SOLAR IMPULSE

AÉRONAUTIQUE ET DÉFENSE - ÉTUDE DE CAS

  • Enjeu

    Concevoir, construire et voler autour du monde dans un avion à propulsion solaire et prouver le potentiel des sources d'énergie alternatives.

  • Solution

    La société a utilisé la plate-forme 3DEXPERIENCE® de Dassault Systèmes pour concevoir et simuler l'assemblage.

  • Résultats

    Les applications de la plate-forme 3DEXPERIENCE ont permis aux ingénieurs de Solar Impulse de déterminer la meilleure configuration taille-poids pour l'appareil, ainsi que la conception optimale du cockpit. Elles leur ont également permis d'éviter des problèmes d'assemblage avant la phase de construction de l'avion.

Changer le monde avec l’énergie solaire

Tomber en panne d’essence peut être une expérience désagréable. Mais cela peut également ouvrir de nouveaux horizons. Lorsque Bertrand Piccard a effectué le premier vol en ballon autour du monde et sans escale en 1999, il a décollé avec 3,7 tonnes de propane liquide, et a atterri 20 jours plus tard avec seulement 40 kilos restants. « C’était juste », a déclaré B. Piccard. « Je craignais constamment de manquer de carburant. C’était tellement stressant que je me suis fait la promesse que la prochaine fois que j’effectuerai un vol autour du monde, ce serait sans carburant. » C’est ainsi qu’a commencé l’aventure Solar Impulse.

Bertrand Piccard est issu d'une lignée de pionniers. Son grand-père, Auguste Piccard, a conçu un ballon doté d'une cabine pressurisée étanche à l'air, à bord duquel il devint le premier homme à atteindre la stratosphère. Son père, Jacques Piccard, reste à ce jour le plus grand explorateur de la fosse des Mariannes, dans l'océan Pacifique, connue pour être l'endroit le plus profond de la croûte terrestre. Grâce à eux, il a rencontré de nombreux explorateurs, pionniers et astronautes,
parmi lesquels Neil Armstrong et Charles Lindberg, qui devinrent ses modèles et éveillèrent son propre esprit d'aventure. « Quand j'étais enfant, leurs exploits me fascinaient », dit-il. « Les sujets de conversation ne manquaient pas à table. »

Sans Dassault Systèmes, nous n'aurions jamais pu concevoir un avion aussi révolutionnaire.

Bertrand Piccard

Bertrand Piccard – Initiateur, président et pilote

Bertrand Piccard et André Borscherg, co-fondateur et PDG de Solar Impulse, sont amis. Ils vont tenter de voler autour du monde en 2015 à bord de Solar Impulse 2, un avion entièrement propulsé par l'énergie du soleil. Pourquoi Solar Impulse 2 ? « Parce que Solar Impulse 1, le premier appareil que nous avons construit, tenait plus du prototype, du laboratoire volant permettant d'expérimenter différentes situations de vol et conditions météorologiques », nous explique André Borschberg. « Le deuxième avion est conçu pour voyager sur de longues distances, pour une consommation d'énergie réduite et des performances améliorées. C'est cela Solar Impulse 2. »

Lorsque Bertrand Piccard lui présente son projet de circumnavigation à bord d'un avion à énergie solaire, « je lui ai dit que j'avais besoin de 24 heures de réflexion, mais je savais que j'allais dire oui », se rappelle A. Borschberg. Ancien pilote de l'armée de l'air suisse formé comme ingénieur et diplômé de la prestigieuse Sloan School of Management du MIT, André Borschberg est détenteur de brevets de pilote d'avion et d'hélicoptère. Il apporte également plus de 20 années d'expertise commerciale et entrepreneuriale au projet. En tant que PDG, il dirige les 50 personnes de l'équipe technique qui travaillent sur l'avion et compte sur ses compétences d'ingénieur et de chef d'entreprise pour superviser la construction et préparer la mission de vol.

