Histoire de l’aviation solaire
L'aviation solaire a connu ses débuts au milieu du XXème siècle ; des premières découvertes, d'abord électriques, puis les inventions de modèles réduits, ont contribué à l'amélioration des technologies permettant d'aboutir de nos jours à un avion solaire effectuant de longs trajets avec un pilote à bord.
Rappel : Le Solar Impulse n'est en aucun cas le premier avion solaire imaginé et confectionné par l'homme, mais il est certainement le plus ambitieux, puisque le pilote a pour but de voler de nuit, contrairement à ses prédécesseurs.
Des découvertes …
C’est le 30 Juin 1957 que Monsieur Taplin du Royaume-Uni effectue le premier vol électrique radiocommandé avec « Radio Queen ». Taplin utilise une batterie zinc-argent ainsi qu’un moteur à aimant, mais il abandonne ses expériences par la suite. Trois mois plus tard, l’Allemand Fred Militky s’essaie dans le domaine et accomplit lui aussi, en octobre 1957, son premier vol électrique.
Ces expériences et découvertes ne sont, dès lors, pas suffisantes pour pouvoir imaginer un futur avion solaire, mais elles ont néanmoins permis d’améliorer les avancées technologiques dans ce domaine. Trois ans auparavant, avait été découverte dans les laboratoires Bell, par Daryl Chapin, Gerald Pearson et Calvin Fuller, la technologie photovoltaïque à la base de l’avion solaire.
Daryl Chapin, Gerald Pearson, Calvin Fuller
Des modèles réduits …
Le 4 novembre 1974 a lieu le premier vol, d’une durée de 20 minutes à une altitude de 100 m, d’un avion propulsé par l’énergie solaire, à Camp Erwin en Californie. Celui-ci s’appelle Sunrise I et est réalisé par R.J. Boucher de la compagnie Astro Flight Inc. Il a une envergure de 9,76 m, une masse de 12,25 kg et possède 4096 cellules solaires dont la puissance est de 450 W.
Par la suite, Sunrise II, construit et testé le 12 septembre 1975, prend le relais de son prédécesseur qui s’abima lors d’une tempête de sable. La masse étant réduite, cet avion a exactement la même envergure mais une puissance de 600 W, due au plus grand nombre de cellules photovoltaïques, portées cette fois à 4480.
Sunrise II
Ensuite, de par les avancées scientifiques, les avions solaires à modèles réduits sont de plus en plus performants puisque leur autonomie augmente fortement. L’aéromodélisme est devenu une passion de plus en plus abordable.
Plusieurs modèles très performants font leur apparition comme celui du Solar Solitude de Dave Beck, qui, en août 1996, parcourt une distance de 38,84 km en ligne droite. Ce même avion atteint deux ans plus tard une altitude record pour l’aéromodélisme de 1283 m.
Solar Solitude en 1996
Cela est sans compter sur Wolfgang Schaeper et son Solar Excel, qui de 1990 à 1999 réussit d’importantes performances. Celui-ci réalisa, par exemple, un vol d’une durée de 11 h 34 mn 18 s à une altitude de 2065 m.
Solar Excel en 1990
La volonté d’un vol solaire « habité »
Après avoir réalisé des expériences sur modèles réduits solaires, les pionniers ont compris et vu qu’il était possible de les faire voler lors de bonnes conditions d’ensoleillement. Ainsi, parallèlement à la recherche de performances techniques, la volonté d’un vol habité propulsé par la seule énergie solaire, fait son apparition dès les années 1970.
Le 19 décembre 1978 est testé le Solar One par les Anglais David Williams et Fred To, mais cela se solde par un échec. Puis, le 29 avril 1979, Larry Mauro vole avec le Solar Riser pour la première fois sur 800 m, à une altitude variant entre 1,5 m et 5 m. Malgré les 350 W fournis par les cellules photovoltaïques, le moteur n’est pas alimenté ; c’est pourquoi, l’utilisation d’une batterie (pack Nickel-Cadmium) est nécessaire.
Solar Riser en 1979
Mais la volonté des scientifiques est justement de n’utiliser que l’énergie solaire et d’ôter toute utilisation de batteries de stockage d’énergie. Aux Etats-Unis, l'équipe de Paul MacCready développe le Gossamer Penguin. Ce dernier, piloté par le fils de Paul âgé de 13 ans, effectue le premier vol habité le 13 mai 1980.
Paul MacCready
Gossamer Penguin and Marshall McCready en 1980
Néanmoins, il faut concevoir un nouvel avion car le Gossamer Penguin n’est pas très fiable en matière d’altitude. La même équipe développe et construit le Solar Challenger qui a pour but de traverser la manche. Ce dernier, d’une envergure de 14 m et doté de 16 128 cellules photovoltaïques assurant une puissance de 2,5 kW, mène à bien ses objectifs. En effet, il réalise 262,3 km en reliant une commune proche de Paris à la base de Manston, près de Londres, en 5 h 23 mn, le 7 juillet 1981.
