Appareil monoplace à moteurs électriques alimentés uniquement par l'énergie solaire, le prototype Solar Impulse 1 (HB-SIA) puis l'avion final Solar Impulse 2 (HB-SIB) ont été construits à partir de 2003 à l'initiative des Suisses Bertrand Piccard et André Borschberg, à l'École polytechnique fédérale de Lausanne. Double défi: aucun avion solaire avec un pilote à bord n'avait jusqu'ici réussi à voler durant une nuit complète. Et la conduite de Solar Impulse nécessite une grande vigilance de la part du pilote en l'absence de pilote automatique.
Solar Impulse 2 décolle le d'Abou Dabi avec des escales pour changer de pilote et présenter l’aventure au public ainsi qu'aux autorités politiques et scientifiques. Il achève avec succès son tour du monde le , en atterrissant à Abou Dabi après avoir parcouru 43 041 km en 17 étapes uniquement grâce à l'énergie solaire.
Organisation
Le projet est initié par:
Bertrand Piccard, psychiatre et aéronautesuisse, vainqueur du premier tour du monde en ballon en 1999 avec le pilote britannique Brian Jones. La famille Piccard a réalisé antérieurement plusieurs premières dans le domaine de l'aéronautique: la capsule pressurisée et la première ascension stratosphérique en ballon (Auguste Piccard, grand-père de Bertrand Piccard), le premier record de plongée en bathyscaphe (accompli par Don Walsh, lieutenant de l'US Navy et commandant de bord, et Jacques Piccard, père de Bertrand);
Lancé en 2003, il fonctionne avec une équipe de 70 personnes en 2012, puis de 150 personnes environ en .
La réalisation du projet est aussi assurée par une centaine de partenaires, instituts de recherche et PME:
premier partenaire: Semper Gestion, à l'époque dirigée par Éric Freymond, est le premier supporter officiel à avoir soutenu le projet dès 2004;
partenaires principaux: ABB, entreprise helvético-suédoise dont le siège social est basé à Zurich, Solvay, groupe belge fondé par Ernest Solvay, Omega, société suisse d'horlogerie appartenant à Swatch Group, Deutsche Bank et Schindler;
L'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) est sa conseillère scientifique officielle, le groupe Altran et Dassault Aviation ses consultants aéronautiques.
Solar Impulse bénéficie également depuis du parrainage de la Commission européenne. L'avion a été décrit dans divers ouvrages universitaires.
Technologie
La démarche de Solar Impulse est à la fois scientifique et technologique, par toutes les recherches qu’elle implique. Ce défi technologique est aussi celui d'une innovation industrielle, sans parler de la prouesse sportive réalisée par les pilotes.
Le Solar Impulse est fondé sur des technologies devenues matures au début du XXIesiècle, comme les cellules photovoltaïques, les batteries au lithium-polymère et les matériaux ultra légers en fibre de carbone. Pour que le projet aboutisse, chaque élément de l'avion a été conçu et optimisé pour réduire la masse de l'avion, augmenter son aérodynamisme, réduire sa consommation d'énergie et maximiser le rendement des cellules photovoltaïques,,.
Bien que ces avions puissent fonctionner sans source d'énergie extérieure, leurs développement, fabrication et maintenance font appel à des énergies fossiles. De plus les faibles performances en termes de charge utile et vitesse des avions solaires rendent les applications pratiques peu probables dans un futur proche.
Système de propulsion: Sous les ailes sont fixées quatre nacelles, contenant chacune un moteur électrique conçu par la société ETEL, une batterie de 70 accumulateurs, un système de gestion de la charge/décharge (BMS) et de la température. L'isolation thermique a été conçue pour conserver la chaleur produite par les batteries et garantir leur fonctionnement malgré les températures de l'ordre de −40°C rencontrées à 8 500 m. Chaque moteur a une puissance maximale de 7,35 kW (10ch). Les hélices bipales, de 3,50 m de diamètre, tournent à une vitesse de 200 à 400tr/min.
Énergie solaire: Les 17 248 cellules photovoltaïques en silicium monocristallin sont ultrafines (166 µm)[réf.souhaitée]. Elles ont été sélectionnées pour leur rapport optimal[réf.souhaitée] poids/rendement. L’énergie contenue dans les batteries et l'énergie emmagasinée en prenant de l'altitude durent jusqu’au lever du soleil et permettent à l’avion de poursuivre sa mission.
Capacité de stockage: Avec une densité énergétique de 200 Wh/kg en 2012 (260 en 2015), les accumulateurs nécessaires pour le vol de nuit pèsent 400 kg (plus du quart de la masse totale de l'avion). Ce paramètre oblige à réduire drastiquement la masse du reste de l’avion, à optimiser toute la chaîne énergétique et à maximiser le rendement aérodynamique par un grand allongement et un profil d’aile conçu pour les basses vitesses.
Autonomie: L'autonomie de vol de l'avion Solar Impulse est théoriquement perpétuelle. Elle est néanmoins contrainte par son pilote: nécessité d'emporter des vivres (eau, nourriture) de l'oxygène pour respirer dans les plus hautes altitudes, et le cumul de fatigue (cinq jours de vol).
