L'évolution de l'aviation électrique vers un modélisme accessible à tous

Je voudrais tout d'abord faire une brève remarque sur la notion d'aéromodélisme « pour tous » :

Il ne faut en aucun cas l’interpréter comme une volonté de provoquer, grâce à l’aéromodélisme électrique, une expansion fulgurante de ce sport. Selon la devise : « À chaque citoyen son jouet électrique ». L’idée est plutôt que toute personne s’intéressant plus ou moins sérieusement à l’aéromodélisme considère l’aéromodélisme électrique comme une discipline à part entière, au même titre que toutes les autres. Et que, si l’on souhaite pratiquer l’aéromodélisme électrique, cela ne nécessite ni compétences manuelles particulières, ni connaissances techniques approfondies, ni dépenses importantes. Les personnes qui sont nées avec dix pouces gauches ne prendront plaisir à aucune forme de modélisme. Voilà pour la notion de modélisme « pour tous ».

Maintenant, quelques mots sur le thème du « développement » : il est certain que certains modélistes ont très tôt entrepris des essais avec des propulsions électriques, qui ont peut-être même abouti ici et là, comme par exemple chez l’Anglais Taplin. Mais aucun nom ne se détache autant dans cette histoire que celui de Fred Militky. Dès 1940, il s’est engagé avec détermination, voire avec acharnement, dans la réalisation d’un modèle réduit d’avion à propulsion électrique, ce qui lui vaut d’être souvent qualifié de « père de l’aviation électrique ». À sa mort, en 1976, il avait non seulement mis au point des modèles réduits d’avions électriques télécommandés, mais aussi un avion à propulsion électrique capable de transporter un homme. Je faisais partie de ses collaborateurs depuis la fin des années soixante. Vous ne serez donc certainement pas surpris si j’illustre mon propos par des exemples tirés de ses projets, dont j’ai été témoin ou auxquels j’ai moi-même participé. Cela ne vise en aucun cas à minimiser, ni même à nier, les réalisations d’autres personnes dans ce domaine.

Il serait trop fastidieux de rendre compte de manière exhaustive des essais et des échecs ; c’est pourquoi je souhaite vous décrire plus en détail quelques étapes marquantes, si vous voulez, de ce développement.

Après de nombreuses expériences et plusieurs années durant lesquelles l’aviation électrique restait un rêve, M. Militky réussit en 1959 le premier vol ascendant d’un modèle réduit. Malheureusement, ce fut aussi le dernier avec ce modèle, car celui-ci disparut à jamais. Il était alimenté par des batteries à eau salée. Il s’agit de batteries qui, après avoir été activées par quelques gouttes d’eau salée, peuvent délivrer des courants élevés. Elles ne sont utilisables qu’une seule fois. Ce modèle était le précurseur du modèle en vol libre « Silentius », commercialisé en 1960. En voici quelques caractéristiques techniques : l’envergure était de 780 mm, la masse en vol de 140 g, et la charge alaire totale d’environ 12 g/dm². La propulsion était assurée par un moteur à induit en cloche Dr. Faulhaber avec un rapport de réduction de 15:1, qui entraînait une hélice repliable à deux pales en bois de balsa de 320 mm de diamètre. La source d’alimentation était constituée de 2 batteries miniatures au plomb Rulag.

