Les dirigeables nous réservent-ils encore de belles surprises ?

Les diri­geables sont sou­vent per­çus comme une tech­no­lo­gie d’une autre époque. Arri­vé sur le mar­ché vers la fin du XIX^e siècle, ce nou­veau moyen de trans­port était une révo­lu­tion mon­diale : à bord de ces énormes bal­lons, il était en effet pos­sible de tra­ver­ser l’Atlantique en moins de 60 heures, et d’aller au-delà des 130 km/h. 

Cepen­dant, cette tech­no­lo­gie n’a pas connu une belle fin. La catas­trophe du Hin­den­burg en 1937 – ce colosse, à peine plus petit que la tour Eif­fel, enflam­mé dans le ciel du New Jer­sey – est encore aujourd’hui syno­nyme de trau­ma­tisme. Pour­tant, les diri­geables pré­sentent des avan­tages indé­niables, et cet acci­dent ne les a jamais remis en cause. 

Oli­vier Doa­ré, pro­fes­seur en méca­nique des fluides, a diri­gé la thèse de Robin Le Mestre visant à modé­li­ser les effets des fluides externes et internes sur le com­por­te­ment dyna­mique des diri­geables en vol¹. Une recherche allant donc dans le sens d’un poten­tiel renou­veau des diri­geables, car Oli­vier Doa­ré le main­tient : « Depuis cette catas­trophe, il y a eu un siècle de pro­grès tech­no­lo­giques. »

Le Hin­den­burg était gon­flé à l’hydrogène, autre­ment dit, un gaz hau­te­ment inflam­mable. Le choix des Alle­mands d’utiliser ce gaz ne résulte pas d’un manque de connais­sances de leur part : l’hélium — bien moins inflam­mable — était déjà recom­man­dé à l’époque, mais bien plus rare à trou­ver. Le manque d’approvisionnement était dû au contexte géo­po­li­tique de l’époque : les États-Unis, qui avaient le qua­si-mono­pole du mar­ché de l’hélium, vou­laient gar­der leur avance sur cette technologie. 

« De nos jours, la très grande majo­ri­té des pro­jets de diri­geables sont gon­flés à l’hélium pour des rai­sons de sécu­ri­té, pré­cise Oli­vier Doa­ré, même si à force de por­tance égale, cela néces­site un volume de gaz plus impor­tant qu’avec de l’hydrogène. » Mais l’idée d’un diri­geable gon­flé à l’hydrogène n’est pas tota­le­ment aban­don­née pour autant : « Dans le cas d’une pro­pul­sion élec­trique assu­rée par une pile à com­bus­tible, l’hydrogène pour­rait être simul­ta­né­ment le gaz por­teur et le com­bus­tible. », sug­gère Robin Le Mestre. 

Ces deux gaz sont uti­li­sés car ils sont plus légers que l’air : « Le diri­geable se sus­tente par lui-même grâce à la pous­sée d’Archimède, explique Robin Le Mestre, il ne néces­site donc presque aucune éner­gie pour être main­te­nu en vol. » Cela consti­tue un avan­tage consi­dé­rable, sur­tout dans le contexte éco­lo­gique actuel, mais implique des contraintes à prendre en compte. « Du fait de sa légè­re­té, l’engin sera hau­te­ment sou­mis aux aléas et aux intem­pé­ries, admet Robin Le Mestre. Beau­coup d’incidents trouvent leur ori­gine ici ». 

Pour mar­quer le retour des diri­geables, il fau­dra donc maî­tri­ser ces contraintes météo­ro­lo­giques d’ores et déjà iden­ti­fiées. « C’est tout l’intérêt de ma thèse, fait valoir le doc­teur. Pour aller à l’encontre de l’action du vent, il faut avoir des moyens de pré­dic­tion et de com­mande de contrôle bien plus pré­cis. »

Le poten­tiel de cette thèse a éga­le­ment atti­ré l’attention du centre fran­çais de recherche aéro­spa­tiale, l’ONERA. Jean-Sébas­tien Schot­té, char­gé de recherche au sein de cet office, a donc aidé au déve­lop­pe­ment de ces outils de pré­dic­tion. Selon lui, « une meilleure modé­li­sa­tion des cou­plages entre la struc­ture défor­mable du diri­geable et l’écoulement des gaz qui l’entourent per­met­tra d’améliorer les simu­la­tions de com­por­te­ment en vol de l’engin, par exemple face à des rafales de vent, et cela pour­ra aider à la concep­tion et au dimen­sion­ne­ment des futurs pro­jets de diri­geables ».

À ces pro­grès dans le domaine de la simu­la­tion numé­rique s’ajoutent éga­le­ment d’autres pro­grès réa­li­sés dans la concep­tion des maté­riaux : « Les maté­riaux uti­li­sés aujourd’hui sont plus résis­tants, plus étanches, tout en étant plus légers. », cer­ti­fie Jean-Sébas­tien Schot­té. « De plus, des outils de pré­dic­tion du vent existent et sont très effi­caces. », rap­pelle Oli­vier Doa­ré. La tech­no­lo­gie LiDAR, par exemple, ces lasers de pré­dic­tion du vent, aujourd’hui utiles à l’optimisation du contrôle du parc éolien,  pour­raient aus­si être utiles aux diri­geables. « Seule­ment, pour pré­dire la tra­jec­toire réelle d’un diri­geable, et donc s’assurer de sa sûre­té, une mul­ti­tude de fac­teurs envi­ron­ne­men­taux doit être prise en compte, concède le pro­fes­seur. Si bien qu’il est dif­fi­cile, avec les moyens actuels, de simu­ler par­fai­te­ment le com­por­te­ment de l’engin sur un ordi­na­teur. »

