Les mystères de la science

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ESPACE + HUMAIN + INGÉNIERIE + NATURE + TECHNOLOGIE + ET PLUS ENCORE !

Les

mystères

ALERTE À L’ASTÉROÏDE

de la

Quelles probabilités ?

Quelles solutions ?

Un regard curieux sur le monde

SUPERPOUVOIRS ANIMAUX LES

DES

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VISION ULTRAVIOLETTE, SPRINT À 200 KM/H, IMMORTALITÉ, ETC. DÉCOUVREZ LES SECRETS LES PLUS INCROYABLES DES ANIMAUX.

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INGÉNIERIE

DANS LES COULISSES DU SOLAR IMPULSE

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GUÉRIR GRÂCE À L’ÉLECTRICITÉ

L’électricité a bien plus de pouvoir qu’on ne le pense.

NATURE

LA RÉSURRECTION DU MAMMOUTH LAINEUX Peut-on vraiment le ressusciter grâce à son ADN ?

TECHNOLOGIE

LE FOOTBALL SORT SA SCIENCE Quelles technologies sont sur les terrains ?

100 PAGES

Les mystères de la sciences n°07

HUMAINS

L 15160 - 7 - F: 6,50 € - RD

Réussira-t-il son tour du monde solaire ?

C O

MATIÈRE À RÉFLEXION

INGÉNIERIE

La vitesse du son est de 1234 km/h.

La vitesse maximum de Bloodhound dépassera ce chiffre de 456 km/h.

Découvrez les technologies du futur.

MATIÈRE À RÉFLEXION

Le premier record de vitesse terrestre a été établi en 1898.

Bloodhound SSC pourrait bientôt devenir le véhicule à quatre roues le plus rapide. Regardons sous son capot pour comprendre comment il va battre le record de vitesse terrestre.

SUPERSONIQUE Comment construire une voiture

DANS CETTE RUBRIQUE

64 UN TOUR DU MONDE SOLAIRE

IMAGES © EARL ROBERGE/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Entrez dans les coulisses du Solar Impulse.

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roulant à 1600 km/h ?

Il était de 63 km/h, pour un véhicule électrique.

D

ans un peu plus d’un an maintenant, sur le lac asséché de Hakskeen Pan, dans le désert du Kalahari, en Afrique du Sud, un pilote de chasse de la RAF, Andy Green, tentera de pulvériser le record actuel de vitesse terrestre (1223 km/h, soit 760 mph) qu’il avait lui-même établi en 1997 au volant du Thrust SSC. Il conduira cette fois un tout nouveau véhicule – le Bloodhound SSC – et son objectif est d’atteindre les 1287 km/h (800 mph). Mais Andy Green et son équipe espèrent aller bien au-delà de cette vitesse. Ils veulent que le Bloodhound devienne la première voiture à atteindre les 1600 km/h (1000 mph). Cela fait maintenant cinq ans que le projet Bloodhound et son audacieux objectif ont été révélés au monde.

Depuis lors, l’équipe a travaillé sur d’innombrables concepts pour créer un véhicule qu’ils pensent capable de réaliser l’impossible. Aujourd’hui, tous les efforts vont porter leurs fruits. La voiture est assemblée, les composants étant minutieusement conçus les uns après les autres, au Bloodhound Technical Centre situé à Bristol, dans le sud-ouest de l’Angleterre. Déjà plus de la moitié de la voiture a été montée.

Une

INGÉNIERIE

Une voiture supersonique

fois que le véhicule propulsé par un moteur d’avion/fusée sera assemblé au cours des prochains mois, l’équipe consacrera quelques mois supplémentaires pour installer les systèmes de câblage complexes avant de pratiquer des tests à vitesse réduite sur le Newquay Airport, au RoyaumeUni, en juin et juillet de l’année prochaine. Ce n’est que deux mois après qu’ils essaieront d’atteindre les 1300 km/h en Afrique du Sud. L’équipe aura jusqu’au mois de novembre pour battre le record, jusqu’à ce que le désert soit inondé. La tentative à 1600 km/h est prévue pour 2016.

LE GRAND DÉFI Au premier abord, atteindre 1600 km/h ne semble pas représenter un défi particulier quand on arrive déjà à rouler à 1227 km/h. Pourquoi ne pas simplement installer un plus gros moteur d’avion pour accélérer au-delà des 370 km/h supplémentaires ?

