ICARÉ 2 face au soleil

L’utilisation de l’énergie solaire en tant que source motrice n’est pour le vélivole pas une affaire nouvelle : depuis les années vingt, ils utilisent l’énergie thermique de l’air échauffé par le soleil. La transformation directe du rayonnement solaire en énergie électrique pour mouvoir un avion ne devint réalité que soixante années plus tard : Paul Mac Cready réussit la traversée de la Manche avec un appareil de sa création. Ces aéronefs solaires étaient extrêmement légers et fragiles, la plus légère rafale pouvait les briser.

La ville d’Ulm a eu le grand mérite de développer le vol solaire : au début des années 90, en l’honneur des vols d’Albrecht Ludwig Berblingers, elle mit sur pied un concours pour la réalisation d’un avion solaire réellement utilisable. Parmi les plus de trente projets présentés le 7 juillet 1996 à Laupheim, un seul a été probant : le motoplaneur ICARÉ 2 de l’université de Stuttgart. Celui-ci fut le vainqueur indiscutable du concours de la ville d’Ulm, doté de 50 000 euros de prix. Depuis, un autre compétiteur, a réussi un vol, Günter Rochelts avec un ultra-léger, le Solair II.

A l’Idaflieg de 1999 "Fliegermagazin" a eu la primeur d’un vol "solaire".

Avec ICARÉ 2 on est dans tous les domaines à la limite du réalisable. Cela vaut pour les recherches d’allègements, la plus grande surface possible de cellules solaires, les meilleures qualités de vol et le meilleur rendement des dispositifs motorisés. Il faut ajouter à cela la nécessité de répondre aux contraintes de résistance pour un motoplaneur. L’université de Stuttgart confia la tache à une équipe animée par le professeur Rudolf Voit-Nitschmann qui assura donc la coordination des travaux de sept instituts pour la technique spatiale et aéronautique de l’université. Ceux-ci mirent à profit leurs domaines de compétences dans cette réalisation.

Le moteur électrique de propulsion avec un rendement de 92 % a été développé à l’université de Brunswick.
Une large part structurelle d’Icare fut de la responsabilité de l’Akaflieg de Stuttgart, pour ses compétences dans le domaine de la construction en fibres.

Le financement fut aussi dynamique que la réalisation. L’engagement du professeur Artur Fischer de l’université de Stuttgart, permit avec le ministère de la Science et de la Recherche du Bade-Wurtemberg et de plusieurs entreprises la collecte de 800 000 Euros nécessaires au développement.

ICARÉ 2 est un chef-d’oeuvre de légèreté. 200 kg pour la structure en ordre de vol pour une envergure de 25 m et une surface alaire de 25 m2. À celle-ci il faut ajouter 80 kg pour la motorisation, comprenant le moteur, l’hélice et 20 m2 de cellules solaires ainsi que 4 accumulateurs NC.

Pour l’assemblage il fallut compter avec les connexions de chaque élément de cellules solaires. Pour commencer, la partie médiane de l’aile a été posée sur l’arrière du fuselage et repoussée vers l’avant pour l’accrocher dans les ergots avants. Deux goujons principaux, ou plutôt des fourreaux d’acier ont été placés et sécurisés, latéralement à l’aide d’un outil spécial, sous l’aile. Les ailerons et les aéro-freins se connectent automatiquement. Les ailerons sur les parties extérieures des ailes sont accrochés avant de leur mise en place. Enfin les "winglets" sont fixés sur les extrémités. Le montage du stabilisateur oscillant  [1], revêtu pareillement de cellules solaires, termine l’assemblage à une hauteur vertigineuse.

Pour le décollage, il faut de l’énergie. Les quatre accumulateurs doivent être chargés à 915 w/h et placés derrière le siège du pilote. Le matin, le soleil ne brille pas encore de toute son intensité et ne peut donc s’acquitter de cette tache, celle-ci est donc assurée par un chargeur. Après une check-liste attentive, l’ICARÉ 2 est près pour le vol.

Le cockpit est rassurant, la partie avant du fuselage reprend la forme du Schleicher ASW-15 et s’en différencie principalement par le choix de matériaux au poids optimisé. L’équipement est ce qu’on trouve habituellement dans un planeur. À l’arrière une version allègée du système de sauvetage BRS a été installée avec son dispositif de déclenchement sur le coté droit. Préventivement, ICARÉ 2 est aussi équipé avec un parachute traditionnel.

Le large écran LCD de l’électronique de charge et de la motorisation, occupe une place majeure sur la planche de bord. Il ne donne pas seulement des informations sur l’état de charge des accumulateurs mais aussi la consommation du moteur et la puissance délivrée par les panneaux solaires. Sur cet afficheur, les capteurs de température des accumulateurs, ceux de la structure et ceux placés sous les panneaux, déversent leurs données. Avec la surface pratiquement noire des panneaux solaires incrustés sur les surfaces portantes, on pénêtre dans un nouveau monde. Une surveillance attentive de la température de la structure est vitale. La recherche en cours sur le comportement aux fortes températures des cellules solaires apportera son lot de données utiles pour leur emploi sur les planeurs conventionnels. En même temps que la position et la hauteur, les données d’un logger GPS seront mis en mémoire. Elles pourront après le vol être déchargées dans un PC.