Pilotage: Aucun avion solaire avec un pilote à bord n'avait réussi à passer une nuit en vol et, en l'absence de pilote automatique, la conduite de l'appareil nécessite une grande vigilance de la part du pilote. Le prototype ne peut pas effectuer un virage avec une inclinaison supérieure à 5°, du fait de sa très grande envergure et de sa faible vitesse. Si tel était le cas, la voilure pourrait décrocher et la situation serait irrécupérable. André Borschberg précise qu'il "ne se pilote ni comme un avion traditionnel, ni comme un planeur et est difficilement manœuvrable". Il est également contraint par la météo: L'avion doit éviter au maximum les nuages, la pluie, les turbulences, et sa faible vitesse 62km/h ne lui permet pas de lutter contre un vent moyen.
Solar Impulse 1 (HB-SIA)
Prise de vue de l'avion prototype dévoilé le à Dübendorf.
Le prototype du premier avion, HB-SIA, pèse 1 600 kg pour une envergure de 63,4 m. Dépourvu de cabine pressurisée, il a pour mission de vérifier par l’expérience les hypothèses de travail ainsi que de valider la sélection des technologies et procédés de construction.
Des capteurs solaires aux hélices, la chaîne de propulsion de Solar Impulse est optimisée pour avoir le rendement le plus élevé possible. Son design a été pensé pour résister aux conditions hostiles que subissent les matériaux et le pilote en haute altitude, en intégrant les contraintes de poids aux impératifs de résistance.
À partir de 2012, réalisation d'un deuxième avion, immatriculé HB-SIB. Ce dernier n'a pas de cabine pressurisée mais les pilotes pourront s'allonger complètement et pourront effectuer des missions de longue durée, des traversées sans escale d'un continent et de l'océan Atlantique.
L'appareil, baptisé SI2 et immatriculé HB-SIB, reprend les caractéristiques du prototype, avec des dimensions un peu plus grandes, et reste monoplace, et non biplace comme il avait un temps été envisagé.
Le 26 avril 2026, le Solar Impulse 2 s'envole de Stennis (Mississippi, États-Unis) pour un vol militaire en exercice avec la Marine des États-Unis. Il reste en vol pendant 8 jours et 14 minutes, battant le record du plus long vol à l'énergie solaire perpétuelle dans le cadre d'une mission militaire. Mais les conditions météos l'empêchent de retourner à son point de départ, et le pilote doit procéder à un abandon contrôlé du véhicule. L'appareil s'écrase dans le Golfe du Mexique le 4 mai.
Caractéristiques du HB-SIB, l'avion du tour du monde
Solar Impulse (HB-SIA) décolle pour la première fois le à Dübendorf.
1999: premières réflexions de Bertrand Piccard sur le projet Solar Impulse.
2003: rencontre avec André Borschberg, un des deux pilotes, et Éric Freymond, directeur de Semper Gestion et premier investisseur du projet; étude de faisabilité à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et annonce du défi, soit le tour du Monde à l'énergie solaire en 2009.
2004-2006: développement du concept.
2007-2008: conception et fabrication du prototype immatriculé HB-SIA (Hotel Bravo Sierra India Alpha, HB faisant référence au préfixe d’immatriculation aéronautique de la Suisse, et les lettres SI correspondent à l'abréviation de Solar Impulse).
: présentation du premier prototype de Solar Impulse HB-SIA à Dübendorf.
du 7 au : premier vol de 26h9min sans interruption (vitesse moyenne de 23 nœuds, altitude maximum 28 000 pieds), incluant une nuit entière.
: premier vol international du HB-SIA entre l'aérodrome militaire de Payerne (Suisse) et l’aéroport de Bruxelles (Belgique). Piloté par André Borschberg, l'avion a parcouru 630 km durant 13 heures, à la vitesse moyenne d'environ 50km/h et à une altitude d'environ 12 000 pieds.
: après un premier essai (), André Borschberg a finalement rallié la destination finale de cette mission, l'aéroport de Ouarzazate, où a été inaugurée la centrale solaire Noor développée par l'Agence marocaine de l'énergie solaire (MASEN).
: Bertrand Piccard accomplit la première étape de la mission Across America, un vol de dix-huit heures de San Francisco à Phoenix.
: Solar Impulse 1 (HB-SIA) réalise la dernière étape de la traversée des États-Unis d'ouest en est, Washington – New York. C'est aussi le dernier vol de Solar impulse 1 (HB-SIA), qui est mis à la retraite à partir de ce jour-là; il sera démonté et rapatrié par avion cargo en Suisse à Dubendorf. Solar Impulse (HB-SIA) a ainsi plus de 400 heures de vol à son actif.
2014: le premier avion Solar Impulse 1 (HB-SIA) est mis en vente, le sponsor Solvay le rachète.
: Solar Impulse 1 (HB-SIA) est exposé à la Cité des sciences et de l'industrie à Paris.