Le problème principal repose sur la résistance (ou traction) aérodynamique. La force exercée sur la voiture lorsqu’elle fend l’air est proportionnelle à sa vitesse au carré.

Cela signifie que, alors que 1600 km/h est une vitesse supérieure de 31 % au record actuel, la traction pourrait augmenter de 70 %. Pour compenser cette résistance, on peut augmenter la puissance – mais celle-ci est environ égale à la vitesse de la voiture au cube. Donc, pour aller 30 % plus vite, on doit ajouter 125 % d’énergie supplémentaire. En d’autres termes, pour simplement rouler 30 % plus vite, on a besoin de plus de puissance que l’énergie totale nécessaire pour faire un 0-1227 km/h. Le défi de l’équipe Bloodhound a donc été de trouver une façon de générer davantage

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MATIÈRE À RÉFLEXION

La fusée Saturn V produisait 3400 tonnes Une voiture supersonique de poussée au décollage.

INGÉNIERIE

Réservoir plein, la fusée pesait 2800 tonnes.

+ La moitié de la poussée du Bloodhound viendra d’un moteur d’avion EJ200 haut de gamme, pris sur un Eurofighter Typhoon.

Le moteur fonctionne en comprimant l’air à l’aide d’un gaz à haute pression, mélange qui est ensuite mixé avec le carburant et brûlé.

Ce gaz chaud est envoyé vers l’arrière pour créer la poussée.

Propulser le Bloodhound à 1600 km/h exige une poussée équivalant à 180 voitures de Formule 1. Pour produire cela, les ingénieurs ont dû concevoir une source de puissance novatrice – une combinaison de moteur de turbo jet et d’un hybride de fusée dans une configuration double.

Le moteur de jet est un prototype d’Eurojet EJ200, développé pour alimenter l’Eurofighter, le précurseur des avions de chasse Typhoon aujourd’hui en

opération. Le moteur qui sera adapté au Bloodhound était destiné à un musée avant de se voir accorder cette seconde vie.

Il peut produire une poussée de 9 tonnes – suffisante pour propulser un Typhoon en vol au-delà de la barrière du son.

Mais ce n’est pas assez pour le Bloodhound, qui bataillera contre les effets de ses roues sur le sol. Un second moteur pourrait être utilisé, mais le poids serait trop important, et la

« ÉTANT DONNÉ QUE LA FUSÉE DÉGAGE UNE SACRÉE PUISSANCE, LES INGÉNIEURS DU BLOODHOUND ONT DÉCIDÉ DE L’INSTALLER AUSSI BAS QUE POSSIBLE. »

Réaliser l’impensable exige quelques ingrédients spéciaux.

UNE FUSÉE

+ En plus du moteur d’avion, un système de fusée hybride fournira la poussée nécessaire pour propulser la voiture vers son objectif de 1600 km/h. À pleine puissance, le moteur produira 123 kN de poussée, plus que toutes les voitures de Formule 1 réunies sur la ligne de départ.

LES ROUES

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Le Bristol Bloodhound 2 a été développé par le célèbre ingénieur en aérodynamique Ron Ayers.

INGÉNIERIE

Une voiture supersonique

Quelques idées novatrices ont été nécessaires pour fournir une poussée suffisante.

LES COMPOSANTS-CLÉS DE BLOODHOUND

La monocoque en fibre de carbone du Bloodhound accueillera son cockpit et le réservoir de carburant.

Le Bloodhound tient son nom d’un missile des années 50.

FOURNIR TOUTE LA PUISSANCE DU BLOODHOUND

MOTEUR D’AVION

Le Bloodhound SSC est une voiture qui n’a pas sa pareille. Elle est construite pour un seul et unique but : rouler à 1600 km/h et plus. Pour parvenir à cela, les technologies aérospatiales et automobiles les plus récentes ont été combinées. Un moteur de fusée et un autre d’avion fournissent la puissance. Des métaux et des composés de fibre de carbone sophistiqués ont été utilisés pour créer le corps du véhicule. Il est aussi doté d’un système intelligent actif de contrôle des flux d’air pour garder en ligne le Bloodhound, stable et plaqué au sol.

MATIÈRE À RÉFLEXION

+ Elles sont faites à partir d’aluminium solide, puisque, à 1600 km/h, les pneus classiques en caoutchouc exploseraient tout simplement. Elles pèsent 95 kg chacune et, à 1600 km/h, atteindront une vitesse de rotation de 10 000 tours/minute.