Pas fou, juste confiant

Les fondateurs du projet ont choisi la plate-forme 3DEXPERIENCE® de Dassault Systèmes pour concevoir leur avion « car nous pensons qu'elle offre la meilleure technologie du marché », affirme A. Borschberg. « Tout est nouveau dans cet avion. C'est un projet complexe. Habituellement, lorsque vous concevez un avion, vous utilisez des moteurs qui existent déjà, et si vous voulez concevoir un nouveau moteur, vous utilisez un avion qui existe déjà. Il s’agit ici d’un nouveau type de propulsion. D'une nouvelle source d'énergie. D'une nouvelle structure. Tout est extrêmement complexe. Notre conseiller technique disait que nous étions fous de nous baser sur un logiciel de conception numérique en 3D plutôt que de fabriquer une maquette physique. Mais nous avions confiance dans ces technologies. »

Nous avons choisi la plate-forme 3DEXPERIENCE® de Dassault Systèmes pour concevoir l'avion car nous pensions qu'elle offrait la meilleure technologie du marché.

André Borschberg

André Borschberg – Co-fondateur, PDG et pilote

Conception et simulation numérique

En plus de concevoir l'avion à l'aide des applications 3DEXPERIENCE, les ingénieurs de Solar Impulse ont également pu tester leurs conceptions dans différentes configurations. « Les applications de conception et de simulation de la plate-forme 3DEXPERIENCE étaient extrêmement utiles car elles nous permettaient de développer notre avion sans prototypes physiques, dont la construction est trop longue et trop coûteuse », ajoute A. Borschberg. « Nous avons commencé en concevant et en montant chaque pièce à l'aide des fonctions d'assemblage de la plate-forme 3DEXPERIENCE avant de procéder à la fabrication. Nous avions l'habitude de dire que si ça ne marchait pas dans CATIA, ça augurait de problèmes à venir. Avec CATIA, nous avons fait mouche du premier coup », explique Jonas Schär, directeur de l'équipe de conception. Les ingénieurs ont également utilisé les fonctions de fabrication et de composites de la plate-forme 3DEXPERIENCE, notamment pour définir et optimiser les plis de la structure en fibre de carbone de l'avion et usiner les outils servant à produire nombre des pièces en carbone en interne.

En plus de concevoir l'avion à l'aide des applications 3DEXPERIENCE, les ingénieurs de Solar Impulse ont également pu tester leurs conceptions dans différentes configurations. « Les applications de conception et de simulation de la plate-forme 3DEXPERIENCE étaient extrêmement utiles car elles nous permettaient de développer notre avion sans prototypes physiques, dont la construction est trop longue et trop coûteuse », ajoute A. Borschberg. « Nous avons commencé en concevant et en montant chaque pièce à l'aide des fonctions d'assemblage de la plate-forme 3DEXPERIENCE avant de procéder à la fabrication. Nous avions l'habitude de dire que si ça ne marchait pas dans CATIA, ça augurait de problèmes à venir. Avec CATIA, nous avons fait mouche du premier coup », explique Jonas Schär, directeur de l'équipe de conception. Les ingénieurs ont également utilisé les fonctions de fabrication et de composites de la plate-forme 3DEXPERIENCE, notamment pour définir et optimiser les plis de la structure en fibre de carbone de l'avion et usiner les outils servant à produire nombre des pièces en carbone en interne.

Chaîne de fabrication de transmission de puissance
Ingénieurs construisant l'aile de 72 m de Solar Impulse selon les mesures de l'application CATIA de la plate-forme 3DEXPERIENCE.

