Une équipe de la Faculté d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour (NUS) a développé le premier drone quadricoptère entièrement solaire d'Asie. L'avion a volé au-dessus de 10 mètres lors de vols d'essai et a réalisé un vol contrôlable sans l'utilisation de batteries.

Les aéronefs qui peuvent décoller et atterrir directement sans avoir besoin d'une piste - tels que les hélicoptères et les quadricoptères - sont attrayants pour les personnels, applications commerciales et militaires car ils nécessitent moins d'espace physique et d'infrastructures par rapport aux avions à voilure fixe traditionnels. Une équipe de l'Université nationale de Singapour (NUS) a réalisé un grand pas en avant dans l'extension des capacités des drones quadricoptères en alimentant le vol uniquement par la lumière naturelle du soleil.

Une première en Asie, le prototype actuel a volé au-dessus de 10 mètres lors de vols d'essai - plus haut qu'un bâtiment typique de trois étages - en utilisant l'énergie solaire sans batterie ni autre stockage d'énergie à bord.

Ce drone à énergie solaire, qui a été développé en tant que projet étudiant dans le cadre du programme Innovation &Design (iDP) de la faculté d'ingénierie NUS, peut décoller et atterrir verticalement sans piste. Construit en utilisant un matériau léger en fibre de carbone, le drone quadricoptère ne pèse que 2,6 kg, et a une superficie d'environ 4 m². Il est équipé de 148 cellules solaires au silicium caractérisées individuellement et soutenu par un châssis équipé de quatre rotors.

Un exploit aéronautique majeur

Les aéronefs à voilure tournante sont nettement moins efficaces pour générer de la portance que leurs homologues à voilure fixe. D'où, alors qu'il y a eu des exemples d'avions solaires ces dernières années, un avion rotatif 100 % solaire viable qui peut décoller et atterrir verticalement reste un défi d'ingénierie majeur à ce jour.

"Notre avion est extrêmement léger pour sa taille, et il peut voler tant qu'il y a du soleil, même pendant des heures. Contrairement aux drones quadricoptères conventionnels, notre avion ne repose pas sur des batteries embarquées et n'est donc pas limité par le temps de vol. Sa capacité à atterrir sur n'importe quelle surface plane et à sortir de l'effet de sol de manière contrôlée le rend également adapté à une mise en œuvre pratique, " a déclaré le professeur agrégé Aaron Danner du département de génie électrique et informatique de la faculté de génie NUS, qui a supervisé le projet.

Le drone quadricoptère à énergie solaire peut être contrôlé par télécommande ou programmé pour voler de manière autonome à l'aide d'un système GPS intégré à l'avion. L'avion peut potentiellement être utilisé comme « panneau solaire volant » pour fournir de l'énergie solaire d'urgence aux zones sinistrées, ainsi que pour la photographie, livraison de petits colis, surveillance et contrôle. Des batteries peuvent être incorporées pour alimenter l'avion lorsqu'il n'y a pas de soleil ou pour que la charge ait lieu pendant le vol afin de permettre le fonctionnement par temps nuageux ou sombre. D'autres matériels tels que des caméras peuvent également être inclus pour des applications spécifiques.

Depuis 2012, huit équipes d'étudiants NUS ont apporté des améliorations de conception successives et ont travaillé à un avion entièrement solaire sous la supervision du professeur Assoc Danner, qui détient également un poste conjoint à l'Institut de recherche sur l'énergie solaire de Singapour à NUS. Le premier drone quadricoptère à assistance solaire développé par des étudiants en 2012 ne pouvait atteindre que 45% de la puissance de vol à partir de cellules solaires et le reste à partir de batteries embarquées.

La dernière équipe, composé de M. Goh Chong Swee, étudiants en dernière année de NUS Engineering, M. Kuan Jun Ren et M. Yeo Jun Han, a apporté d'autres améliorations aux premiers prototypes du drone quadricoptère. Ils ont finalement réalisé un vol entièrement à l'énergie solaire avec leur dernier prototype. Les membres de l'équipe, qui viennent d'obtenir leur diplôme de NUS en juillet 2018, ont été supervisés conjointement par M. Brian Shohei Teo du programme IDP pour ce projet.

M. Yeo a dit, « Nous avons rencontré de nombreux défis techniques lors de la construction du drone. Il s'agissait notamment de trouver un nombre optimal de cellules solaires suffisamment efficaces et légères pour alimenter le système de propulsion, qui à son tour doit être léger et en même temps capable de produire une poussée suffisante pour soulever l'avion. D'autres problèmes auxquels nous avons été confrontés comprenaient le réglage et l'étalonnage des commandes de vol pour améliorer la stabilité du vol, ainsi que la conception d'un cadre léger mais suffisamment rigide. Cela a été une excellente opportunité d'apprentissage pour nous."

"Être capable de faire voler quelque chose sous contrôle pendant longtemps est un problème d'ingénierie très complexe. Nos étudiants ont atteint le vol dans sa forme la plus pure, alimenté par la lumière naturelle du soleil. C'est une réalisation incroyable, ", a déclaré M. Téo.

L'équipe continuera à peaufiner l'avion pour améliorer encore son efficacité. Avec ces améliorations, ils espèrent rapprocher la technologie de la commercialisation.