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Les performances des matériaux décollent avec Solar Impulse

À Payerne, Julien Cottineau

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L'avion solaire révolutionnaire va prendre les airs avant un tour du monde inédit en 2015. Véritable laboratoire volant, Solar Impulse embarque avec lui des matériaux innovants, développés notamment par les chimistes Solvay et Bayer.

Son envergure dépasse de 3 mètres celle du dernier plus gros porteur de Boeing, le 747-800. Dans son hangar de l'aérodrome de Payerne, en Suisse, Solar Impulse 2 ne peut déployer ses 72 m d'ailes qu'en largeur. Avec ses 2 300 kg, dignes d'une voiture, et une puissance maximale de 70 CV, soit une puissance moyenne sur 24 heures relative à celle d'une petite moto, cet avion révolutionnaire n'a rien à voir avec ses congénères, qu'ils soient de ligne, de tourisme ou militaires. Plus encore que son profil et ses mensurations, la différenciation principale réside dans le fait que l'énergie solaire se substitue à 100 % au kérosène pour le faire voler. Le bébé des Suisses Bertrand Piccard, explorateur et psychiatre, et André Borschberg, ingénieur et entrepreneur, a mis plus de dix ans à naître. Son prédécesseur, le Solar Impulse immatriculé HB-SIA, lui a tracé une voie royale auréolée de huit records du monde, dont celui d'un vol continu de vingt-six heures sans la moindre goutte de carburant, en étant juste propulsé à l'énergie solaire, même de nuit ! L'exemplaire n°2, le HB-SIB, aura aussi fort à faire. Après une phase de tests en vol qui a démarré en mai dernier, il a rendez-vous avec l'histoire. En 2015 lui est promis un impensable tour du monde qui partira du Golfe Persique pour traverser l'Inde, le Sud-Est asiatique, les océans Pacifique et Atlantique via les États-Unis, puis l'Europe du Sud ou l'Afrique du Nord. Le voyage, avec escales pour un relais des pilotes - puisque le cockpit ne peut en emporter qu'un seul à la fois -, l'obligera à effectuer des vols qui pourraient aller jusqu'à cinq jours et cinq nuits complets. L'objectif n'est pas de tracer une voie innovante pour le transport aérien car les avions de ligne ne voleront très probablement jamais qu'à la seule énergie solaire. Non, l'idée est de montrer que les « technologies propres et les énergies renouvelables permettent d'accomplir l'impossible », assure Bertrand Piccard.

Solar Impulse ne fait pas rêver que ses deux pilotes et géniteurs ainsi que leur équipe de 80 personnes. Depuis 2004, une multitude de partenaires s'est jointe à l'aventure. Issus de tous horizons mais surtout de l'industrie et des hautes technologies au regard des défis imposés. Solvay et Bayer sont les deux géants de la chimie à avoir mis un pied à bord. Le groupe belge a embarqué dès le début, en 2004, rejoint en 2010 par son concurrent allemand. Tous comme les autres partenaires, ils évoquent Solar Impulse comme un laboratoire volant. À leur charge : l'allégement des matériaux, et le développement de technicités et de propriétés innovantes de très haute performance. Bayer et Solvay ont ainsi mis le pied à l'étrier pendant des années avec l'objectif de repousser les limites de leurs matériaux. « Cela a été un catalyseur pour aller plus loin », s'enthousiasme Bernd Rothe, chef de projet Solar Impulse chez Bayer. Ce challenge technique a poussé à « se remettre en question », à avoir recours à « des technologies existantes mais pas encore utilisées » et à « montrer jusqu'où les technologies d'aujourd'hui peuvent aller. Et pas que pour l'avion solaire ». Outre-Rhin, à Leverkusen, Bayer a constitué, entre 2010 et fin 2013, une équipe de 30 chimistes et ingénieurs. L'un des défis auxquels ils se sont confrontés est l'isolation du cockpit. Non pressurisé, il doit être capable d'affronter des variations de températures allant de - 40 à 40 °C. Le groupe a ainsi poussé les performances isolantes de ses mousses rigides polyuréthanes, celles de ses feuilles de polycarbonate de haute performance pour la vitre, et mis au point des composites en fibres de carbone et polyuréthane pour remplacer la résine époxy dans les fermetures de la porte. Les travaux ont aussi porté sur une mousse rigide polyuréthane ultra-isolante pour les quatre nacelles qui contiennent chacun un moteur, une hélice et une batterie lithium-polymère. Enfin, Bayer a développé des adhésifs thermiques pour la voilure, ou encore utilisé certains de ces matériaux pour la conception du revêtement argenté couvrant une partie de l'appareil.

 

Dénicher de nouveaux marchés

 

De son côté, Solvay disposait d'une équipe d'une douzaine de chercheurs répartie en Europe et en Amérique du Nord. Au bout de 10 ans de travaux, le chimiste belge comptabilise 13 de ses produits différents et plus de 6 000 pièces à bord. Les 17 248 cellules photovoltaïques de l'avion sont ainsi protégées par un film de polymère ultra-mince pour une étanchéité totale, et les interstices entre chaque cellule sont recouverts d'un adhésif PVDF (polyfluorure de vinylidène) pour assurer une flexibilité optimale et épouser la courbure des ailes. Dans les batteries, Solvay a ajouté des composants PVDF dans les accumulateurs lithium-ion pour une densité énergétique accrue. Dans le domaine de l'allégement, le chimiste belge a eu recours à un agent moussant qu'il a allié au polyuréthane isolant ultraléger de Bayer pour le carénage du cockpit, à un polyamide-imide intégré à la structure en nid-d'abeilles reliant les feuilles de fibres de carbone composant les ailes, à des ultra-polymères (comme du polyphénylène auto-renforcé ou des polyétheréthercétones) pour des éléments de fixation et des vis, ou encore à du polyamide 6 pour les attaches d'éclairage sur les ailes et les boîtiers pour les équipements du cockpit.

Ces développements ne vont pas s'arrêter au seul défi du Solar Impulse. Bayer et Solvay ont rebondi sur ce projet pour dénicher de nouveaux marchés. Le groupe belge évoque ceux de la protection des panneaux solaires, des aménagements intérieurs (notamment pour les avions), des batteries d'ordinateurs ou encore des téléphones portables. Bayer recense de son côté des applications nouvelles et en développement dans l'isolation des systèmes réfrigérés, le bâtiment et les voitures électriques. « De Solar Impulse sont nés d'autres projets pour nos matériaux », se félicite ainsi Bernd Rothe. Lequel estime que certaines applications « sont peut-être déjà en avance mais pourront servir d'ici un à trois ans ». Les efforts de Bayer et Solvay décolleront, aussi, loin de l'avion solaire.

 

Ces développements ne vont pas s'arrêter au seul défi du Solar Impulse.

 

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