L'équipe a rencontré de nombreuses difficultés techniques en chemin. La sécurité et le confort du pilote sont primordiaux si l'on songe qu'ils piloteront 5 jours et 5 nuits d'affilée dans un avion capable de monter à 8 000 mètres où l'hypoxie peut leur être fatale. « Nous avons utilisé les applications 3DEXPERIENCE pour optimiser la disposition et l'ergonomie du cockpit », déclare J. Schär. « Les pilotes se sont entraînés de longues heures à l'intérieur du cockpit, en position assise, en se déplaçant ou en faisant des exercices simples, en mangeant et en dormant. Cela nous a permis de faire les réglages nécessaires pour qu'André et Bertrand puissent bénéficier de conditions aussi sûres et confortables que possible. »

Un autre challenge consistait à garder l'appareil en vol pendant cinq jours et cinq nuits d'affilée. « Sa seule source d'énergie est le soleil. Par conséquent, pour rester en vol, l'avion doit être capable de ne consommer que très peu d'énergie et de disposer d'une grande autonomie », explique A. Borschberg. « Solar Impulse 2 pèse 2,3 tonnes. Il est léger comme une voiture mais son envergure de 72 mètres est supérieure à celle d'un Boeing 747. La simulation numérique nous a aidés à déterminer le bon rapport entre envergure et poids de l'avion pour un vol d'une telle durée. » Enfin, l'équipe Solar Impulse a dû trouver les bons composants. Ceux-ci devaient être à la fois plus légers et plus robustes que les composants existants du marché. « Lorsque nous avons démarré ce projet, nous avons demandé aux fabricants d'avions s'ils étaient capables de construire cet appareil et leur réponse a été négative. Selon eux, c'était impossible », ajoute A. Borschberg. « Nous devions donc trouver de nouvelles technologies et solutions, en dehors du monde de l'aviation, et les intégrer ensuite pour la première fois dans un aéroplane. Nous devions concevoir un avion à énergie solaire complètement révolutionnaire en partant d'une feuille blanche. Sans la 3DEXPERIENCE, cela n'aurait tout simplement pas été possible », affirme A. Borschberg.

Travailler sur un modèle 3D a permis aux ingénieurs de déterminer les caractéristiques d'espace requises pour l'avion-cargo utilisé pour transporter les pièces de l'appareil démonté jusqu'au site de décollage. « CATIA nous a permis d'être sûrs de disposer de suffisamment d'espace », ajoute J. Schär. « L'espace étant limité à bord d'un avion-cargo, nous avons réalisé des simulations en 3D à l'aide des applications 3DEXPERIENCE afin de déterminer la meilleure manière d'utiliser l'espace disponible. Nous les avons même utilisées pour concevoir les équipements de conditionnement et d'expédition de l'appareil ainsi que les installations mobiles pour le personnel au sol. »

Maquette numérique de Solar Impulse

Repousser les limites
de l'impossible

Solar Impulse 2 a effectué son vol inaugural en juin 2014 et enchaînera avec une série de vols d'essai en préparation de son vol de 35 000 kilomètres autour du monde sur 5 mois. Au-delà de l'extraordinaire aventure qui attend les deux pilotes en 2015, Solar Impulse leur permet également de prouver que les énergies propres peuvent changer le monde. Que protéger l'environnement n'est pas une tâche impossible ou ennuyeuse et qu'elle n'implique pas de renoncer à notre qualité de vie ou à notre mobilité. « Nous voulons montrer qu'il est possible d'utiliser des sources d'énergie alternatives pour faire de grandes choses », déclare Bertrand Piccard. « L'exploration est une source d'inspiration. Au XXe siècle, explorer signifiait conquérir de nouveaux territoires. Au XXIe siècle, l'exploration doit être synonyme d'amélioration de la qualité de la vie. Cela concerne les énergies renouvelables ; les technologies propres qui peuvent nous permettre de réduire notre dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles. Sauvegarder l'environnement et devenir des pionniers de nos propres vies, de la manière avec laquelle nous pensons et nous comportons : c'est toute la mission de Solar Impulse. »

Coup de projecteur sur Solar Impulse

Société fondée par le pilote, psychiatre et conférencier suisse Bertrand Piccard et l'ingénieur, entrepreneur et PDG de Solar Impulse André Borschberg pour construire un avion propulsé uniquement par l'énergie solaire.

Produits : Solar Impulse 1 et Solar Impulse 2
Équipe : 50 ingénieurs et techniciens, 80 partenaires technologiques, plus de 100 conseillers et fournisseurs

Pour plus d'informations, www.solarimpulse.com