Solar Impulse 2 : deuxième démonstration d’une impasse technologique

Je croyais que Solar Impulse 1 avait prouvé que les avions photovoltaïques n’avaient aucun avenir. En effet, après avoir dépensé 80 millions d’euros pour transporter un seul passager dans des conditions précaires, on avait démontré que l’énergie solaire incidente sur les ailes de l’avion ne pourrait jamais lui permettre de voler à plus de 100 km/h avec une charge utile comparable à celle du poids des batteries embarquées, à l’instar d’un A320 qui transporte 20 tonnes de charge utile en brûlant 18 tonnes de kérosène.
©Solar Impulse
Je me suis trompé. Le futur de Solar Impulse 1, c’est… Solar impulse 2, comme Apollo 12 a succédé à Apollo 11 jusqu’à ce que la non-finalité du programme Apollo apparaisse aux yeux du grand public et qu’on avorte les dernières missions programmées 18, 19 et 20.

 On a justifié les milliards de dollars dépensés par les retombées technologiques dans les produits grands publics. Mais ces technologies auraient tout aussi bien pu voir le jour dans des programmes de recherches terrestres sans galvauder des millions d’heures d’ingénieurs pour propulser 3 astronautes et leur équipement sur la lune.
La vraie motivation était, en pleine guerre froide, de remporter une sorte de « concours de zizis » entre Américains et Russes, transposé à l’échelle interplanétaire.
Dans le programme Solar Impulse, la justification est peut être un concours similaire que se livre Bertrand Piccard, psychiatre, vis-à-vis de ses géniteurs Jacques, océanographe, et Auguste, physicien, inventeur du bathyscaphe, détenteurs de plusieurs record mondiaux du plus haut ou du plus profond.
Plus grand, plus puissant, plus cher et plus inutile
Les 112 millions de budget de SI2 consentis par les partenaires, dont Solvay, ABB, Google, etc., serviront à construire un nouveau modèle plus grand, plus lourd, plus puissant que SI1 afin de pouvoir voler au moins 120 heures d’affilée à 70 km/h environ et de franchir des océans, alors que le record de vol de SI1 est de 26 heures.
Pour stocker l’énergie solaire captée pendant la journée, il faut la stocker dans 633 kg de batteries au lithium d’une capacité d’environ 165 kWh. Cependant, il est fallacieux de dire que SI1, comme tout véhicule électrique, n’a pas besoin de carburant puisqu’il consomme de la batterie. Celle-ci s’use chaque fois qu’on s’en sert et ne permet qu’un milliers de cycles charge-décharge. Aussi est-il légitime de comparer l’usure de la batterie à l’usage du carburant dans un véhicule.
Dans le cas de SI2, un cycle de 24 h consomme l’équivalent de 633 grammes de batterie dont on peut estimer le coût à 32 €.
En supposant que SI2 transporte 100 kg de charge utile –le passager et son barda – en parcourant 1.680 km en 24 heures, la tonne-kilomètre transportée coûte environ 0,19 € de batterie.
Un point de comparaison est la consommation de 0,11 € de kérosène d’un A320 par tonne-kilomètre. Cet avion peut transporter 20 tonnes à 900 km/h avec un investissement nécessaire pour transporter une tonne de 3 millions d’euros alors que l’investissement du SI2 est de plus d’un milliard par tonne.
Même en recourant à la science-fiction, c’est l’impasse
Pour donner un avenir à l’avion photovoltaïque, il faudrait un breakthroughtechnologique sur les batteries. Supposons, à l’extrême, qu’elles ne pèsent plus rien du tout. Même ainsi, SI ne pourrait transporter que 733 kg de charge utile avec un engin fragile et coûteux de la taille d’un Boeing 747 volant deux fois moins vite qu’un dirigeable. Toujours trop cher, trop lent, trop aléatoire en fonction de la météo, quel pourrait être l’avenir de l’avion photovoltaïque ?
En poursuivant dans la science-fiction, on pourrait imaginer des cellules avec des rendements de 50% en plus de batteries sans poids. Mais avec ses ailes de 122 m2, un Airbus ne pourrait collecter que 61 kW de puissance, en plein soleil au zénith, ce qui est très nettement insuffisant pour voler.
Par contre, on pourra simplement le charger au sol d’autant d’énergie que les batteries légères pourront accepter pour un vol qui dépendra de leur autonomie. Mais l’électricité devra être produite au sol et non sur la surface de l’avion.
Dans le projet SI2, on cherche à combiner une collecte d’énergie solaire trop chiche avec une capacité de stockage trop lourde. Le résultat ne peut être que médiocre au vu des performances caractéristiques. Et on ne peut pas imaginer qu’il en soit autrement même avec des changements technologiques inespérés.
Si on veut donner un avenir aux transport aériens, il convient d’accentuer la recherche vers un carburant renouvelable de synthèse ou des batteries ultralégères et bon marché ou vers les aérostats qui n’ont pas besoin d’énergie pour se maintenir en l’air contrairement aux avions dont la moitié de l’énergie est consommée dans la sustentation.
C’est vers ce triple objectif qu’il convient d’investir nos moyens de recherche limités pour avancer dans le développement durable et non de les galvauder dans des projets mégalomanes ou dans la course aux records du Guiness book.

