Helios Horizon, un petit projet aérospatial américain visant à démontrer la propulsion électrique, vise à battre un record mondial d’altitude pour un avion électrique cet été et en 2025 pour voler plus haut, dans la stratosphère terrestre.
Le fondateur et pilote d’essai Miguel Iturmendi – un vétéran de programmes d’essais aérospatiaux bien connus comme le projet Perlan et Solar Impulse – a exposé ces objectifs le 13 janvier à Sarasota, en Floride, où lui et le projet sont basés.
Iturmendi recherche des investissements – des sommes modestes selon les normes aérospatiales – pour financer le projet, qu’il considère comme un effort visant à prouver la viabilité de la propulsion électrique pour propulser les petits avions à voilure fixe.
« L’objectif est d’être le premier avion électrique capable de voler dans la stratosphère », explique Iturmendi, né en Espagne mais qui a longtemps vécu à Sarasota.
« Nous voulons démontrer que l’aviation électrique est réalisable… Nous voulons inspirer la prochaine génération de scientifiques, d’ingénieurs, de techniciens, de mécaniciens et de concepteurs – pour montrer que tout cela est possible. »
Depuis le lancement du projet en décembre 2021, Iturmendi a fait des vagues en pilotant l’avion de l’équipe, appelé Helios Horizon, un Pipistrel Taurus Electro modifié tout électrique.
En stock, le motoplaneur Taurus est relégué à voler à moins de 10 000 pieds environ. Mais des modifications permettent à l’Helios Horizon – désormais un avion motorisé – de voler beaucoup plus haut. L’année dernière, Iturmendi a atteint 16 000 pieds, établissant un record d’altitude pour un avion électrique pesant moins de 500 kg (1 102 lb).
Iturmendi dit qu’il a en fait atteint 20 000 pieds lors d’un autre vol l’année dernière – mais pas pour un record car aucun responsable des archives n’était présent – et n’a utilisé que 38 % de la batterie du Taurus. L’équipe a décollé de l’aéroport de Minden-Tahoe, dans le Nevada.
Iturmendi a travaillé pour de grands constructeurs aéronautiques et a testé plusieurs avions expérimentaux. Il a établi des records en pilotant le Solar Impulse 2 à énergie solaire et a piloté un démonstrateur électrique pour SolarStratos. Tous deux sont des projets suisses. Iturmendi a également piloté le planeur à haute altitude Perlan 2 pour le projet Perlan soutenu par Airbus.
Depuis, il s’est tourné vers le projet Helios Horizon, qui fonctionne avec un personnel bénévole et un financement initial d’Iturmendi et du sponsor principal WindWalker, basé au Wisconsin. Iturmendi a fait appel à Javier Merino, également espagnol vivant à Sarasota, pour gérer le projet.
L’équipe a révisé le Taurus, remplaçant son système électrique d’origine par un nouveau moteur pesant 10 kg et développant 54 kW (72 ch) de puissance continue. Ils lui ont donné six batteries lithium-ion de 8,5 kWh, pesant chacune 32 kg avec une densité énergétique au niveau des cellules de 258 wattheures par kilogramme (Wh/kg). «Le meilleur de sa catégorie», déclare Iturmendi. Ils ont également installé un nouveau contrôleur de moteur, remplacé l’hélice standard de 168 cm (66 pouces) de large par une version de 224 cm et modifié les commandes de vol, les gouvernes de profondeur et les ailes de l’avion, qui s’étendent sur 18,3 m.
«Nous avons obtenu beaucoup plus de puissance de batterie», explique Iturmendi. « Il est plus difficile de créer une poussée à mesure que nous montons plus haut, car l’air est raréfié. »
L’air raréfié à haute altitude ralentit également la dissipation de la chaleur, ce qui signifie que les systèmes électriques peuvent devenir chauds rapidement et présenter de sérieux risques de surchauffe et d’incendie. C’est pourquoi Iturmendi porte un parachute lors des vols d’essai. « La chaleur est ce qui finit par rendre impossible la poursuite de l’escalade », dit-il. « Il est difficile de le refroidir, il faut donc disposer de systèmes de refroidissement actifs. »
Son équipe a développé un système d’eau glycolée pour maintenir les batteries, le moteur et le contrôleur dans les limites de chaleur. Ils pensent que le système peut permettre des vols jusqu’à 45 000-50 000 pieds.