La puissance d’entrée était d’environ 6 watts. La propulsion était coupée au bout d’environ 20 secondes à l’aide d’une mèche incandescente qui ouvrait un contact à ressort. Ces données montrent clairement que ce n’était pas encore un jouet « pour tout le monde ». C’est ainsi qu’à la fin des années soixante, il n’y avait plus aucun modèle réduit d’avion électrique sur le marché. Le projet n’était toutefois pas resté en sommeil, mais faisait l’objet d’expérimentations intensives. La percée décisive eut lieu à l’été 1971 avec le modèle « Silencer ». Après avoir, là encore, effectué dans un premier temps avec un seul moteur ce qu’on appelait des « vols rasants », c’est-à-dire des vols presque sans ascension, j’ai eu l’idée, inspiré par l’un de mes modèles semi-échelle, d’essayer avec deux moteurs. Quelques jours seulement avant le championnat du monde de voltige F3A à Doylestown, en Pennsylvanie, les premiers vols vraiment réussis ont eu lieu. Aux États-Unis, H. Militky et moi-même avons ensuite présenté le modèle sous un tonnerre d’applaudissements. Voici à nouveau quelques caractéristiques techniques du modèle : envergure 1 600 mm, masse en vol 922 g, charge alaire d’environ 24 g/dm², 2 moteurs à induit en cloche Dr. Faulhaber avec réducteur et hélices repliables en bois de balsa de 320 mm de diamètre, qui provenaient encore du modèle « Silentius ». La source d’alimentation était constituée de cellules Ni-Cad frittées de 9,6 V d’une capacité de 600 mA/h. La télécommande était un appareil de série Varioprop réduit à l’essentiel, permettant de commander la gouverne de direction et la gouverne de profondeur ainsi que, grâce à un couplage avec la gouverne de profondeur, d’allumer et d’éteindre le moteur.

On était désormais presque certain qu’en ajustant correctement la taille du modèle, le moteur, les sources d’alimentation et, surtout, les hélices, on pourrait commercialiser un kit accessible même à un modéliste aux compétences moyennes (l’accent étant encore mis sur le mot « compétences »). Le résultat fut le modèle « Hi-Fly », présenté en 1973 au salon de Nuremberg et qui figure encore aujourd’hui dans la gamme de produits. Il s’agit d’un planeur d’une envergure de 2 300 mm. La propulsion est assurée par deux moteurs Jumbo 2000 équipés d’un réducteur 5:1, qui entraînent chacun une hélice repliable en plastique de 350 mm de diamètre. La source d’alimentation est constituée de 10 cellules Ni-Cad de 1,0 Ah. La puissance d’entrée est d’environ 2 × 35 watts. Pour des ascensions de courte durée, il était également possible de voler avec 12 cellules, ce qui était particulièrement intéressant lors des compétitions. À cette époque, en effet, les premières compétitions de modèles réduits d’avions électriques avaient déjà lieu et des tentatives étaient entreprises pour créer des programmes de compétition attrayants tant pour les spectateurs que pour les pilotes. Cela montre très clairement que l’aviation électrique avait déjà trouvé un cercle d’adeptes, même s’il était encore restreint.

La localité voisine de Pfäffikon possède elle aussi une tradition en matière d’aviation électrique. C’est là que se déroule cette année, pour la 5e fois, une compétition baptisée « Militky-Cup ». Afin de vous donner une idée plus précise de l’évolution de ce domaine, voici quelques remarques supplémentaires concernant le modèle « Hi-Fly » : il est conçu selon une construction ultra-légère, ce qui rendait le rapport entre le poids de la cellule et la charge utile très défavorable. Comme vous le savez peut-être en partie par votre propre expérience, le « Hi-Fly » n’en reste pas moins un excellent planeur électrique et les vols d’une durée d’environ 20 à 22 minutes sont la norme, même sans courants thermiques. En raison de sa construction légère, il vaut toutefois mieux s’abstenir de figures de voltige trop ambitieuses.

À cette époque, c'est-à-dire au début des années 70, le thème de l'aviation électrique était tout simplement dans l'air, et il n'était donc pas étonnant que des concurrents proposent eux aussi des kits et des équipements dans le commerce. Cette diffusion soudaine s'expliquait principalement par trois raisons :

Premièrement, la prise de conscience environnementale de plus en plus forte des citoyens est venue, en quelque sorte, « en renfort » à l’aviation électrique. J'ai d'ailleurs parfois tendance à qualifier cela d'« hystérie environnementale ». De ce fait, sur de nombreux aérodromes de modélisme, il n'était soudain plus possible de voler avec des moteurs à combustion, du moins à certaines heures. Seule la propulsion électrique permettait de combler cette lacune. C’est alors que bon nombre de modélistes ont remarqué que non seulement le bruit avait disparu, mais aussi les taches d’huile bien connues sur la chemise et le pantalon.

