pour toute l'équipe et une preuve de la confiance envers la réussite du projet.