Faire voler la chose
Dans le cadre du projet Focus e-Sling, huit collaborateurs de l'ETH travaillent sur un avion électrique alimenté par des batteries et de l'hydrogène. Pendant un an, le hangar 3 du parc d'innovation de Zurich à Dübendorf deviendra le centre de leur vie.
Le soleil de midi jette une lumière chaude et estivale sur le hangar 3 du parc d'innovation de Zurich, à c?té de l'aérodrome militaire de Dübendorf. L'immensité du terrain et la vue sur la piste d'atterrissage éveillent des sentiments de vacances. Mais les huit étudiants de l'ETH - une femme, sept hommes, tous ?gés de 20 à 24 ans - qui travaillent ici depuis l'automne 2021 sur un petit avion électrique propulsé par des batteries et de l'hydrogène sont loin d'être d'humeur vacancière : ils passent jusqu'à six jours par semaine dans ce lieu. Pour beaucoup d'entre eux, le hangar et le petit avion du fabricant sud-africain Sling, qui se trouve là au milieu des établis et des appareils, sont le centre de leur vie.
Envergure : 10,5 mètres. Poids maximal au décollage : 950 kilogrammes. Vitesse de croisière : 160 km/h. Autonomie estimée : 250 kilomètres. Et cela n'est pas alimenté par des carburants fossiles, mais par une batterie de 240 kilogrammes contenant près de 3000 cellules individuelles. Mais là où sont normalement suspendus l'hélice et le moteur, on ne voit que des connexions l?ches. Au lieu d'un cockpit pour quatre personnes avec des écrans, des affichages et des interrupteurs, rien qu'un enchevêtrement de c?bles. Et sur les deux ailes, il y a de grands espaces pour les batteries. Cet avion, semble-t-il, ne décollera pas de sit?t.
Dans la colocation du projet
Un escalier au fond de la halle mène à une plateforme en acier. L'équipe du projet y est assise à une table ronde et vient de terminer sa pause de midi avec du café et des biscuits. La plateforme ressemble à une colocation d'étudiants : une petite cuisine avec lave-vaisselle, machine à café et four à micro-ondes ; un canapé, des casiers et six places de travail avec ordinateurs. On pourrait facilement s'installer ici.
On le remarque tout de suite : Colin, Elsa, Jan, Jo?l, Patrick, Rafael, Robin et Sander se sentent comme chez eux. L'ambiance est détendue. Ici, huit personnes qui ont déjà passé beaucoup de temps ensemble sont assises ensemble. Ce qui les relie, en plus de leurs études de génie mécanique ou électrique : Ils ont décidé de consacrer une année de leur vie à un projet Focus et de développer un produit réaliste - de la conception à la commercialisation en passant par la production. Le projet Focus e-Sling existe déjà depuis septembre 2020, et les prédécesseurs de l'équipe actuelle ont développé toutes les pièces de l'avion à batterie pendant un an. Mais il n'y a pas eu assez de temps pour tester suffisamment le nouveau système de propulsion de l'avion et obtenir les admissions nécessaires pour le vol inaugural.
Cette t?che incombe désormais à Elsa Wrenger et à ses camarades d'études : "Nous voulons faire décoller l'avion de nos prédécesseurs d'ici l'été", explique la jeune Munichoise de 21 ans. Mais cela para?t nettement plus simple que ce n'est le cas.
Le laboratoire de batteries dans le conteneur
Juste devant le hangar se trouve, un peu perdu, un seul conteneur de fret. A l'intérieur, l'hélice et le moteur de l'avion sont placés sur des trépieds dans un espace réduit et reliés à un ordinateur par de nombreux c?bles. Les deux éléments de batterie sont posés au sol et sont en cours de chargement. Il faut trois heures pour qu'ils soient pleins. L'avion devrait ainsi pouvoir rester une heure en l'air. "C'est notre petit laboratoire de batteries", explique Jan Wallimann, 23 ans, responsable du système de batteries de l'avion au sein de l'équipe. "C'est ici que nous testons les performances des batteries et leur interaction avec le moteur et le système de commande".
Pour cela, les étudiants ont même développé leur propre logiciel, alimenté en données par 150 capteurs. "Nous pouvons même contr?ler la température ou la tension des différents modules de batterie sur une application pour smartphone que nous avons programmée nous-mêmes. Et ce, chez nous, sur notre canapé", explique Patrick Benito, qui a programmé lui-même le logiciel. On le voit : les étudiants sont fiers de conna?tre leur avion dans les moindres détails.
Projet Focus = résolution de problèmes
Faire partie d'un projet Focus, c'est être constamment confronté à des surprises. C'est le cas pour e-Sling : l'équipe précédente s'était déjà rendu compte que l'électronique du cockpit - et donc l'ensemble de la commande - tombait toujours en panne dès que l'hélice était en marche. Lorsque cela se produisait, le moteur ne pouvait plus être actionné par le levier de commande. Cela ne devait en aucun cas se produire dans les airs. Mais les prédécesseurs n'avaient pas assez de temps pour remédier à ce problème.
C'était donc à Jan, Elsa et aux autres membres de l'équipe de trouver une solution. Pendant deux mois, ils s'y sont cassé les dents. La percée a finalement eu lieu après d'innombrables tests et mesures : "Nous avons remarqué que le moteur et les nombreux c?bles qui vont du moteur aux batteries en passant par le cockpit génèrent un champ électromagnétique qui perturbe les signaux électriques dans le cockpit", explique Wallimann. Il fallait donc supprimer ce champ.