Elles représentent le seul et unique point de contact entre la voiture et le sol, leur conception a donc été un point crucial.

LES VOLETS

+ Les volets permettent à la voiture de maintenir la contre-force adéquate lors de l’accélération. À l’origine, on espérait qu’ils pourraient être installés à un niveau fixe, mais au lieu de cela ils modifient leur angle en fonction de la vitesse pour s’accorder aux niveaux prescrits.

Prof Brendan Walker UNIVERSITÉ DU MIDDLESEX de puissance tout en réduisant la traction. La puissance du Bloodhound sera générée par un moteur hybride avion/fusée (voir “Fournir toute la puissance du Bloodhound”, page 83).

Alors que les détenteurs du précédent record ont utilisé des moteurs de fusées ou d’avion, aucun d’entre eux n’a employé les deux. Le moteur d’avion haut de gamme EJ200 du Bloodhound vient d’un jet Eurofighter et peut amener la voiture à presque 1300 km/h à lui tout seul. Pour gagner les 300 km/h supplémentaires, elle dispose d’un moteur de fusée hybride capable de rivaliser avec la puissance du moteur d’avion, voire la dépasser.

Pour seulement 20 secondes de poussée, elle utilisera près de 1 tonne de carburant, c’est pourquoi il faudra un moteur d’automobile de course de 750 chevaux moteurs pour pomper le carburant suffisamment vite.

Quand il a fallu trouver une façon de réduire la poussée, les tunnels

Le moteur d’avion sera utilisé pour produire la poussée initiale du Bloodhound.

traction aérodynamique de l’air augmenterait trop. La solution n’est venue ni du sol ni de l’air, mais de l’espace. Nammo, une entreprise norvégienne qui développe et fournit des moteurs de fusée pour les missiles et les navettes de lancement de satellites militaires, a accepté de concevoir un moteur de fusée pour le Bloodhound. Celui-ci utilise un mélange “hybride” de carburant solide ressemblant au caoutchouc (polybutadiène hydroxytéléchélique) et d’un

déporteurs furent tout de suite éliminés. « Ils sont chers, et nous avons un budget modeste pour ce que nous faisons », explique Dr Ben Evans, ingénieur en analyse numérique de la dynamique des fluides et conférencier à l’université Swansea. Il est responsable de l’optimisation de la ligne du Bloodhound.

Il existe un autre problème fondamental avec l’utilisation des diffuseurs dans la conception de la voiture la plus rapide du monde. « Aucun tunnel déporteur n’est à la fois supersonique et doté d’un système de plaquage au sol, ajoute Ben Evans.

L’interaction entre le sol du désert et les ondes de choc supersoniques ne peuvent pas répliquer cela. » Et quand les membres de l’équipe seront de sortie à Hakskeen Pan pour essayer de battre le record, ils ne veulent pas avoir de mauvaises surprises.

Ils ont donc eu recours aux analyses numériques de dynamique

oxydant liquide (peroxyde) qui sera pompé par un moteur de voiture de sport. Une fois que le moteur d’avion aura atteint les premiers 560 km/h, la fusée s’allumera, ajoutant 12 tonnes de poussée en une explosion de 20 secondes. Étant donné que la fusée dégage une sacrée puissance, les ingénieurs du Bloodhound ont décidé de la placer aussi bas que possible, sous le moteur d’avion, pour éviter que la voiture ne se plante dans le sol au démarrage.

Le châssis supérieur servira à fixer le moteur d’avion du véhicule.

Le cadre arrière, sur lequel la suspension arrière et les roues seront vissées.

Ce moteur Cosworth CA2010 a servi pour le processus de développement. Un nouveau moteur (non confirmé) sera utilisé pour la course record.

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MATIÈRE À RÉFLEXION

MATIÈRE À RÉFLEXION

La Grande-Bretagne détient le record Une voiture supersonique de vitesse terrestre depuis 1983.

INGÉNIERIE

La vitesse maximale d’une voiture de Formule 1 avoisine les 360 km/h.

Le Bloodhound tentera d’établir le troisième nouveau record.

Le châssis est fait à partir d’une combinaison de fibre de carbone et de métal.

PIC DE VITESSE

1,600km/h

LA COURSE À 1600 KM/H DU BLOODHOUND

Cependant, contrairement au Bloodhound, elles ont besoin de prendre les virages à pleine vitesse.