: Solar Impulse 2 (HB-SIB) est livré en pièces détachées par camion à l'aérodrome de Payerne; le premier convoi arrive à 16h dans le hangar.
: la présentation officielle du second prototype Solar Impulse 2 (HB-SIB) a lieu à l'aérodrome militaire de Payerne en Suisse.
: Solar Impulse 2 réalise son premier vol d'essai sur la base militaire de Payerne en Suisse; au pilotage se trouve Markus Scherdel, pilote d'essai allemand, qui a réalisé les premiers vols de Solar Impulse 1 (HB-SIA).
: Solar Impulse 2 décolle à 16h11 après avoir attendu que la brume sur la plaine de la Broye se dissipe. Bertrand Piccard est aux commandes pour la seconde fois; une heure plus tard c'est le retour car la brume se réinstalle sur la base aérienne de Payerne. Une vingtaine de personnes sont présentes sur le monticule qui jouxte la piste[réf.nécessaire].
26 avril 2026: Dans le cadre d'un exercice avec la Marine des États-Unis, le Solar Impulse 2 décolle de Stennis (Mississippi), et parvient à battre le vol du plus long vol militaire à l'énergie solaire perpétuel dans le cadre d'une mission militaire. Cependant, il ne parviendra pas à revenir à son point de départ.
4 mai 2026: alors qu'il vient de battre ce record, le Solar Impulse 2 ne parvient pas à revenir à son point de départ à cause de conditions météos. Le pilote doit procéder à son abandon contrôlé, et l'appareil finit par s'écraser dans le Golfe du Mexique.
/: tentative de tour du monde en plusieurs étapes de Solar Impulse 2 décollant puis atterrissant depuis Abou Dabi après un tour du monde, prévoyant de l'accomplir en cinq mois environ dont vingt-cinq jours de vol effectif.
: interruption de la mission à cause d'une panne sur ses batteries.
: après avoir été immobilisé pendant huit mois à Hawaï, l'avion reprend son tour du monde pour rallier la côte ouest des États-Unis.
: Solar Impulse 2 a bouclé la traversée du Pacifique et s'est posé sur la base aérienne de Moffett, au sud de San Francisco, en Californie juste avant minuit, heure locale (7h0GMT), trois jours après son décollage jeudi d’Hawaï.
: Solar Impulse 2 a réalisé sa première étape américaine. Il survole la Californie du nord au sud, tangeante plus de 22 600 ft (6 899 mètres) au-dessus du village historique de Pioneertown, haut-lieu de tournages de westerns, dans les années 1940, avant d'arriver à Phoenix (Arizona).
: au terme d’un périple de 6 272 kilomètres au-dessus de l’océan Atlantique, l’avion Solar Impulse 2 a atterri jeudi à Séville, dans le Sud de l’Espagne.
Du 11 au : André Borschberg vole de Séville au Caire, en survolant les Pyramides avant d'atterrir.
Enfin, le : Bertrand Piccard décolle du Caire pour la dernière étape. Il atterrit à Abou Dhabi le vers 0h5UTC (4h5 à Abou Dhabi), achevant ainsi le premier tour du Monde en avion propulsé uniquement par l'énergie solaire.
Carrière de drone et accident
En 2019, l'appareil est vendu à l'entreprise hispano-américaine Skydweller Aero qui le transforme en drone.
Il est nommé Autonomous Maritime Patrol Aircraft (AMPA) et lors d'un exercice dans le Golfe du Mexique avec l'US Navy, il décolle du
Stennis International Airport(en) dans le comté de Hancock (Mississippi) le 26 avril 2026 et s'abîme en mer au sud de la Floride le 4 mai suite à des mauvaises conditions météorologiques. Skydweller Aero salue «un record de huit jours et quatorze minutes validant la réalité d’un vol à l’énergie solaire perpétuel dans le cadre d’une mission militaire».
Autres projets
Solar Impulse 3 est un projet qui pourrait prendre la forme d’un tour du monde cette fois sans escale, ou avec deux personnes à son bord au lieu d’une.
Solar Ship est un avion cargo dont les ailes sont gonflées à l'hélium en cours de réalisation. Propulsé grâce à l'énergie solaire à l'image de Solar Impulse, il serait capable de transporter 10 tonnes de fret et de se déplacer à une vitesse de 100km/h.
SolarStratos est un projet d'un avion solaire biplace destiné à battre un record d'altitude, à plus de 25 000 m, jamais réalisé avec un avion à propulsion classique.
(fr + de + en) Bertrand Piccard et al., Solar Impulse HB-SIA, Lausanne, Éditions Favre SA, , 173p. (ISBN978-2-8289-1198-0, OCLC905643449).
Louis Boisgibault, L'énergie solaire après Fukushima: la nouvelle donne, Paris, Medicilline, coll.«Les clés de l'énergie» (no1), , 1reéd., 154p. (ISBN978-2-915220-37-7, OCLC848043992).
André Borschberg et Bertrand Piccard, Objectif Soleil: l'aventure Solar Impulse, Paris, Stock, , 356p. (ISBN978-2-234-08083-6).
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