Solar Impulse: un véritable laboratoire volant, vitrine des technologies propres.

1. 1
UN LABORATOIRE VOLANT
Avant même sa réalisation, le défi du premier tour du monde à l’énergie solaire entrepris par Solar
Impulse avait placé la barre très haut, visant un but que beaucoup croyaient impossible à atteindre.
Une famille de partenaires a ainsi relevé le challenge d’inventer de nouvelles manières de faire pour
trouver les solutions à des problèmes qui, jusqu’alors, demeuraient insolvables. Ils ont mis en syner-
gies leurs différents savoir-faire pour créer des ponts entre les domaines d’expertise de chacun et
repousser ainsi les frontières de la recherche technologique. Ces solutions développées se retrouvent
dans tous les systèmes de l’avion, depuis la structure, jusqu’à l’équipement du pilote. Elles ont fait de
Solar Impulse une arme efficace pour combattre les idées reçues, démontrant l’immense potentiel de
l’esprit pionnier et des technologies propres.
LES INNOVATIONS CLÉS
STRUCTURE feuilles de fibre de carbone de seulement 25g/m²
(0,8 oz./11pi2
.) – 3 fois plus légères que le papier
CELLULES SOLAIRES seulement 135microns d’épaisseur, soit l’épaisseur
moyenne d’un cheveu humain
MOTEURS 3% de déperdition d’énergie contre 70% pour les
moteurs thermiques normaux
BATTERIES densité énergétique élevée – 260Wh/kg(348hp)
COCKPIT mousse isolante aux pores très fins pour isoler
des températures extrêmes en vol
INTERFACE
HOMME-MACHINE
indique au pilote l’angle d’inclinaison latérale de
l’appareil au moyen d’un dispositif de vibration

2. 2
FUSELAGE
Les ingénieurs de Solar Impulse ont mis au point une fibre torsadée, à partir de laquelle ils peuvent
créer un fuselage ultra-léger et incroyablement résistant.
Des matériaux composites
ultra-légers, utilisés en
voile de compétition
Fabriqués par Decision
Inspiré d’une nouvelle technologie en cours d’adaptation pour la construction de yachts
de haute performance, la structure de Si2 est constituée à 83% de matériaux composites
ultralégers. Les ingénieurs ont employé la nouvelle technologie TPT, qui permet de
réaliser des couches de matériaux extrêmement fines, et optimisé le procédé de collage.
Des composites en fibre de
carbone produits en série
pour la première fois
Solution proposée par
Covestro
Une innovation essentielle qui a permis de produire en série des composites en fibre
de carbone et de réduire encore davantage le poids des composants. Ces composites
pourraient permettre de répondre aux limitations de taille comme celles des pales
de rotor dans l’industrie éolienne ou de résoudre les problèmes de temps de cycle
dans l’industrie automobile. Dans le cas de Solar Impulse, les composants en fibre
de carbone ont été utilisés dans le carénage du cockpit pour offrir une résistance
mécanique dans des applications qui exigeraient normalement de la résine époxy.
Ces matériaux composites étaient déjà exploitées commercialement comme conducteur
dans les électrodes.
La technologie ultra-légère
TPT (Thin Ply Technology)
Solution développée par EPFL
et North TPT
Grâce à la nouvelle technologie TPT mise au point par l’entreprise suisse North TPT.
L’avion solaire est doté d’une structure sandwich en carbone, laquelle remplace le
carbone solide renforcé au moyen de résine époxy. Cette innovation a permis de
réduire le poids de certaines couches de matériaux en carbone de 100 g /m²
(3,5oz./11pi2
.) à 25g/m² (0,8oz./11pi2
.).

3. 3
AILES
Cent quarante-quatre nervures ont été méticuleusement placées à 50cm (20po.) d’intervalle par les
ingénieurs de Solar Impulse. Les ailes sont constituées de panneaux solaires sur leur extrados et d’un
tissu ultra-léger sur leur intrados. Le longeron est entièrement composé de panneaux formés de
feuilles en fibre de carbone disposées de part et d’autre d’une structure en nids d’abeilles formant un
«sandwich».