965km/h 640km/h

DÉMARRAGE DE LA FUSÉE

JUIN/JUILLET 2015

+ Les premiers tests sur piste auront lieu au Newquay Airport, au Royaume-Uni, où la voiture devrait procéder à son premier allumage. Les ingénieurs vérifieront chaque système, réaliseront des tests à vitesse réduite pour tester les freins de roue, valider le système des volets et parfaire la position du pilote.

320km/h

FREINS DE FRICTION DÉPLOYÉS

0mph 1.6km (1 mile)

3.2km (2 miles) 6.4km (4 miles) 9.6km (6 miles) 12.8km (8 miles)

PHASE D’ACCÉLÉRATION

+ Le Bloodhound accélérera jusqu’à 1600 km/h en seulement 55 secondes, sur une distance estimée à 8,7 km. Pendant cette phase d’accélération, le pilote, le commandant de l’armée de l’air Andy Green, fera l’expérience d’environ 2,5 g. Comme il sera allongé, le sang va se précipiter du bas du corps vers la tête.

MILE MESURÉ

+ Pour établir un record mondial officiel, deux tentatives devront être réalisées en une heure et dans des directions opposées sur un “mile mesuré”. Pour être sûr que la moyenne est au-dessus de 1600 km/h, la vitesse visée pour chacune des tentatives sera en fait de 1690 km/h, au cas où l’un des essais se placerait sous la barre de 1600 km/h.

des fluides, à la place des diffuseurs.

On peut voir cela comme un diffuseur virtuel où les équations complexes sont utilisées pour modéliser les flux d’air. Ces équations donnent la vélocité de l’air autour de la voiture et les forces exercées sur le véhicule.

Chaque analyse a pris près de deux jours et a exigé jusqu’à 256 processeurs sur un superordinateur (la plupart des ordinateurs classiques ont quatre processeurs). Il a fallu répéter l’opération près de 20 fois pour simuler les différentes vitesses que le Bloodhound allait expérimenter.

Ce processus a été utilisé pour des centaines de concepts itératifs.

LE FREINAGE La force de traction que le véhicule rencontre est proportionnelle à la zone du véhicule qui pousse contre l’air.

Donc, si l’on peut réduire la surface du véhicule en contact direct avec l’air, cela réduira la traction. C’est la raison pour

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LA ROUTE DU SUCCÈS

Les étapes-clés vers les 1600 km/h.

1,287km/h

La voiture aura besoin d’atteindre deux fois les 1600 km/h pour valider le record.

INGÉNIERIE

Une voiture supersonique

16km (10 miles) 19.3km (12 miles)

PHASE DE DÉCÉLÉRATION

+ La puissance est dégagée et la voiture ralentit sous la force de sa propre traction aérodynamique. À 1287 km/h, les aérofreins seront déployés et des parachutes supplémentaires sont aussi disponibles si besoin. À 400 km/h, des freins de roue standard prendront le relais pour arrêter le véhicule.

laquelle le Bloodhound est passé de l’approche des deux moteurs d’avion dont est équipé le véhicule détenteur du précédent record, le Thrust SSC, à la configuration actuelle avec un moteur hybride avion/fusée. Cela a permis de réduire la largeur de la voiture, réduisant son coefficient de pénétration dans l’air.

Alors que le défi d’atteindre les 1600 km/h reste important, il y a aussi la question du freinage. « La plus grande limite des records de vitesse terrestre reste la longueur du désert dans lequel vous roulez. L’accélération est assez simple en comparaison – il est plus facile de mettre plus de puissance – mais la vitesse à laquelle on peut freiner est un facteur limitatif », explique l’ingénieur Mark Chapman. Approximativement 60 % de l’énergie de la voiture étant dissipée par la traction aérodynamique et la résistance due au frottement des roues, un système supplémentaire est nécessaire

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secondes c’est le temps que prendra le Bloodhound pour accélérer à 1600 km/h.

1690 km/h c’est la vitesse maximale potentielle de la voiture.

120

mètres c’est la distance de braquage de la voiture.

7786 kg c’est le poids de la voiture avec le réservoir plein.

50000

c’est la force, exprimée en g, exercée sur les roues pendant la course.

