Qu’est-ce qu’un avion solaire ?
Le principe des avions solaires repose sur l’utilisation de panneaux photovoltaïques pour alimenter les moteurs électriques et les systèmes à bord, permettant ainsi un vol écologique et durable.
- Estimer la consommation d’énergie : La consommation d’énergie d’un avion solaire dépend principalement de la résistance aérodynamique, du poids de l’avion et de la vitesse de croisière. Pour estimer la consommation d’énergie, il faut d’abord déterminer la puissance nécessaire pour maintenir l’avion en vol à la vitesse de croisière souhaitée.
- Calculer la production d’énergie solaire : Pour estimer la production d’énergie solaire, il faut tenir compte de la surface totale des panneaux solaires installés sur l’avion, de l’efficacité des cellules solaires et de l’irradiance solaire moyenne. La production d’énergie solaire (en watts) peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
Production solaire = Surface des panneaux × Efficacité des cellules × Irradiance solaire
- Estimer la capacité de stockage nécessaire : La capacité de stockage requise pour l’avion solaire dépend de l’autonomie souhaitée et de la différence entre la production d’énergie solaire et la consommation d’énergie. La capacité de stockage (en wattheures) peut être estimée à l’aide de la formule suivante :
Capacité de stockage = (Consommation d’énergie – Production solaire) × Durée de vol souhaitée
- Prendre en compte les pertes et les inefficacités : Il est important de tenir compte des pertes d’énergie dues à l’inversion de courant, à la résistance interne des batteries et à d’autres inefficacités du système. Un facteur de sécurité doit également être ajouté pour prendre en compte les variations de l’irradiance solaire, les fluctuations de température et l’usure des composants.
Typologie d’avions solaires
- Avions solaires expérimentaux : Ces avions sont conçus pour tester et démontrer la faisabilité de l’énergie solaire dans l’aviation. Ils sont généralement de petite taille et équipés de panneaux solaires couvrant une grande partie de leur surface pour maximiser la production d’énergie. Les besoins en panneaux solaires et en batteries dépendent de la taille de l’avion et des objectifs de vol, allant de quelques kilowatts à plusieurs dizaines de kilowatts.
- Drones solaires : Les drones solaires sont des aéronefs sans pilote qui utilisent l’énergie solaire pour des missions de surveillance, de communication ou de recherche scientifique. Ils sont généralement équipés de panneaux solaires sur leurs ailes et leur fuselage, avec des capacités allant de quelques centaines de watts à plusieurs kilowatts. Les batteries pour ces drones varient généralement de quelques kilowattheures à plusieurs dizaines de kilowattheures.
- Pseudo-satellites solaires : Les pseudo-satellites solaires sont des avions solaires sans pilote conçus pour voler à haute altitude pendant de longues périodes, offrant des services similaires aux satellites. Ces avions sont équipés de panneaux solaires à haute efficacité et de batteries légères pour assurer l’alimentation électrique pendant la journée et la nuit. Les besoins en panneaux solaires varient généralement entre 1 et 10 kW, et les batteries peuvent aller de 10 à 100 kWh.
Projets d’avions solaires
Voici quelques exemples notables d’avions solaires :
- Le Solar Impulse 2 est un avion solaire expérimental qui a réalisé le premier tour du monde en avion solaire en 2016. Piloté par Bertrand Piccard et André Borschberg, cet avion a parcouru 43 000 km en 17 étapes sans utiliser une seule goutte de carburant fossile. Il est équipé de 17 248 cellules solaires sur ses ailes, qui alimentent quatre moteurs électriques et chargent les batteries pour le vol nocturne.
- Le Sunseeker Duo est un avion solaire biplace développé par Solar Flight. Il est équipé de panneaux solaires sur ses ailes et sa queue, qui génèrent jusqu’à 2,5 kW d’énergie pour alimenter le moteur électrique et charger les batteries. Le Sunseeker Duo a effectué son premier vol en 2014.
- SolarStratos est un avion solaire expérimental développé par la société suisse SolarXplorers. Cet avion est conçu pour atteindre une altitude de 25 000 mètres en utilisant uniquement l’énergie solaire. Il est équipé de 22 m² de panneaux solaires sur ses ailes, alimentant un moteur électrique de 32 kW et des batteries lithium-polymère.
- Zephyr est un avion solaire sans pilote développé par Airbus Defence and Space. Il s’agit d’un système de pseudo-satellites à haute altitude (HAPS) conçu pour des missions de surveillance et de communication. Zephyr utilise des panneaux solaires pour alimenter ses moteurs électriques pendant la journée et des batteries pour voler la nuit. Il détient le record du vol en endurance pour un avion sans pilote, ayant volé pendant 25 jours consécutifs en 2018.