Le décollage se pratique sur la piste en dur. La roue centrale n’étant pas amortie, la résistance au roulement est ainsi la plus basse possible. Après le verrouillage de la cabine, la procédure de mise en marche s’active : Le contact est mis, l’instrument de pilotage est initialisé et l’interrupteur à bascule sous la planche de bord activé. La question "Personne dans le champ de l’hélice ?" dans la check-liste et particulièrement importante, car située derrère les empennages, elle ne peut pas être vue depuis le poste de pilotage. La manette des "gaz" est tirée complètement en arrière et le contact moteur en haut à gauche de la planche de bord verrouillé. Millimètre par millimètre la manette des "gaz" est repoussée jusqu’à ce que le moteur fasse entendre son susurement. L’ouverture de l’hélice repliable bipale est perceptible par un léger déséquilibre. Lorsqu’elle est complément déployée, elle tourne rond. Maintenant on peut mettre les gaz (ou mieux : le jus), jusqu’à ce que le compte tours affiche 1 100 t/mn.

Paresseusement le grand motoplaneur se met en mouvement - l’apprenti pilote est pris d’un léger doute, cette accélération suffira-t-elle pour décoller. Si la première impression déçoit, avec un léger vent de face on décolle après 150 m de piste et on monte à 55 km/h à 2 m/s. A l’intérieur de la cabine, le bourdonnement du moteur se fait plus présent : ses vibrations sont transmises sans amortissement par la résonnance de la partie basse du fuselage en fibre de carbone. Grâce à la faible vitesse de vol le taux de montée est excellent : en cas de défaillance moteur on a assez de réserve pour se poser droit devant aux aérofreins [2] ou bien pour faire un contre QFE  [3] . En vol de montée à faible vitesse, l’ICARÉ 2 montre des caractéristiques de pilotage surprenantes pour un avion moderne : bien que l’aileron  [4] externe vienne en butée vers le haut, il se produit un puissant lacet inverse  [5] . Cela provoque un louvoiement dans la direction opposée. Le bras de levier du fuselage et la dérive  [6] sont relativement petits. La mise en butée de la gouverne de direction ne suffit pas à basse vitesse à compenser le vigoureux lacet inverse En vol normal avec le fil de laine  [7] au milieu, ICARÉ 2 réagit très mollement. On peut malgré tout le feinter à basse vitesse : Mettre du pied dans la direction désirée et un coup de manche du coté opposé pour profiter du lacet inverse pour amorcer le virage pas vraiment sans dérapage mais efficacement ! Lorsque la configuration de vol désirée est atteinte, on ramène le manche au neutre et le fil de laine peut être ramené au milieu aux palonniers. Lorsque l’on pousse sur le manche pour accélérer, le pilotage redevient plus normal, mais on sort alors du domaine de montée optimale. Avec une légère réduction de puissance, ICARÉ 2 monte à 350, 400 m, avant qu’une baisse de la tension et l’élévation de la température des accumulateurs annoncent la fin de la réserve de courant. On arrête le moteur en coupant le contact tandis que l’hélice continue à tourner dans le vent relatif. En vol lent, le frein d’hélice peut être actionné un petit moment par sa commande située à gauche sous la commande d’AF jusqu’à ce que la sirène à l’arrière s’arrête.