ENCORE UNE FOIS

+ Tout le processus sera répété avec une nouvelle fusée qui devra être orientée dans la direction opposée. Une vitesse moyenne sera tirée de ces deux tentatives pour donner la vitesse officielle. Changer une fusée ultrachaude et refaire le plein en 60 secondes ridiculiseront les pit-stops de Formule 1 !

pour arrêter la voiture sur la piste de 19 km. Les freins d’automobile standard peuvent être utilisés jusqu’à 400 km/h, mais avec la surface aussi lisse du désert, ils ne permettent de réduire que de 1 % l’énergie totale de la voiture. Pour arrêter aussi rapidement et aussi prudemment que possible le véhicule, une combinaison de parachutes et d’aérofreins a été imaginée (des rétrofusées ont aussi été envisagées). Les aérofreins, les “ailes” qui se déploieront de chaque côté du Bloodhound, permettront de créer une grande surface de résistance à l’air, accroissant la pression.

AU-DELÀ DES DIFFUSEURS Comme les parachutes sont souvent enclins à faire défaut, le système d’aérofreins a été conçu pour fournir toute la puissance de freinage. Les parachutes ne seront déployés que si les aérofreins ne ralentissent pas la voiture assez vite ou échouent à

le faire. L’analyse numérique de la dynamique des fluides a encore une fois été mise à contribution pour concevoir les aérofreins et ce sera l’un des points majeurs lors des tests sur piste. L’une des inquiétudes reste que le sillage qu’ils vont générer peut altérer la structure arrière.

Cela pourrait causer des dommages structurels ou potentiellement soulever l’arrière de la voiture.

Le concept final inclut un ensemble de trous dans les aérofreins qui modifie les flux d’air derrière les freins eux-mêmes, réduisant la différence de pression entre l’avant et l’arrière. En réduisant cette différence de pression, les problèmes potentiels liés aux interactions des flux avec la structure arrière peuvent heureusement être écartés.

Un défi unique pour l’équipe Bloodhound a été la stabilité verticale de la voiture. Sur un avion, les ailes sont conçues pour générer l’appui, ce qui permet de voler. Pour une voiture de Formule 1, les ailes et le châssis sont conçus pour générer un maximum “d’appui négatif”, ou contre-force, de sorte que la voiture est maintenue au sol. Cela l’aide à prendre les virages plus rapidement. Pour Bloodhound, il a fallu trouver un compromis difficile entre être sûr d’avoir suffisamment de contre-force pour éviter que la voiture ne décolle du sol et garantir que cette contre-force ne soit pas trop grande et plante la voiture dans le sol du désert.

Afin de résoudre ce problème, toute

une gamme de volets a été installée à l’avant du véhicule. Ils bougeront pendant le trajet à haute vitesse en fonction de valeurs préenregistrées.

Ces valeurs, dérivées des analyses numériques sur les fluides, signifient qu’une contre-force constante sera appliquée lorsque la voiture démarrera pour atteindre 1600 km/h. Le premier test sur piste à Newquay, et plus tard en Afrique du Sud, permettra de s’assurer que ces changements de position des volets correspondent à ce qui a été prévu par les analyses.

Le Bloodhound a fait beaucoup de chemin depuis ces cinq dernières années, et sur lui reposent les espoirs et les aspirations d’une équipe entière.

Si leur tentative de battre le record est un succès, peut-être des idées de nouveaux défis commenceront-elles à prendre forme dans l’esprit des membres de l’équipe. N.A.

« L’ACCÉLÉRATION EST ASSEZ SIMPLE EN COMPARAISON, MAIS LA VITESSE À LAQUELLE ON PEUT RALENTIR NOUS LIMITE. » Mark Chapman BLOODHOUND SSC

AOÛT 2015

+ L’équipe se déplacera à Hakskeen Pan, en Afrique du Sud, pour commencer à faire des tests à pleine vitesse. Ils visent à battre le record actuel de 1227 km/h, avec l’objectif de 1287 km/h. Ils auront jusqu’à novembre pour réaliser leurs essais, puisqu’après le désert sera inondé.

ÉTÉ 2016

+ Après un hiver de travail supplémentaire de retour à l’usine, l’équipe retournera en Afrique du Sud pour la dernière fois. Durant l’été, ils prépareront la voiture pour le jour du jugement dernier, où ils tenteront d’atteindre la limite magique de 1600 km/h.

CI-DESSUS Un modèle Bloodhound montre comment son nez se termine par une pointe étroite, réduisant son coefficient de pénétration dans l’air et minimisant la traction.

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