Le deuxième argument était la faisabilité désormais acquise des modèles réduits d’avions à propulsion électrique, sans qu’il soit nécessaire de mener au préalable ses propres expériences dont l’issue était incertaine. Toute personne intéressée avait en effet pu constater le succès du « Silencer » présenté dans la presse spécialisée. À cela s’ajoute le fait que les coûts, sur lesquels je reviendrai plus tard, étaient raisonnables.

La troisième raison était que de nombreux modélistes, dès qu’il y a une nouveauté, doivent absolument se la procurer et l’essayer. Il y a tout simplement un certain attrait à pouvoir participer à la pointe d’une évolution. Il suffit de penser au développement parallèle de l’hélicoptère-modèle !

Il était donc désormais possible de se rendre dans un magasin spécialisé, d’acheter un kit avec tous les accessoires et, après un peu de travail de montage, de faire voler avec succès le modèle terminé. Cela se payait toutefois un prix assez élevé, car il fallait acheter deux moteurs : que faire si, soudain, un courant thermique se présentait et que le modèle, moteurs éteints, continuait à monter toujours plus haut ? De plus, les moteurs eux-mêmes présentaient encore quelques points faibles qui se révélaient après un certain temps d’utilisation.

Pour être véritablement accessible à « tout le monde », l’aviation électrique devait donc devenir encore plus abordable et, surtout, plus robuste. Cette évolution a de nouveau connu une avancée décisive entre 1973 et 1975. La plus grande amélioration a sans doute concerné les batteries de propulsion. Mais les moteurs, les transmissions et les hélices, sans oublier les modèles eux-mêmes, ont également été revus à cette époque.

Avec la sortie du kit « Mosquito » lors du salon de 1975, on peut sans hésiter affirmer qu’une phase de stabilisation s’est installée dans le développement.

Ce modèle répondait à toutes les exigences mentionnées précédemment : alors que le kit de propulsion du « Hi-Fly » coûtait encore environ 238 DM, celui du « Mosquito », désormais monomoteur, ne coûtait plus qu’environ 130 DM.

Les performances en montée n’en étaient pas pour autant moins bonnes et l’utilisation supplémentaire, par exemple, de l’interrupteur de pilotage permettait, grâce à l’inversion de poussée, de ramener rapidement le modèle près du sol et, de plus, de protéger la batterie de propulsion contre la décharge profonde, car ce commutateur coupe automatiquement le moteur dès qu’une tension réglable est atteinte.

Ce n'est certainement pas un hasard si tous les premiers exemples couronnés de succès étaient des modèles

que nous qualifions de « planeurs », à savoir des modèles dotés d’une grande surface alaire et d’un profil à forte portance, qui ont par conséquent une faible vitesse de vol et une faible vitesse de descente. Ces modèles n’ont besoin que de peu d’énergie motrice pour effectuer une ascension. De plus, il ne faut pas sous-estimer le fait que les grandes hélices tournant relativement lentement ont un meilleur rendement que les petites hélices tournant rapidement. Malheureusement, cet avantage est en partie annulé par le réducteur indispensable.

Ce n’est que lorsque des systèmes de radiocommande plus légers et des dispositifs de propulsion améliorés ont permis de disposer d’un certain excédent de puissance que de plus en plus de modèles à entraînement direct, c’est-à-dire sans réducteur, ont fait leur apparition sur le marché. Il s’agit principalement de modèles dits « de sport » et « de voltige », qui atteignent parfois des vitesses considérables. Cette variante, je pense par exemple au modèle « Elektro Max », peut être équipée d’un système de propulsion pour environ 150 DM, malgré ses bonnes performances. La puissance d’entrée est d’environ 150 watts, selon l’hélice utilisée. Le poids total atteint environ 1 700 g. L’autonomie de vol est d’environ 4 minutes à pleine puissance et d’environ 10 minutes à demi-puissance, le modèle se maintenant à la même altitude, auxquelles s’ajoute le temps de vol plané, en fonction de l’altitude de départ.