En méca­nique des fluides, les équa­tions de Navier-Stokes sont fon­da­men­tales. Elles per­mettent de repré­sen­ter les mou­ve­ments les plus com­plexes des fluides — et donc beau nombre de ces fac­teurs envi­ron­ne­men­taux —, mais res­tent bien trop lourdes à trai­ter pour être uti­li­sées dans des simu­la­tions com­plètes de com­por­te­ment en vol de grandes struc­tures souples, comme les diri­geables. « La pre­mière étape était donc de sim­pli­fier les équa­tions de Navier-Stokes pour n’en rete­nir que les élé­ments essen­tiels, détaille Robin Le Mestre. En pos­tu­lant des hypo­thèses sur chaque inter­ac­tion à étu­dier, nous avons pu for­mu­ler des équa­tions sim­pli­fiées, mais, mal­gré tout, réa­listes, afin de pou­voir modé­li­ser le sys­tème, et son fonc­tion­ne­ment, au tra­vers d’un ensemble d’opérateurs mathé­ma­tiques, qui eux peuvent être numé­ri­sés. »

Avec cette sim­pli­fi­ca­tion, les cher­cheurs ont pu pro­po­ser une simu­la­tion réa­liste acces­sible par des cal­culs rapides. À terme, les ingé­nieurs espèrent pou­voir adap­ter les com­mandes de l’engin en situa­tion réelle. « Un avion a une telle puis­sance, de par son poids et ses moteurs, que si le pilote veut aller à gauche, il prend les com­mandes et, peu importe le vent et son com­por­te­ment, il ira à gauche, indique Oli­vier Doa­ré. Un diri­geable subi­ra beau­coup l’effet du vent, et ses moteurs pour­ront ne pas être suf­fi­sants. Il y a un plus grand inté­rêt à com­bi­ner nos connais­sances des effets du vent avec celles des com­mandes de l’engin. » 

Les tra­vaux de recherche en cours, dont la thèse de Robin Le Mestre fait par­tie, visent donc à aider les indus­triels à opti­mi­ser leur concep­tion des diri­geables, en leur per­met­tant par exemple de déve­lop­per des outils de pré­dic­tions de com­mandes en temps réel à par­tir des don­nées du vent.

La taille, aus­si impres­sion­nante qu’elle soit, reste un incon­vé­nient au poten­tiel d’utilisation des diri­geables. Les modèles de type blimp sont des bal­lons gon­flés avec un mini­mum de struc­ture. Ce type de modèle tire son avan­tage non pas dans l’aspect sécu­ri­taire, mais dans celui de sa charge utile. Seule­ment, en com­pa­rai­son avec l’avion, pour une même quan­ti­té de pas­sa­gers, ou de mar­chan­dises, le volume néces­saire devra être bien plus impor­tant. « D’un point vu per­son­nel, admet Oli­vier Doa­ré, je ne pense pas que le diri­geable de demain rem­pla­ce­ra l’avion. Déjà par le poids de l’industrie aéro­nau­tique, mais aus­si par cet incon­vé­nient de la taille des struc­tures. » 

Le diri­geable de demain ne rem­pla­ce­ra pas l’avion.

Effec­ti­ve­ment, un aéro­port demande un espace assez consé­quent pour accueillir les avions. Pour une flotte de diri­geables, l’espace néces­saire serait « démen­tiel ». Le trans­port de pas­sa­gers ne pour­ra se faire qu’à petite échelle, et pour­rait être béné­fique à quelques situa­tions : « D’un point vu tou­ris­tique, le diri­geable peut offrir des ser­vices simi­laires à une balade en mont­gol­fière, pré­cise Robin Le Mestre. Concer­nant le trans­port, il y a un inté­rêt gran­dis­sant pour les dépla­ce­ments inter­ré­gio­naux, ou vers des zones dénuées d’aéroport, comme beau­coup d’îles. »  

Cette tech­no­lo­gie n’a donc pas pour objec­tif de rem­pla­cer les trans­ports aériens de pas­sa­gers à grande échelle, mais ces avan­tages nom­breux lui accordent une uti­li­té dans bien d’autres domaines. « Les diri­geables peuvent tout de même trans­por­ter plu­sieurs dizaines de tonnes, pré­cise-t-il. Ils seront utiles pour des sec­teurs spé­ci­fiques, en par­ti­cu­lier ceux pour les­quels la contrainte de temps n’est que peu impor­tante. » 

L’entreprise Flying Whales s’est par exemple inté­res­sée à cette thèse. « L’entreprise sou­haite déve­lop­per un pro­to­type de diri­geable d’ici quelques années, pour le trans­port de charge dans des zones inac­ces­sibles, comme les forêts en zones mon­ta­gneuses, ajoute Robin Le Mestre. Trans­por­ter du bois dans une forêt inac­ces­sible en camion à bord de ce type d’engin sera plus effi­cace qu’en héli­co­ptère, pour lequel l’espace de sto­ckage est plus faible, et le tra­jet plus coû­teux. » 

L’entreprise Tha­lès, en par­te­na­riat avec l’ONERA, a par ailleurs lan­cé le pro­jet « Stra­to­bus »², un diri­geable conçu pour effec­tuer des vols dans la stra­to­sphère. Ce diri­geable rem­pli­ra des mis­sions com­plé­men­taires à celles des satel­lites, dans une fonc­tion de sur­veillance, de com­mu­ni­ca­tion, mais aus­si de défense. Force est de consta­ter que bon nombre de pro­jets fleu­rissent actuel­le­ment un peu par­tout dans l’industrie : il n’en est donc pas encore fini des dirigeables !

Pablo Andres