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La chimie fait voler Solar Impulse

Sylvie Latieule

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Solar Impulse en chiffres

- 63,4 m d'envergure

- 200 m2 de surface de cellules solaires

- 1,6 tonne de poids total

- 400 kg de batteries lithium-ion

- 8 kg/m2 de densité, 5 fois moins qu'un planeur

- 10 kW de puissance moyenne (10 CV)

- 70 km/h en vitesse de croisière

- 12 000 m d'altitude

La chimie fait voler Solar Impulse

© Solar Impulse

Partenaire de la première heure du projet, Solvay est embarqué à l'intérieur de l'avion à travers 6 000 pièces réalisées à partir de ses produits chimiques et ses polymères.

Solar Impulse a tenu ses promesses en rejoignant l'aéroport du Bourget quelques jours avant l'ouverture du salon international de l'aéronautique. Cet avion expérimental, propulsé à l'énergie solaire, était l'invité d'honneur de la 49e édition qui s'est tenue du 20 au 26 juin, aux côtés de superstars de l'aviation mondiale comme l'A380 d'Airbus ou le Boeing 787 Dreamliner. Cet avion solaire est né en 2003 de l'idée folle du Suisse Bertrand Piccard de réaliser un tour du monde dans un objet volant sans carburant, alors qu'il venait tout juste de boucler un tour du monde en montgolfière, tributaire du propane qu'il avait embarqué. Ce rêve est en passe de voir le jour puisque l'avion solaire, qui a conduit avec succès de nombreux essais depuis son premier vol en décembre 2009, programme un premier vol transatlantique en 2013, avant un tour du monde avec escales en 2014.

Cette prouesse technologique de faire voler un avion uniquement grâce aux photons du soleil n'est pas à mettre à l'actif des grands constructeurs aéronautiques qui n'ont pas investi dans ce projet. En revanche parmi les partenaires de la toute première heure, on trouve le groupe Solvay, un des grands noms de la chimie mondiale. « Nous avons été séduits par les valeurs de ce projet en termes d'innovation, d'esprit pionnier et de compétences technologiques, car ce sont les valeurs du groupe » explique Claude Michel, directeur du partenariat Solvay/Solar Impulse. Dans ce projet, Solvay apporte une participation financière à hauteur de 10 millions d'euros sur la période 2004-2014 sur un budget global de 75 M€. Mais Solvay se trouve aussi à bord de Solar Impulse à travers 11 produits différents (principalement des polymères), contribuant à 25 applications et plus de 6 000 pièces. De par leur faible densité, les polymères et les composites étaient les matériaux les mieux placés pour entrer dans la construction de cet avion de 1 600 kg, poids minimum pour embarquer un pilote, des appareils d'instrumentation, 200 m2 de cellules photovoltaïques (correspondant à 63,4 m d'envergure), 400 kg de batteries lithium-ion pour stocker de l'énergie pour les vols de nuits.

Si le groupe Solvay n'a pas développé de produits spécifiques pour les besoins de ce projet, il a ouvert à Solar Impulse son large portefeuille de polymères de spécialités et de produits chimiques. Il a aussi mis à disposition du projet une équipe d'une dizaine de chercheurs pour réaliser quelques développements, en marge de leurs programmes de recherche. Claude Michel cite par exemple la mise au point d'un procédé breveté d'encapsulation des cellules photovoltaïques à base de polymères PVDF Solef et ECTFE Halar pour améliorer leur résistance mécanique ainsi que leur résistance aux radiations UV. Des produits Solvay interviennent également au niveau des batteries comme le PVDF Solef utilisé comme liant pour la fabrication des électrodes ou le FIEC (carbonate d'éthylène monofluoré), composant de l'électrolyte. On peut également citer la présence de polyamide-imide Torlon dans la structure nid d'abeille prise en sandwich entre deux voiles de fibres de carbone qui est au cœur de la structure de l'avion (longerons d'ailes et stabilisateurs arrière). Le solvant fluoré Solkane 365mfc est utilisé comme agent de gonflage pour des mousses polyuréthane logées dans le cockpit. Enfin, de multiples petites pièces (paliers, axes, charnières) ont été réalisées avec des polymères techniques de Solvay, notamment le polyphénylsulfone Radel, le polyarylamide Ixel, le polyphtalamide Amodel, le polyétheréthercétone Ketaspire. « Typiquement les 60 pièces réalisées uniquement pour la boîte de commande de puissance ont permis un gain de 650 g par rapport aux solutions métal », illustre Claude Michel.

Mais au-delà de l'image positive, le groupe Solvay peut-il espérer tirer avantage de cette aventure technologique ? Pour Claude Michel, il ne fait aucun doute que son groupe en tirera des opportunités de business. « C'est un tremplin pour la R&D. Le projet Solar Impulse donne de la visibilité et de la confiance dans nos produits. Déjà, nos usines qui produisent du PVDF Solef ou du ECTFE Halar tournent à plein régime. A Tavaux, qui est le seul endroit au monde où nous produisons du PVDF Solef, nous venons d'annoncer un investissement de 26 millions d'euros pour répondre à la demande » a-t-il ajouté.

Au-delà, Solvay espère bien se faire une place plus importante dans le secteur aéronautique. « Nous travaillons par exemple à la réalisation de nouveaux chariots pour équiper l'intérieur des avions à partir de Polysulfone Radel. Cette solution permettrait un gain de poids de 20 kg par rapport à un chariot en métal, sachant qu'un avion peut utiliser plus d'une dizaine de chariots », illustre Claude Michel.

Maintenant que le premier prototype de Solar Impulse a fait ses preuves, l'objectif est d'en construire un second pour le survol de l'Atlantique. Son poids sera légèrement supérieur, de l'ordre de 2 000 kg pour apporter davantage de confort et d'instrumentation au pilote. Du coup, la surface de cellules photovoltaïques devrait être portée à 220 m2 conduisant à une envergure d'aile de 70 à 80 m. L'avion volera toujours à 70 km/h en vitesse de pointe.

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Bayer également contributeur

Si Solvay compte parmi les partenaires principaux avec Omega, Schindler et Deustche Bank, le chimiste Bayer Material Science s'est immiscé dans l'aventure en 2010 en tant que partenaire officiel. Outre sa participation financière, il apporte son expertise dans les polymères de performance. Pour le premier prototype, le groupe a notamment conçu des mousses polyuréthanes rigides dans le capotage du moteur et le cockpit pour l'isolation thermique et la protection contre les chocs, ainsi que des dispersions polyuréthanes sur les revêtements textiles de la face inférieure des ailes. Pour le prochain appareil, le groupe travaille notamment sur des applications de ses Baytubes, « des nanotubes de carbone qui pourraient intervenir pour alléger certaines fonctions, et améliorer l'efficience des batteries », note François Laurent, directeur de la division MaterialScience France. Des polycarbonates Bayer seront aussi utilisés pour une verrière ultra-légère de cockpit afin d'accroître la résistance aux chocs et aux ultra-violets tout en limitant le poids, et pour l'encapsulation des cellules photovoltaïques. S.L. et J.C.

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