Solar Challenger en 1981
En même temps en Europe, Günter Rochelt construit le Solair I et fait ses premiers vols, mais son avion manque d’énergie lors de l’ascension, c’est pourquoi il utilise une batterie Ni-Cd. Le 21 août 1983, il réalise un vol d’une durée de 5 h et 41 mn.
Solair I en 1981
Eric Raymond, lui aussi, veut créer son avion solaire en côtoyant ce milieu, en fréquentant Rochelt notamment. C’est ainsi qu’il entreprend, en 1986, le design de son avion, le Sunseeker. Ce dernier, d’une masse de 89 kg, est un moto-planeur solaire, équipé de cellules solaires en silicium amorphe. Quatre ans plus tard, Eric, à bord de son avion, réalise une traversée des Etats-Unis en 21 étapes, ce qui le fait voler pendant 121 heures au total. Son étape la plus longue est de 400 km.
Sunseeker en 1990
En mémoire d’Albrecht Berblinger, un constructeur aéronautique, divers concours ont lieu régulièrement dans la ville allemande d’Ulm : le but du concours est d’atteindre une altitude de 450 m avec des batteries, et de maintenir un vol horizontal par le biais d’une puissance d’énergie fournie par l’avion égale à 500 W/m² au minimum. C’est Icare 2 du Professeur Voit-Nitschmann de l’université de Stuttgart qui remporte le prix le 7 juillet 1996 (envergure de 25 m pour 26 m² de cellules).
Icare 2 en 1996
Ensuite, les Américains prennent en main le domaine de l’aviation solaire et développent le Pathfinder qui est inauguré en 1993. Celui-là réalisa en 1995 un nouveau record d’altitude de 15 392 m, qu’il améliora deux ans plus tard en 1997, lors d’un vol jusqu’à l’altitude de 21 802 m.
Pathfinder
Dans le même temps s’est développé et construit le prototype Centurion, réalisé afin de pouvoir mener à bien des missions scientifiques, d’imagerie ou de communication. Il peut emmener des quantités importantes de matériels pour ces études et peut voler à plus de 24 000 m d’altitude.
Centurion
Le dernier de ces prototypes américains, développé par la société Aerovironment pour la NASA, se nomme Helios. Malgré l'inconvénient que présente ce nouvel appareil de ne pas pouvoir embarquer un pilote, sa réalisation est très importante pour l'histoire de l'aviation solaire. Ce prototype établit à son tour un nouveau record du monde puisqu’il vole à plus de 29 261 m d’altitude en 2001. Il est détruit en plein vol deux ans plus tard et chute dans l'océan Pacifique, probablement en raison de turbulences ou de défaillances au niveau de sa structure.
Helios
Quelques années plus tard, Alan Cocconi le 22 avril 2005, avec son avion le Solong, atteint ses objectifs et ceux de la NASA, puisqu’il le pilote pendant 24 heures et 11 minutes. Deux mois plus tard, ce même "drône" puisqu’il n’a pas de pilote à bord, vole 48 heures grâce à l’énergie solaire utilisée par les cellules photovoltaïques et stockée par les batteries.
Solong en 2005
La compagnie anglaise QinetiQ et ses avions Zephyr s’essaient depuis 2005 dans cet exercice, et c’est le 10 septembre 2007, que le nouveau record de durée de vol pour un avion « non habité » est établi, soit 54 heures. Du 9 au 23 juillet 2010, ce même avion, le Zephyr, réalise une durée de vol égale à 336 h et 22 mn, soit 14 jours, c'est le vol le plus long de l’histoire solaire.
Zephyr en 2005
Les progrés techniques ont sensiblement amélioré les capacités de vol, la taille de ces avions a augmenté, mais les scientifiques ne se contentent pas de cela car leur volonté est d'ajouter le facteur humain dans cette prouesse technique. La volonté est clairement affichée de faire voler un avion solaire « habité » sur de longues distances. C’est justement le souhait d’André Borschberg et de Bertrand Piccard qui, après avoir annoncé leur souhait en 2003, vont, entre 2004 et 2006, développer le concept du Solar Impulse. Après la réalisation du prototype HB-SIA entre 2007 et 2009, le premier vol de nuit de l’histoire de l’aviation solaire avec un pilote à bord a lieu le 7 juillet 2010. Ensuite, un premier vol international de 630 km sera effectué le 13 mai 2011, joignant la Suisse à la Belgique.
Solar Impulse, le HB-SIA
Un deuxième prototype du Solar Impulse, le HB-SIB, est en fabrication depuis 2011 et sera destiné à des missions de longues durées. (voir partie Etapes du projet pour plus de détails)
Solar Impulse, HB-SIB
Ainsi, l'histoire de l'aviation solaire a été marquée par de nombreuses évolutions techniques. La perspicacité des chercheurs, des scientifiques nous permettra certainement d'assister à de belles découvertes dans le futur.
