Le grand-challenge II
Le 15 septembre 2007, j’écrivais un article sur le grand-challenge. Comme j’avais pu alors l’expliquer, le but était de concevoir un avion de ligne devant voler en 2058 et ayant des caractéristiques assez exceptionnelles. Ce projet était en outre une compétition de la NASA, cela signifie que plusieurs universités d’un peu partout dans le monde allaient concourir et que notre travail serait jugé relativement aux propositions des autres équipes. Je vais essayer de décrire notre travail succinctement et sans trop de détails techniques.
Commençons par le commencement : pourquoi voulons-nous donc de nouveaux avions ? A cela plusieurs réponses. Il faut déjà réaliser l’importance de l’aviation pour l’économie mondiale ; en effet, elle crée chaque année 880 milliards de dollars de richesse. Arrêter de voler signifierait que les informations, les biens et les personnes mettraient beaucoup plus de temps pour se déplacer. Ceci fait que, malgré la progression du numérique, il est prévu que le trafic aérien soit au moins doublé durant les 25 prochaines années. Evidemment, un tel développement doit être accompagné d’une évolution radicale des technologies afin de limiter l’impact environnemental inhérent. Il faut donc parvenir à diminuer les émissions, le bruit, etc. Mais en plus de cela, il faut être capable d’utiliser des pistes plus courtes afin de ne pas avoir à construire de nouveaux aéroports et d’utiliser les infrastructures existantes. Tout ceci doit être accompagné d’une réflexion sur ce que sera le monde en 2058, quels seront les carburants à notre disposition, quel aura été le développement des infrastructures ferroviaires, etc. Enfin la sécurité des passagers ne peut être compromise et doit rester la priorité.
Avant de parler du design de l’avion en lui-même, je vais aborder les opérations. La façon dont on utilise les avions a en effet une forte influence. Une des premières phases du vol que nous avons abordée est l’approche. C’est en effet l’une des phases du vol la moins optimisée. Aujourd’hui, un avion voulant se poser va effectuer plusieurs paliers entre son altitude de croisière et le sol. Ceci fera donc qu’il sera obligé de réduire les gaz puis de les remettre, ce à plusieurs reprises. La solution pour y remédier est la « Continuous Descent Approach » (CDA). Dans ce cas, l’avion commencera son approche à la distance idéale de l’aéroport et utilisera un taux de descente constant, ce avec le réacteur au repos. Ceci permettra de diminuer le bruit aux abords des aérodromes ainsi que les émissions. Une autre phase du vol que nous avons étudiée est la croisière. Pour cette phase nous avons observé les oiseaux migrateurs : ils volent en formation. Nous avons déterminé qu’une diminution de 20% de la consommation était atteignable si les avions faisaient la même chose. Afin de préserver la sécurité des passagers, ceci ne sera possible qu’avec une automatisation du pilotage et un suivi 4 dimensions (les trois dimensions plus le temps) des trajectoires. Enfin, une autre proposition que nous avons faite est de ne plus utiliser les réacteurs au sol mais des moteurs électriques entrainant directement les roues.
Parlons maintenant de l’avion en lui-même. Il est assez classique dans le sens où il est constitué d’un fuselage, d’ailes et de réacteurs. C’est plus dans les systèmes pris séparément que se trouvent les nouveautés. Déjà le fuselage est à section elliptique alors que les avions actuels ont en général des fuselages tubulaires à section circulaire. Ceci permet de s’assurer que le fuselage contribuera lui aussi à la création de portance. Il y a trois engins de propulsion sur l’avion. Le premier est un réacteur à double flux assez classique qui sera placé au dessus du fuselage afin de diminuer le bruit au sol. Ce réacteur sera équipé des technologies les plus modernes possibles : découplage du compresseur et du fan, nouvelles chambres de combustion, etc. Le carburant utilisé sera un carburant liquide alternatif (probablement un bio-fuel nouvelle génération ou un fuel synthétique). Il y a aussi deux hélices situées aux bouts des ailes. Celles-ci ont deux missions : ajouter de la puissance pour le décollage et la montée initiale, et accumuler de l’énergie et freiner l’avion pendant la descente et l’atterrissage. Etant donné que la puissance nécessaire en croisière est beaucoup moins importante que pour le décollage et que les hélices ne sont pas du tout optimales pour voler à Mach 0.78, elles seront équipées d’un système permettant de les replier en croisière afin de diminuer la trainée. Ces deux hélices seront entrainées par des moteurs électriques. L’utilisation de matériaux avancés (en particulier des nano-composites) nous permettra d’utiliser la structure de l’avion ou même les sièges comme batteries. Comme j’ai pu le préciser précédemment, des moteurs électriques propulseront aussi les roues. Enfin, la grande nouveauté de cet avion se trouve dans les ailes. Il a été décidé que nous utiliserions une architecture de type biplan. Nous avons en effet deux ailes superposées et décalées. Ceci permet d’utiliser des ailes beaucoup plus fines, à trainée limitée et aérodynamique optimisée. Enfin le fait qu’elles soient décalées permet de limiter l’interaction entre les deux ailes qui réduit la portance.
Evidemment, ce projet ne signifie pas du tout qu’un tel avion volera un jour mais permet de nourrir la recherche et d’apporter la vision du problème que peuvent avoir huit étudiants venant d’horizons différents.
Au final notre travail a été apprécié par la NASA car nous avons été classé premier avec une excellente note. Ceci nous a valu à tous une récompense NASA, une lettre de félicitation du sénateur de Géorgie Johnny Isakson, une invitation à présenter notre travail lors d’une conférence traitant du futur de l’aéronautique et enfin une publication officielle.