Le vol final en thermique offre une bonne occasion de vérifier le pilotage du planeur solaire au comportement d’oldtimer [8]. Amical et différent sont des qualificatifs adaptés par comparaison aux très efficaces planeurs modernes. Après quelques spirales en thermiques à 50 km/h on s’habitue vite au principe d’utilisation du lacet inverse et on centre très vite et avec efficacité les pompes sans avoir à accélérer pour manoeuvrer "normalement" aux palonniers. En inclinaison  [9] de 20 à 30° des rayons réduits de virages sont possibles. ICARÉ 2 est très stable grâce à son dièdre d’aile  [10] , le compensateur à ressort  [11] permet d’ajuster précisément la vitesse. Il monte comme une montgolfière, son taux de chute mini est inférieur à 0,4 m/s. Avec une finesse max. de 40 à 61 km/h on s’en tire correctement. La vitesse de décrochage est de 45 km/h. L’ICARÉ 2 vibre alors et passe en vol décroché stable. Le grand stabilisateur oscillant possède un chanfrein en étrier qui offre une bonne manoeuvrabilité, auparavent, sans ce chanfrein, le pilotage du planeur devait être stressant.
Nous pouvons maintenant comprendre comment Robert Kronfelds au début des années 30 a pu piloter le Ku-4 Austria, jusqu’à aujourd’hui le plus grand planeur jamais construit. Avec ses 30 m d’envergure, un fuselage aussi court et une charge alaire encore plus faible, l’ICARÉ 2 devait afficher des caractéristiques de vol significativement plus marquées. Une petite comparaison avec les occasionnels oldtimers encore volables : à une vitesse de 60 à 65 km/h, il vole comme un Slingsby T-21 mais avec un plus grande inertie.
En vol de thermique, nous sommes attentifs à spiraler dans la pompe plutôt côté au soleil. On observe ainsi l’écran afficher la charge des accumulateurs. Après juste une heure de vol, les accus sont rechargés à 70 %, ce qui nous offre la possibilité de tester le vrai vol solaire. Juste sous la base des nuages, le moteur est remis en marche. Au dessus de la base, dans l’air calme  [12], dans le bleu, le rayonnement solaire est remarquablement plus fort : L’afficheur de charge annonce maintenant 2,2 KW de puissance solaire. Nous réduisons la puissance délivrée au moteur à cette valeur. Nous volons alors véritablement au solaire, et nous montons même encore un peu. 1,8 KW suffisent à ICARÉ 2 pour tenir l’altitude en air calme. Pour cela, il nécessite 500 W/m2 de rayonnement solaire, environ la moitié de ce dont le soleil peut nous prodiguer dans notre ciel en ces longues journées de l’année. En théorie, ICARÉ 2 en ce jour aurait pu tenir l’air de 10 h du matin à 17 h uniquement avec l’énergie solaire.

Une paire d’enclumes orageuses  [13] nous font penser à redescendre : On ne peut pas poser un tel oiseau dans des turbulences violentes ! À une vitesse d’approche de 65 km/h les aérofreins sont très efficaces, même une glissade n’est pas un problème. Comme pour tout vol, une anticipation attentive est requise. Les corrections brutales sont un non sens avec l’inertie de cette machine. La faible vitesse de vol et le très bon angle de plané offre au pilote une grande latitude pour préparer son approche. L’atterrissage se pratique conventionnellement sur la piste en herbe afin de limiter les contraintes. Là il est recommandé de poser en deux arrondis. Sinon le sabot touche avant le train qui alors touche durement sans amortissement le sol. Avant l’arrondi, il faut aligner la machine dans l’axe. Il faut éviter pendant la prise de terrain, de trop larges manoeuvres des ailerons qui peuvent mener à de puissants dérapages. Le roulage est court, le frein de roue est efficace. L’entrée d’air de refroidissement des accus en avant du train accumule l’herbe pendant le roulage et devra être nettoyé.
ICARÉ 2 est un avion unique. Pas seulement par son coût ou son unicité, mais bien parce que grâce à ce projet, l’université de Stuttgart a démontré, grâce au travail de plusieurs instituts, ce qu’il était possible de faire de nos jours.
Le gain du Prix Berblinger, la médaille d’or Dédale du l’aéroclub d’Allemagne 1996, le prix de l’OSTIV 1997 ainsi qu’une récompense spéciale de l’EAA au meeting d’Oshkosh témoignent de la reconnaissance internationale et nationale du travail mené par l’équipe d’ICARÉ 2. Que les comportements en vol d’un tel appareil diffèrent notablement des standards de notre époque est compréhensible. ICARÉ 2 n’est certainement pas un motoplaneur de tous les jours et de Monsieur Tout-le-Monde mais il montre de nouvelles et futures voies de développement. Son destin est pour l’instant flou : En ce moment, le ministère fédéral du transport a confié un contrat de recherche sur l’utilisation de cellules solaires et des systèmes motorisés électriques pour les planeurs et motoplaneurs.

Les premiers motoplaneurs électriques volent déjà. Les connaissances acquises à l’heure actuelle avec ICARÉ 2 laissent espérer, que les prochaines machines offriront la possibilité de faire le plein de solaire en vol et d’étendre ainsi significativement le domaine d’utilisation limité aujourd’hui aux dispositifs de décollage.
Après l’achèvement de ce contrat de recherche, la poursuite du financement du projet ICARE est encore dans les brumes. A côté des futurs projets pour l’utilisation d’ICARÉ 2 comme support de recherche dans le domaine de la propulsion solaire, la chasse aux record dans la catégorie des vols solaires et électriques reste ouverte. On espère trouver de nouveau de puissants et passionnés sponsors pour les futurs vols d’ICARÉ 2. _Jochen EWALD

Données techniques :

Article parut (en version courte) dans "Fliegermagazin" du 12/99 Texte et Photos de Jochen Ewald. Traduit de l’allemand par René BORIES.

Avec l’aimable autorisation de "Fliegermagazin"

Site de l’IFB Institut für Flugzeugbau