La manière exacte dont cela devait se faire était avant tout un problème mécanique et relevait du domaine de Jo?l Meyer : "Après d'innombrables essais, nous avons réussi à ma?triser le problème, notamment en montant une plaque de recouvrement près du moteur et en posant les c?bles différemment".
Une expérience marquante
Ce sont précisément ces expériences qui font l'attrait d'un projet Focus : être confronté à de nouveaux problèmes et les résoudre ensemble en tant qu'équipe. Les étudiants ne peuvent jamais se fier entièrement aux manuels ou au matériel de cours. Comme dans l'industrie, ils doivent s'aider eux-mêmes en s'appuyant sur les bases scientifiques et techniques. Ils font des recherches, se renseignent auprès d'experts de l'industrie et de la recherche, se creusent la tête et improvisent, car il n'existe généralement pas de solutions standard.
Les futurs ingénieurs sont conscients qu'ils devront encore franchir de nombreux obstacles, petits et grands, avant que leur avion ne décolle. Mais cela ne semble pas les décourager. Mais qu'est-ce qui les pousse personnellement à investir autant de temps dans le projet ?
"On ne le fait clairement pas pour les seuls crédits ECTS, car il n'y en a que 14 pour toute l'année", dit Sander Metting en riant malicieusement. Pour ce constructeur de machines de 23 ans, qui a emménagé dans une colocation à Dübendorf pour le projet, il s'agit surtout de l'expérience pratique que l'on peut déjà acquérir en tant qu'étudiant de bachelor. Pouvoir appliquer les connaissances acquises lors des cours et des séminaires pour développer quelque chose de nouveau à partir de zéro, c'est unique. C'est pourquoi il y a toujours plus de candidatures que de places pour les projets Focus. La procédure de sélection exige déjà beaucoup d'engagement de la part des étudiants.
"Nous voulons montrer qu'il existe des alternatives aux combustibles fossiles dans l'aviation".Elsa Wrenger
La plupart des membres de l'équipe se passionnent en outre pour l'aviation et veulent voir de près ce que cela signifie de construire un avion. Certains s'imaginent même travailler dans l'industrie aéronautique après leurs études. Mais il y a encore d'autres raisons : "Nous voulons montrer qu'il existe des alternatives aux combustibles fossiles dans l'aviation", explique Elsa. L'étudiante de l'ETH espère ainsi apporter une petite contribution à un trafic aérien plus durable.
Propulsion à l'hydrogène
De retour dans le hangar, une petite partie de l'équipe se réunit autour d'une grande table. C'est là que l'on travaille sur la deuxième partie du projet : le développement d'une propulsion à l'hydrogène pour un petit avion. Celui-ci doit être le plus léger et le plus performant possible afin de maintenir l'avion longtemps en l'air. Mais la propulsion à l'hydrogène ne suffit pas à elle seule comme source d'énergie : "Pour pouvoir couvrir rapidement les forts besoins en énergie au décollage, à l'atterrissage, mais aussi en cas de turbulences, des batteries sont également nécessaires comme tampon", explique Sander.
Jusqu'à présent, il n'existe que des esquisses de l'avion et quelques éléments de construction. "Notre objectif est de faire fonctionner le c?ur de la propulsion - la pile à combustible - d'ici octobre et d'élaborer ainsi les bases techniques pour la prochaine équipe", explique Robin Feuz, qui ajoute : "Tout comme nous avons profité du travail et des connaissances de nos prédécesseurs, nous voulons laisser à nos successeurs une situation de départ optimale".
Comme la plupart de leurs coéquipiers, Sander et Robin sont étudiants en troisième année de génie mécanique. Ils ont appris le fonctionnement théorique des piles à combustible dans le cadre d'un cours de thermodynamique. Mais pour en installer une dans un avion, ces connaissances sont loin d'être suffisantes, car il faut définir tous les éléments de A à Z : outre le choix de la pile à combustible appropriée, il s'agit surtout du refroidissement ainsi que de l'alimentation en hydrogène et en air. "Le grand défi est d'harmoniser tous ces composants de manière à en faire un système de propulsion léger et bon marché, qui non seulement réponde à toutes les prescriptions, mais qui soit également apte à voler", explique Sander.
Au début du projet, le sujet était totalement nouveau pour l'équipe. Mais au cours des dernières semaines et des derniers mois, les étudiants ont approfondi leurs connaissances, ont discuté avec des experts et ont même visité l'exposition sur l'hydrogène à Brême. Entre-temps, ils ont acquis suffisamment d'expertise pour pouvoir commander les différentes pièces. Des pièces comme ce compresseur que Sander sort d'un grand carton. Mais avant que celui-ci n'alimente la pile à combustible en air et ne fasse décoller l'avion à hydrogène avec toutes les autres pièces, il s'écoulera encore un certain temps. Une nouvelle équipe d'étudiants de Dübendorf entrera et sortira alors du hangar 3 du parc d'innovation de Zurich.
Au moment de la cl?ture de la rédaction, l'avion était encore au sol. Vous trouverez l'état actuel du projet sous : page externee-sling.com/news/