Une résine mince,
imperméable et résistante
aux UV
Conçue par Solvay
Un mince film de copolymère fluoré, potentiellement utilisable dans le domaine des
voitures électriques, protège actuellement les cellules solaires de Solar Impulse.
Lorsque ces cellules fragiles et dépourvues de résistance mécanique sont recou-
vertes de ce film, elles peuvent épouser la courbure des ailes sans casser. Cette
résine de seulement 17 microns d’épaisseur est imperméable et résistante aux UV.
Un système d’atterrissage
ultra-léger
Conçu par Omega
Afin de garantir la visibilité lors des atterrissages de nuit, un système d’éclairage
ultraléger muni de LED a été mis au point. Ces éclairages sont protégés d’un plas-
tique résistant, identique à celui qui se trouve dans les montres Swatch. L’ensemble
du système, y compris le verre de protection, le câblage, ainsi que le connecteur et
le transformateur d’alimentation, pèse à peine 2 kg (4,4 lbs.).
Des cellules solaires aussi
minces qu’un cheveu
Innovation de SunPower
Avec seulement 135 microns d’épaisseur, soit l’épaisseur moyenne d’un cheveu
humain, les cellules solaires de Si2 offrent un rendement inégalé dans le secteur
(22,7%). En comparaison, le rendement des panneaux solaires utilisés sur le toit des
maisons est de 16%. Les meilleures cellules solaires sont celles utilisées pour les
satellites (avec un rendement de 30%), mais elles sont trop lourdes pour l’avion
solaire. Si2 est doté de 17’248 cellules solaires. Les cellules utilisées ont été choisies
pour leur rapport poids/énergie/rendement.

4. 44
NACELLES
Les ingénieurs de Solar Impulse ont mis au point des nacelles en fibre de carbone moulée afin d’en
faciliter l’entretien. Chaque nacelle comporte un moteur, une batterie au lithium-polymère et une hélice.
Un additif spécial pour une
densité énergétique accrue
Solution proposée par Solvay
Déjà exploité dans l’industrie automobile, tout comme dans le domaine des appareils
électroniques portables, le liant PVDF (polyfluorure de vinylidène) offre aux batteries
une densité énergétique accrue. Il a été développé pour les électrodes en utilisant un
additif.
Mousse rigide
ultra-isolante
Innovation de Covestro
Bien que légère, cette mousse aux pores très fins, appliquée pour isoler les batteries
de Si2, offre une résistance structurelle et une rigidité très élevées. Elle est utilisée
dans les secteurs des réfrigérateurs haut de gamme et du bâtiment. Une technologie
d’isolation thermique a été conçue afin d’isoler efficacement le cockpit des
changements extrêmes de température (de -40°C à +40°C). Ainsi, la température des
batteries ne descend jamais en dessous de -20°C, une température susceptible de
réduire leur performance.
Des batteries au taux
d’oxydation réduit
Inventées par Kokam
Les éléments de batterie au lithium-polymère utilisés pour Si2 sont conçus à partir
d’une formule chimique innovante offrant une protection très efficace contre l’oxydation.
Il s’agit d’une nouvelle technologie. Ce sont les batteries qui présentent le meilleur
rapport poids/rendement/durée de vie pour le projet.
Moteurs à courant
continu sans balai et sans
capteur d’une efficience
exceptionnelle
Conçus par Nicolas Wavre, fabriqués
par Etel, aimants et paquet de tôles
par Vacuumschmelze
Les moteurs de Si2 assurent une efficience allant jusqu’à 94%, une technologie inté-
ressante pour les applications demandant un ratio poids/puissance optimisé des
moteurs. Ces moteurs ont été développés avec de nouveaux matériaux, un traitement
inédit des aimants et un procédé de découpage spécial du paquet de tôles pour obte-
nir des tranches très minces, permettant une diminution considérable de la perte de
puissance. Solar Impulse est le premier à utiliser cette technologie révolutionnaire.