L’équipe de bénévoles a accompli beaucoup avec peu. Des amis et des partenaires ont contribué à l’ingénierie. Les tests ont été réalisés à l’aide de composants improvisés, notamment, à un moment donné, une friteuse à dinde utilisée comme chambre d’essai.
Pablo de Leon, partisan du projet, chercheur à la NASA et directeur du département d’études spatiales de l’Université du Dakota du Nord, a aidé Iturmendi à accéder à la chambre d’altitude de l’école, où ils ont testé une combinaison pressurisée à une altitude simulée de 44 000 pieds. Iturmendi a besoin de cette combinaison car le Taurus n’est pas pressurisé.
La première phase du plan Helios Horizon comprenait les vols de l’année dernière et se poursuit cette année. Il vise à faire voler le Taurus à 22 000 pieds d’ici avril, soit plus haut que tout autre avion électrique multiplace, et à atteindre 32 000 pieds d’ici juin, battant ainsi le record d’altitude actuel des avions électriques, détenu par Solar Impulse, a déclaré Iturmendi. « Nous voulons le faire maintenant, avant l’été. »
Il pense que le projet n’a besoin que de 50 000 $ de financement supplémentaire pour terminer les vols de cette année – un chiffre minuscule comparé aux dizaines de millions de dollars que les grands acteurs dépensent pour des projets d’avions électriques. « Cinquante mille (dollars), ce n’est pas beaucoup pour un projet comme celui-ci, mais c’est énorme pour nous », dit-il.
Viendra ensuite la deuxième phase, qui comprend le vol prévu en 2025 dans la stratosphère – une couche atmosphérique commençant à une altitude légèrement supérieure à 40 000 pieds selon l’emplacement et les conditions.
« Notre objectif minimum est de 44 000 pieds, ce qui nous permettra de prétendre à un vol stratosphérique », explique Iturmendi, qui estime avoir besoin de 150 000 dollars supplémentaires pour y parvenir. Les futurs vols d’essai à haute altitude auront également lieu depuis Tahoe-Minden, ou peut-être depuis l’aéroport de Bishop en Californie.
Si tout se passe comme prévu, l’équipe ramènera Helios Horizon à Sarasota vers la mi-2024 pour commencer à préparer le vol stratosphérique. Il fournira à l’avion de nouvelles batteries et une aile modifiée fabriquée par une entreprise hollandaise.
Parallèlement, le projet Helios Horizon développe un système d’alimentation « régénératif » – l’hélice agira comme un moulin à vent, générant de l’énergie pendant certaines phases de vol – et envisage à terme d’ajouter des cellules solaires sur une grande partie de la surface supérieure de l’avion.
Alors que de nombreuses entreprises développent de petits avions électriques, la plupart des concepts concernent des types de décollage et d’atterrissage verticaux électriques (eVTOL) – les taxis aériens. Mais Iturmendi pense que les travaux de son équipe prouveront que la propulsion électrique est plus réalisable pour propulser les petits avions à voilure fixe.
« Tout le monde a une mauvaise vision des choses, car ils ne s’intéressent qu’à l’eVTOL », dit-il. « La clé est de commencer avec (des avions de sport légers) et des avions quatre places… Ceux-ci devraient être remplacés par l’aviation électrique. »
Iturmendi s’attend à ce que la prochaine itération de batteries ait une densité énergétique supérieure à 300 Wh/kg, contre environ 250 Wh/kg aujourd’hui et suffisante pour alimenter des avions entièrement électriques transportant environ 20 passagers.
Bien que plusieurs entreprises développant des avions régionaux électriques visent à faire voler leurs produits dans les années à venir, Iturmendi pense que la technologie aura besoin de plus de temps pour mûrir. « Je pense simplement que le délai est plus long. L’électrification de la société est là pour rester », dit-il.