Entre-temps, mes explications m’ont ramené au présent. Si vous vous rendez aujourd’hui dans un magasin spécialisé bien achalandé, vous trouverez un large choix de modèles réduits d’avions électriques et de moteurs. Presque tous ont en commun de fonctionner sans problème dans le domaine pour lequel ils ont été conçus et développés. On peut donc affirmer à juste titre que l’aviation électrique est accessible à «tout le monde». Un conseil d’expert reste toutefois indispensable, car on ne peut pas se permettre, même aujourd’hui, de gaspiller de la puissance, par exemple à cause d’une hélice mal dimensionnée ou d’un mauvais choix de moteur, etc. Et tout comme un moteur à combustion interne doit être correctement réglé et entretenu, il en va de même pour un système de propulsion électrique. C’est dans l’entretien, en particulier celui de la batterie de propulsion, que réside le secret de nombreux vols sans encombre.

Voici maintenant quelques remarques concernant les coûts par rapport aux moteurs à combustion :

Les prix d'achat mentionnés précédemment, compris entre environ 130 et 150 DM pour un groupe motopropulseur électrique, correspondraient à peu près à ceux de moteurs à pistons comparables si l'on tient compte du réservoir, de la batterie de démarrage et des autres accessoires indispensables à leur fonctionnement. Une différence par rapport à cela ne se fait sentir qu’en cas d’exigences de puissance accrues, par exemple pour les modèles de voltige, auquel cas la version électrique se retrouve désavantagée. Son coût augmente alors beaucoup plus rapidement.

En ce qui concerne les coûts d’exploitation courants, on oppose d’une part l’énergie gratuite fournie par la batterie de voiture à l’achat récurrent de carburant pour modèles réduits. Cela plaide clairement en faveur de la motorisation électrique. Personnellement, je ne pense pas que le choix pour ou contre l’aviation électrique dépende d’une différence de quelques marks sur le prix d’achat. Chez de nombreux modélistes, cela semble peut-être être dû à un manque d’information, ou encore à la contrainte de devoir charger une batterie avec précision, ou serait-ce même l’absence de bruit ? Imaginez un instant une voiture de Formule 1 équipée d’un moteur électrique !

Pour conclure, permettez-moi d'émettre quelques hypothèses sur la façon dont j'envisage l'évolution future :

Le point le plus sensible est sans doute le stockage d’énergie, c’est-à-dire la batterie. C’est elle qui est principalement responsable de la charge utile élevée, et cela restera probablement ainsi pour le moment. Peut-être sera-t-il possible de réduire encore davantage sa résistance interne et de la rendre moins sensible à la surcharge ou à la décharge profonde. Quoi qu’il en soit, les améliorations ne se feront que par petites étapes.

Il en va de même pour les moteurs. On pourrait y envisager une amélioration de l’aimant, un meilleur équilibrage, un meilleur refroidissement et un meilleur montage, et éventuellement une légère réduction du poids. Mais ici, la tendance se dessine déjà clairement : tout aura un coût, en particulier pour les petites séries.

C’est au niveau des accessoires que les améliorations seront les plus faciles à réaliser, car ils simplifient l’utilisation de la propulsion électrique, par exemple les chargeurs automatiques, les interrupteurs universels et sans perte, et autres dispositifs similaires.

Quant au modèle, c’est-à-dire la cellule, il devra à l’avenir encore présenter une aérodynamique bien étudiée et, en raison de la charge utile élevée, offrir une bonne résistance tout en restant léger.

Mais dès aujourd’hui, tout modéliste et constructeur de modèles sérieux est capable de voler sans problème avec une motorisation électrique.