Convertisseurs CC/CC
de grande efficience
et banc d’essai pour
systèmes électriques
Développés par Omega
Ces technologies peuvent être utilisées pour tester les systèmes de voitures électriques.
Spécialement mis au point pour Solar Impulse, le banc d’essai a été utilisé pour valider
toute la chaîne des différents éléments électriques de l’avion solaire. Pour le HB-SIB,
Il a permis de fournir aux ingénieurs électrotechniciens de Solar Impulse les données
nécessaires au développement d’un système électrique plus efficient.

5. 5
COCKPIT
Tout le défi pour les électriciens de Solar Impulse était de mettre au point des composants électro-
niques efficaces et capables de fonctionner à des températures extrêmes à partir des matériaux les
plus légers du marché.
Un instrument de vol ultra-
sensible avec système
intégré d’alerte par vibration
Mis au point par Omega
Les avions ordinaires sont généralement équipés d’un système qui informe les pilotes
lorsque leur angle d’inclinaison atteint 40°; dans l’avion solaire les pilotes sont alertés
dès 5°. Conçu pour permettre au pilote de suivre l’évolution de sa trajectoire ainsi que
son angle d’inclinaison pendant le vol, cet instrument Omega émet un signal si l’angle
de l’aile dépasse la limite normale. L’instrument est doté d’un système d’alerte par
vibration, placé à l’intérieur des manches du pilote.
Un dispositif de vibration
assurant la vigilance
du pilote
Conçu par l’EPFL
Le dispositif de vibration de l’interface homme-machine permet de transmettre des
informations au pilote par vibration, réduisant la quantité d’informations visuelles
et auditives.
Un électrocardiogramme
contrôlant le niveau de
fatigue et de vigilance
du pilote
Innovation proposée par l’EPFL
Cet électrocardiogramme a été testé sur des patients opérés depuis peu pour informer
leur médecin de toute anomalie en temps réel. Il pourrait potentiellement être utilisé
dans l’industrie automobile pour détecter les baisses de niveau d’attention des
conducteurs. Ce dispositif porté par le pilote mesure avec précision la courbe de son
rythme cardiaque et contrôle ainsi son niveau de fatigue et de vigilance. De la taille
d’une boîte d’allumettes, il transmet immédiatement les informations si un problème
est détecté.
Un système d’aide au
pilotage sur mesure pour
une plus grande sécurité
Conçu par Altran
Sans le système d’augmentation de la stabilité combiné au système d’alerte et de
surveillance (MAS), le pilote aurait été incapable et interdit de voler plusieurs jours
d’affilée. Le SAS maintienait un plan de vol tandis que le MAS surveillait indépen-
damment le fonctionnement du SAS, le plan de vol, et toutes les données sur l’état
des différent systèmes de l’avion. Si le système se révélait défaillant pendant que le
pilote dormait, le MAS pouvait déconnecter le SAS et réveiller le pilote par voies
sonores, visuelles et tactiles pour le forcer à reprendre le contrôle de l’avion en
seulement 10 secondes.
Un lien vital avec le sol
Solution proposée par Swisscom
Ce dispositif de communication transmet plus de 100 valeurs de données à la mission
room, de la température des moteurs à la position de l’appareil, en passant par la
tension dans les accumulateurs. D’un poids inférieur à 5kg (11lbs.) et ne consommant
pas plus de 50 watts, cette solution constitue le lien vital entre le pilote et le sol. Il a
offert également la possibilité aux fans du projet de se plonger dans l’aventure pendant
les vols du tour du monde.

6. 6
PILOTES
Lors du tour du monde, chaque pilote a volé pendant des durée allant jusqu’à 4 ou 5 jours. Ils ont eu
besoin de 2,4kg (5,2lbs.) d’aliments, de 2,5l (84,5oz.) d’eau et de 1l (38,8oz.) de boisson énergétique
par jour: un poids supplémentaire qui a dû minutieusement être calculé par l’équipe de Solar
Impulse. Pour les situations d’urgence, le siège du pilote disposait d’un parachute intégré et d’un
radeau de sauvetage.
