Les voitures volantes sont depuis longtemps un incontournable de la science-fiction, mais jusqu’à récemment, la technologie pour construire de petits véhicules volants polyvalents n’existait pas vraiment. Mais cela pourrait changer.

John Markoff du New York Times a donné au monde son premier aperçu d’un véhicule volant pour une personne créé par Kitty Hawk, une startup financée par le milliardaire Google Larry Page. Cela ressemble un peu à une version à plus grande échelle des drones quadcopter que beaucoup de gens ont mis sous leurs arbres de Noël ces dernières années. Il a des pontons au fond, et l’idée semble être que les gens l’utiliseront comme un jet ski de haute technologie, zoomant à 10 ou 20 pieds au-dessus de l’eau.

Selon son prix et ses capacités, le Kitty Hawk Flyer pourrait devenir un succès sur le marché des motomarines. Mais la catégorie plus large des petits véhicules volants à batterie pourrait avoir un impact beaucoup plus important. Selon Bloomberg, Kitty Hawk a une division appelée Zee Aero qui travaille sur des véhicules volants plus gros qui pourraient être utilisés pour des déplacements rapides dans une zone urbaine. D’autres entreprises travaillent sur des technologies similaires.

« Il y a quelques technologies qui arrivent à maturité et qui convergent » pour rendre les petits avions abordables réalisables, a déclaré Brian German, chercheur en aérospatiale à Georgia Tech, dans une interview en décembre.

L’allemand fait valoir que des moteurs électriques plus légers et plus puissants, des batteries qui peuvent stocker plus d’énergie et des logiciels d’aviation plus sophistiqués pourraient transformer le marché des petits avions.

Ces percées pourraient rendre possible le genre de Guerres des étoiles-style landspeeder Kitty Hawk a dévoilé cette semaine. Ils sont à l’origine des petits drones de livraison de colis déjà développés par Amazon, le laboratoire X moonshot de Google et un certain nombre de startups. Et d’ici peu, ils pourraient également permettre aux gens de se rendre au travail dans de petits véhicules volants.

Les innovations de la Silicon Valley débordent dans l’aviation

Un avion conventionnel décolle horizontalement, accélérant suffisamment pour que les ailes le transportent vers le ciel. Cela signifie qu’un avion normal a besoin d’une longue piste pour décoller et atterrir. Les avions à décollage et atterrissage verticaux (VTOL), en revanche, décollent verticalement comme un hélicoptère, puis passent au vol horizontal une fois qu’ils sont en l’air. Cela leur permet de décoller et d’atterrir dans des endroits où les avions conventionnels ne peuvent pas.

Les avions VTOL ne sont pas une nouvelle technologie – des Harrier et le V-22 Osprey existent depuis les années 1960. Mais ces avions n’ont jamais été très pratiques. Ils sont complexes et coûteux et nécessitent des pilotes ayant une formation spécialisée pour les piloter.

Mais le passage des moteurs à combustion interne aux moteurs électriques modifie considérablement cette équation. Les moteurs électriques peuvent être beaucoup plus légers, plus simples et moins chers que les moteurs d’avion traditionnels propulsés par des combustibles fossiles – et ils deviennent plus légers et plus puissants chaque année. Et cela ouvre de nombreuses opportunités aux concepteurs d’avions.

Pour voir à quoi pourraient ressembler les petits avions à propulsion électrique du futur, regardez cette image dépôt de brevet par Zee Aero de Page. Il montre un petit avion personnel pas beaucoup plus large qu’un espace de stationnement conventionnel (vous pouvez avoir une idée de l’échelle cette photographie d’un homme debout à côté d’un prototype):

Il faut beaucoup plus de poussée pour qu’un avion décolle verticalement que pour que l’avion bouge une fois en vol. La conception de Zee Aero comprend donc huit hélices verticales qui sont utilisées pour le décollage, alors qu’il n’y en a que deux à l’arrière pour fournir une poussée horizontale. Une fois que l’avion plane dans le ciel, les huit hélices verticales peuvent être désactivées pour économiser de l’énergie.

Ce type de conception ne fonctionnerait pas avec les moteurs d’avions conventionnels car 10 moteurs seraient beaucoup trop lourds. Mais les moteurs électriques peuvent être extrêmement petits et légers, permettant même à un véhicule de la taille d’une voiture d’en avoir 10.

Bien sûr, les moteurs électriques ne sont pas une nouvelle invention. Mais ils sont progressivement devenus plus légers et plus puissants avec le temps. Au-delà de cela, il a fait des progrès rapides dans deux autres domaines pour rendre les véhicules VTOL pratiques: les batteries et les logiciels d’aviation.

Le gros avantage du carburant d’avion traditionnel est qu’il peut emballer beaucoup d’énergie dans un petit colis, minimisant la quantité de poids que les avions doivent transporter et leur permettant de parcourir de longues distances sans faire le plein.

« En ce moment, les batteries que vous pourriez réellement mettre dans un avion ne vous permettraient pas de voler très loin », m’a dit German. « Mais vous lui donnez quelques années de plus, et il est écrit sur le mur que vous pourrez faire un avion très pratique. »

Les améliorations de la technologie des batteries sont un avantage induit par les innovations ailleurs dans la Silicon Valley. Les marchés en plein essor des ordinateurs portables, des smartphones, des tablettes et des voitures électriques ont inspiré les entreprises à verser des milliards de dollars dans une meilleure technologie de batterie. En conséquence, la densité énergétique des batteries a été s’améliorer régulièrement. Et chaque fois que les batteries s’améliorent, les avions électriques peuvent être un peu plus légers et voler un peu plus loin avec une seule charge.

L’allemand a déclaré que la technologie de la batterie n’était pas encore là. Il a prédit que la densité d’énergie des batteries devra doubler environ pour que les petits avions électriques décollent vraiment.