Laurent Minguet

 

12 Commentaires Laissez le votre

  1. le 30 avril 2014 à 11:31

    AvatarAnonymous #

    Merci Monsieur MINGUET pour votre salutaire mise au point.
    Roger BONJEAN architecte – SPA

    • le 1 mai 2014 à 13:42

      cher Monsieur Bonjean
      merci pour votre réaction et votre fidélité
      bonne journée

  2. le 30 avril 2014 à 11:53

    Pourquoi pas un aérostat hybride: jour – solaire (sans aucun besoin de stockage), nuit – carburant de synthèse, ou bien solaire avec batteries ultra légères au graphène?

    • le 1 mai 2014 à 13:50

      cher Baoan,

      Bien entendu, il faut un carburant ou des batteries (dont l’inconvénient reste le poids) pour faire avancer le dirigeable car la seule énergie solaire incidente, malgré la grande taille de la surface exposée, n’est pas suffisante pour dépasser une vitesse de l’ordre de 50 km/h.

      L’énergie solaire peut venir en appoint moyennant le cout d’une membrane souple mais il n’est pas certain que le calcul économique de produire de l’énergie en l’air soit avantageux par rapport à le produire au sol et de le stocker. Le poids de la membrane photovoltaïque intervient dans le calcul économique.

      bien à vous

      Laurent Minguet

  3. le 30 avril 2014 à 13:03

    AvatarJacques Remy #

    C’est toujours un grand plaisir intellectuel de lire vos propos judicieux et bien expliqués. Merci donc pour cet article.
    Je suis agréablement surpris de voir cette idée de fret par dirigeables. J’ai toujours pensé aussi, de manière théorique et sans calcul, que l’avenir se trouvera là. Bien vu et bonne continuation.
    Jacques Remy

  4. le 1 mai 2014 à 13:52

    cher Monsieur Remy,

    merci pour vos compliments et vos encouragements

    bonne journée

  5. le 14 juillet 2014 à 17:49

    Une fois n’est pas coutume, alors permetez moi de m’enmèler un temps soit peu.

    Ainsi je vous propose de partager une considération démagogique de l’écologie, qui somme toute surfe sur le scénario de la fin du monde, mais en toute franchise de quel monde est il question? ne serions nous pas juste une bande de défaitistes « égocentré » en mal d’admettre que nous sommes rien d’autre que ce que la nature est que nous ne pouvons en être dissocié, tout ce par quoi nous nous définissons et de ce fait naturel, même l’énergie qui nous constitue et nous anime à vouloir le contraire; moi aussi j’ai su développer un esprit critique au sujet de bien des prouesses qui me paraissaient futiles, ce qui m’as incité à me remettre sans cesse en question et de porter un regard nouveau sur bien des domaines. L’age avançant l’on apprends à lire entre les lignes, et je suis prêt à affirmer qu’avant d’avoir une quelconque prétention écologiste il vaudrait mieux savoir quels enjeux nous ont amenés à nous obstiner dans l’antagonisme « nature contre nature? »

  6. le 18 juillet 2014 à 08:16

    Cher Laurent,
    l’objectif de cette plate-forme étant de susciter le débat, je ne te carresserai pas dans le sens du poil car je trouve ton réquisitoire bien sévère.
    J’imagine que des « Laurent Minguet » du début du 20ème siècle ont du écrire des choses similaires sur les frères Wright, et qu’au 19ème siècle on demandait à Maxwell pourquoi il travaillait sur des équations -qui servent aujourd’hui dans toutes les transmissions radio- alors que les pigeons convenaient très bien pour transporter les messages.