Des fibres intelligentes
pour une température
corporelle stable
Conçues par Solvay
Les vêtements du pilote sont composés de fibres en nylon intelligentes. Celles-ci sont
qualifiées d’«intelligentes» car elles stabilisent la température corporelle du pilote.
Ces fibres non seulement réinjectent de la chaleur infrarouge à la surface de la peau
lorsqu’il fait froid, mais empêchent également le pilote de transpirer lors de périodes
de chaleur intense.
Une solution à faible bande
passante pour diffuser les
images du pilote en direct
Solution proposée par Swisscom
Envoyer des vidéos est toujours un défi, en particulier quand l’antenne doit être petite
et légère. Une solution à faible bande passante a été mise au point avec seulement
50ko/s pour permettre de diffuser des vidéos du pilote en direct de l’appareil pendant
les vols.
Une médecine de haute
altitude pour des pilotes
en pleine forme
Expertise apportée par Hirslanden
Avant et pendant les vols, des conseils médicaux ont été dispensés par des médecins
et des spécialistes en médecine de haute altitude (aviation). Ceux-ci ont apporté aux
pilotes leur expertise en sciences de la nutrition et du sommeil, ainsi qu’en méthodes
de récupération.
Régimes personnalisés
pour les pilotes
Développé par Nestlé Research
Le centre de recherche et de développement de Nestlé Research a travaillé, pendant
plus de quatre ans, aux côtés de Solar Impulse pour pourvoir idéalement aux besoins
nutritionnels des pilotes durant leurs vols. Leur équipe a développé une gamme de
repas et d’en-cas pouvant résister aux variations extrêmes de températures et de
pression, tout en fournissant un régime équilibré et adapté aux exigences d’endurance
dont le pilote devait faire preuve.
Un confort de classe
affaires pour les vols
transatlantique
et transpacifique
Nouvelle technologie conçue par Lantal
Afin de permettre au pilote de rester aux commandes pendant des vols de longue durée
allant jusqu’à 5 jours et 5 nuits, le cockpit de Si2 offre l’espace nécessaire pour étendre
les jambes. Un fauteuil inclinable, ainsi qu’ un coussin gonflable, très léger et ergo-
nomique assurent un confort maximum pour les missions du tour du monde.

7. 7
VOLS DE MISSION
Solar Impulse bénéficie d’outils de planification et de contrôle de vol conçus sur mesure par les
ingénieurs du projet, en étroite collaboration avec des partenaires et des spécialistes du domaine de
l’aviation. Mais pour garantir des vols sûrs et sans incident, Solar Impulse entretient également une
collaboration permanente avec les contrôleurs du trafic aérien.
Une planification
et un contrôle de vol
en temps réel
Solution proposée par Altran
L’outil de planification PLATOO a assuré au Mission Control Center un contrôle de vol
en temps réel. Ce système de haute précision intègre le traitement de données météo-
rologiques, la modélisation ultrafine des phénomènes spectraux, ainsi que des systèmes
de routage prédictif et de calcul des critères de décision de décollage. Les optimisateurs
stochastiques de routage à long terme ont permis des analyses extrêmement fiables
pour définir les stratégies de vol du tour du monde.
Une architecture du
système énergétique
satellite
Conçue par Altran
L’une des clés du succès du projet est la structure du système énergétique qui permet
d’en optimiser l’architecture. Un spécialiste des systèmes énergétiques satellites a
participé à la conception du système car Solar Impulse et les satellites présentent des
similitudes en matière de contraintes et de besoins.
Un soutien technique
et opérationnel pour
des vols sans incident
Services proposés par IATA
Représentant plus de 240 compagnies aériennes, soit 84% du trafic aérien mondial,
l’Association du transport aérien international (IATA) a apporté un soutien technique
et opérationnel à Solar Impulse. Ce soutien a facilité les décollages, les atterrissages,
ainsi que la pleine coopération des gouvernements et des services de navigation
aérienne.