Les batteries ne s’améliorent pas aussi rapidement que les puces informatiques, il est donc difficile de dire exactement à quelle vitesse les batteries s’amélioreront. Le PDG de Tesla, Elon Musk, qui construit actuellement une usine de batteries géante, a déclaré que la densité de la batterie était généralement s’améliore de 5 à 8% par an, ce qui implique que la densité pourrait doubler au cours de la prochaine décennie – même si cela pourrait nécessiter de trouver de nouveaux produits chimiques pour les batteries.

L’autre percée clé est un meilleur logiciel. Un avion avec 10 hélices est tout simplement trop complexe pour qu’un pilote humain puisse gérer efficacement. Mais le logiciel informatique peut facilement gérer 10 hélices à la fois, fournissant de l’énergie aux hélices où la plus grande poussée est nécessaire.

Et l’allemand m’a dit que les conceptions multi-hélices présentent des avantages de sécurité importants. « Si vous en perdez un, il vous en reste », dit-il. « Vous pouvez concevoir beaucoup de redondance. »

La combinaison de moteurs électriques plus petits et plus puissants, de meilleures batteries et de logiciels sophistiqués ouvrira de nouvelles possibilités de conception d’avions. Je me suis concentré sur la conception à 10 hélices de Zee Aero ci-dessus, mais il y a beaucoup d’autres prototypes en cours de développement.

le Volocopter ressemble beaucoup à un drone quadcopter géant – sauf qu’il a 18 hélices au lieu des quatre que vous trouverez sur un quadcopter normal.

Joby Aviation travaille conception d’avion biplace qui a 12 hélices pour le décollage – quatre sur les ailes et quatre sur la queue – qui se replient une fois l’avion en vol, passant à quatre hélices supplémentaires optimisées pour le vol horizontal:

Et bien sûr, c’est encore un domaine jeune. Si cette technologie devient courante, la conception réussie pourrait être très différente de ces premiers prototypes.

De minuscules avions électriques pourraient transformer les voyages en avion

À lui seul, l’échange de moteurs d’avions conventionnels contre des moteurs électriques pourrait avoir des avantages importants, en réduisant le coût des voyages en avion et les émissions par vol. Mais la plus grande opportunité ici est de rendre les voyages en avion pratiques dans des situations où personne ne penserait à prendre un avion aujourd’hui.

En octobre, Uber publié un livre blanc décrivant sa vision de l’avenir que les petits avions VTOL pourraient rendre possible. Uber envisage un réseau d’avions à la demande transportant des passagers parmi de nombreux points d’atterrissage répartis dans une zone métropolitaine. Par exemple, il faut actuellement au moins une heure pour conduire de San Jose, en Californie, à San Francisco – et plus près de deux heures aux heures de pointe. En revanche, estime Uber, le même voyage pourrait prendre 15 minutes dans un avion VTOL.

Uber estime que le voyage coûterait initialement environ 129 $, ce qui tomberait à 43 $ en quelques années et pourrait éventuellement descendre à 20 $. Cela se compare favorablement aux plus de 100 $ qu’il en coûterait pour prendre un taxi sur le même itinéraire.

Et comme ces avions peuvent décoller et atterrir verticalement, ils n’auraient pas besoin d’aéroports à part entière. Les véhicules pourraient décoller et atterrir dans de petits «vertiports» pouvant tenir dans un stationnement de banlieue ou au dernier étage d’un garage de stationnement urbain.

Et naturellement, Uber envisage un modèle à la demande où les utilisateurs réservent un vol avec leur smartphone quelques minutes avant d’arriver à un vertiport.

Au début, les avions VTOL sont susceptibles d’avoir des pilotes humains qui dirigent les véhicules. Un logiciel sophistiqué pourrait contrôler de nombreux aspects de la routine du vol, permettant aux gens de devenir pilotes avec moins de formation qu’ils n’en ont besoin aujourd’hui.

À long terme, il sera probablement possible de se passer complètement des pilotes et de laisser l’avion voler lui-même. Cela permettra non seulement d’économiser le coût du salaire du pilote, mais également de réduire le poids du véhicule et ainsi d’améliorer encore l’efficacité et les coûts.

Cela pourrait entraîner des changements importants dans les modèles de trafic. Cela pourrait accélérer l’étalement des banlieues, car les gens aisés achètent des terres loin du centre-ville et se rendent au travail en avion. Des voyages aériens à courte distance et abordables pourraient permettre aux citadins de faire plus facilement des excursions d’une journée et d’un week-end dans les villes de la campagne environnante.

À long terme, les préoccupations concernant la congestion et le bruit pourraient créer un goulot d’étranglement pour une utilisation généralisée de la technologie. Les avions VTOL sont probablement beaucoup moins bruyants qu’un hélicoptère, mais il serait toujours ennuyeux de vivre à côté d’un vertiport avec des centaines de vols décollant toutes les heures. Et même si le coût de fonctionnement d’une voiture volante devient suffisamment bon marché pour que les gens de la classe moyenne puissent se le permettre, il se peut qu’il n’y ait tout simplement pas assez d’espace dans le ciel directement au-dessus des principales régions métropolitaines pour répondre à plus d’une fraction de la demande.

De toute évidence, nous sommes encore à quelques années – au moins – du service commercial de voitures volantes à la demande. Mais nous sommes également bien au-delà de la spéculation oiseuse. Un certain nombre de startups ont construit des prototypes fonctionnels, et de grandes entreprises comme Uber ont commencé à étudier ce marché et à réfléchir à la manière d’y participer. Donc, au cours de la prochaine décennie ou des deux prochaines années, attendez-vous à commencer à voir de petits avions à l’air drôle bourdonner dans le ciel.