    Pourquoi comparer les performances d’un prototype avec qqes milliers d’heures de R&D à celles d’un modèle établi depuis plus de 50 ans, dans lequel des millions d’heures de R&D ont été investies? Forcément, elles ne sont pas aussi bonnes.
    Je ne jetterais pas le bébé avec l’eau du bain, même si certains arguments font mouche.
    A très bientôt

    • le 30 septembre 2014 à 18:07

      Cher Tanguy,

      Ma démonstration prouve simplement que l’avion photovoltaïque n’est pas possible car l’énergie incidente n’est pas suffisante à le faire voler.

      Par contre, mon ancêtre n’aurait pas pu prouver que l’avion ne pouvait pas voler ni que les équations de Maxwell ne pouvaient être utiles.

      Mais à cette époque, des illuminés prétendaient qu’on pouvait se fixer des ailes pour voler en agitant les bras. On pouvait démontrer que les bras humains n’avaient pas la puissance pour voler contrairement aux oiseaux et que l’ossature n’était ni assez légère ni assez solide pour supporter la puissance nécessaire. Après que quelques « chercheurs » se soient écrasés du haut de la tour Eiffel, il y a eu moins de candidats.

      Ce qui peut avoir un avenir est l’avion électrique fonctionnant sur batterie à condition de pouvoir en construire avec au moins dix fois plus de densité énergétique (2 kWh/kg). Mais cette recherche doit s’effectuer dans les laboratoires auxquels il conviendrait de consacrer tout le budget de Solar Impulse et non des miettes.

      bien à toi

  7. le 9 janvier 2015 à 08:45

    Avatarjean pol piron #

    mobilité.
    votre message est clair,je le partage,pourquoi faire voler des millions pour expérimenter des cellules et des moteurs électriques.cela peut se faire au sol,d’autant plus que vu l’empennage ne pourrait-on imaginer les performances en simple planeur….
    la mobilité reste le problème de demain dans la mesure où on déplace tout et n’importe quoi sur de longues distances. Notre société de conso fait son commerce sur des trips a Barcelone ou Prague pour un jour, que nous ne sommes pas capables d’envisager une distribution/localisation du travail pour éliminer le problème des navetteurs! que nous achetons des roses et des produits du bout du monde.la solution -une des- c’est de retrouver une simplicité volontaire avant qu’elle nous soit imposée.

  8. le 27 avril 2015 à 13:12

    Bonjour,
    Dans les propos de Bertrand Piccard et André Borschberg, je n’ai jamais entendu qu’ils présentaient là l’avion du futur. Pour eux aussi, il est clair que l’avion du futur ne sera pas solaire, comme vous le soulignez. Peut-être répondez-vous à des articles de journaux un peu simplistes ? Le discours de Solar Impulse est de dire que cela pourrait inciter à penser à l’énergie solaire (ou d’autres) dans des usages où jusqu’ici on n’y pense pas.
    Bon, pendant que j’y suis : il y a pas mal d’articles scientifiques sur les retombées (scientifiques) du programme Apollo, comme la mesure de la distance Terre-Lune ou le grand bombardement tardif. On cite aussi souvent cette double courbe dans les années 1960 : celle du budget Apollo et celle, décalée de 2 ou 3 ans, des inscriptions en écoles d’ingénieurs ou en université. Cela sert aussi l’enthousiasme ;) J’espère (naïvement ?) que des jeunes pourront trouver inspiration dans cette aventure et imaginer des voies nouvelles, pas forcément dans le solaire et pas forcément dans l’aéronautique.

    • le 27 avril 2015 à 13:31

      Avatarjean pol piron #

      très bon commentaire s’il suscite l’enthousiasme et l’ouverture chez nos jeunes.mais ce défi est un défi marketing plutôt que technologique sauf recherche sur des batteries ultra légères et puissantes.Mais l’électricité doit bien etre produite par quelque chose.Et ce quelque chose a aussi une empreinte sur notre planète.

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