Des vols sûrs au cœur de
l’espace aérien européen
Soutien apporté par Eurocontrol
Eurocontrol a apporté un soutien opérationnel à Solar Impulse pour qu’il puisse voler
dans l’espace aérien des 38 États membres européens. Leurs systèmes et procédures
ont été adaptés aux caractéristiques spécifiques de l’avion solaire, tout en assurant le
bon traitement des quelques 30000 vols quotidiens et l’intégration de l’appareil dans
le trafic aérien très dense.
Une couverture complète
pour le projet
Assurance proposée par Swiss Re
Corporate Solutions
L’assureur commercial a apporté à Solar Impulse la sécurité d’une couverture d’assu-
rance complète. Il a été le seul assureur de ce projet ambitieux d’un tour du monde à
bord d’un avion solaire.
Des relations publiques
garantissant des missions
réussies
Soutien de la Confédération suisse
Les relations publiques et les compétences diplomatiques ont permis de faciliter le
contact avec les autorités aéroportuaires, les personnalités publiques et les représen-
tants institutionnels, garantissant des vols de mission couronnés de succès.

8. 8
L’ESPRIT CLEANTECH
Solar Impulse est soutenu par des entreprises qui s’efforcent par leurs innovations technologiques
ou par leur politique de promouvoir les clean technologies, participant ainsi à la diffusion et à la
crédibilité du message de Solar Impulse.
L’ascenseur solaire
1ère
mondiale Schindler
L’invention d’un nouvel ascenseur mu uniquement à l’énergie solaire s’intègre dans la
volonté de Schindler de trouver des solutions innovantes et respectueuses de
l’environnement pour gérer la mobilité urbaine. L’intégration d’ingénieurs du groupe
dans l’équipe de Solar Impulse a permis d’encourager la recherche et le développement
de nouvelles technologies dans des domaines allant de l’électronique appliquée aux
structures avancées.
Des variateurs pour
économiser l’énergie
Système développé par ABB
ABB fournit des technologies qui améliorent l’efficacité énergétique des systèmes
tout au long de la chaîne de propulsion – depuis la source jusqu’à la distribution.
Le parc installé des variateurs ABB, qui contrôlent la consommation d’énergie des
moteurs électriques, a permis d’économiser 400 TWh, l’équivalent de la consom-
mation annuelle en électricité de 100 millions de foyers européens. L’entreprise est
également le deuxième plus grand fournisseur de variateurs solaires – convertissant
le rayonnement solaire en électricité – et construit actuellement un système de
recharge rapide pour voiture électrique en Chine.
Des plateformes
pour sensibiliser
Technologies offertes par Google
En offrant à des projets comme Solar Impulse les plateformes Google Hangouts,
YouTube, le réseau social Google+ ainsi que les outils nécessaires pour impacter
durablement la jeune génération d’internautes, le géant de l’internet Google contribue
à la prise de conscience mondiale de l’enjeu de développer l’usage des énergies
renouvelables et permet à Solar Impulse d’être toujours plus proches de ses «followers».
Une base quantitative pour
hierarchiser les priorités
d’action environnementales
Savoir mis à disposition par McKinsey
La «Courbe de coût globale des leviers de réduction des gaz à effet de serre» développée
par McKinsey, fournit une base quantitative pour l’évaluation de l’efficacité et des coûts
des clean technologies. La courbe prend en compte des technologies déjà disponibles
et d’autres qui le seront d’ici 2030 avec un fort taux de certitude, encourageant ainsi
à trouver de nouveaux moyens pour optimiser l’énergie et assurer un futur durable.
Celebrate sustainability
Inscrire les succès avec Moët Hennessy
En s’engageant auprès de Solar Impulse et de ses équipes, Moët Hennessy marque
son soutien aux valeurs de la conquête et du dépassement de soi, et reconnaît
l’excellence et l’innovation comme deux moteurs clés des progrès du monde. Alors
que les activités de Moët Hennessy reposent sur le fruit de la terre, il n’est pas de
développement imaginable qui n’intègre le souci permanent du futur. A travers cette
initiative, Moët Hennessy souhaite rendre hommage aux hommes qui sont à la base
de cette aventure, marquant l’histoire à chacun de leur pas.