Au cœur de la Haute Ecole du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (Hepia) se trouve un laboratoire spécialisé dans le monde des drones. Sur une table, à côté d’un ingénieur concentré sur son ordinateur, l’un de ces robots volants, en pièces détachées, attend patiemment d’être reconstruit. Un autre, large de 1 mètre et dépourvu d’hélice, est accroché au plafond. Derrière, un bassin d’eau stagnante de 14 mètres est prêt à accueillir un drone sous-marin.

Ici, on étudie la dynamique des fluides. «On aime les machines qui volent, qui flottent et qui plongent», rigole Flavio Noca, professeur en aérodynamique à Hepia, qui dirige le laboratoire. Dans ses mains, il tient un carré de neuf petits ventilateurs d’ordinateur encastré dans une pièce de métal. Cet étrange assemblage est le premier prototype d’un type de soufflerie modulaire imaginé il y a six ans.

Aujourd’hui composé de centaines voire de milliers de ventilateurs, l’invention a récemment participé à l’élaboration d’Ingenuity, le premier drone sur Mars. Et justement, tester l’aérodynamique d’une telle machine en reproduisant l’atmosphère martienne n’est pas une mince affaire. Ingenuity n’aurait probablement jamais mis les pieds sur la planète rouge sans la soufflerie des ingénieurs d’Hepia.

Lire: L'hélicoptère Ingenuity a effectué un court vol sur Mars, une première historique

Un siècle d’histoire

Mais revenons d’abord en 1908, lorsque tout commence. Gustave Eiffel, créateur de la tour du même nom, fabrique la première soufflerie. «Elle consistait en une unique hélice, explique Flavio Noca. Le modèle d’avion est fixé sur un bras mécanique et l’aérodynamique est testée par un vent uniforme.»

Une technique simple qui est toujours utilisée depuis. «Le souci, c’est qu’une seule turbine ne peut pas imiter les rafales de notre atmosphère.» Le système fonctionne pour des avions, mais avec l’arrivée des drones, plus petits et donc plus sensibles aux vents, ce n’est plus suffisant.

Lire aussi: La «drone valley» suisse, berceau de robots futuristes

En 2015, Flavio Noca a une illumination en observant les mouettes faire du surplace dans les bourrasques au bord de la mer. «Je me suis dit qu’on devrait fabriquer une soufflerie dans laquelle le drone n’est pas fixé sur un bras, mais vole immobile contre les vents artificiels», se rappelle-t-il. En rentrant en Suisse, il se met au travail avec Guillaume Catry, ingénieur mécanique diplômé de l’EPFL, qui venait de commencer à travailler dans le laboratoire d’Hepia.

L’idée qui va tout changer

Guillaume Catry a alors une autre idée: et si au lieu d’avoir une seule hélice, il y en avait plusieurs, qui peuvent tourner indépendamment pour imiter des rafales chaotiques. Le premier prototype de neuf ventilateurs est donc construit, et il fonctionne à merveille.

«Il faut imaginer les ventilateurs comme des pixels, explique Guillaume Catry. Sur un écran, chaque pixel peut être contrôlé pour qu’ensemble ils donnent une image. C’est la même chose pour notre soufflerie. En contrôlant la puissance de chaque ventilateur, on peut recréer des conditions réelles de vol.»

L’idée fait mouche, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie s’intéresse de près à l’invention. En 2017, les ingénieurs lancent leur start-up WindShape et mettent au point une soufflerie de 3 mètres sur 3, composée de 1300 ventilateurs, qu’ils envoient aux Etats-Unis. Ingenuity a été testé à l’aide de ce système.

Conditions atmosphériques martiennes

A Genève, l’heure est à présent à la démonstration. Au fond du laboratoire, un drone équipé de capteurs de mouvement est posé au sol, attendant le décollage. En face de lui une «petite» soufflerie de 162 ventilateurs démarre doucement. Un écran posé à côté montre en temps réel la position du drone et la force des vents qui s’échappent.

Le drone décolle et les rafales de vent s’intensifient, pouvant aller jusqu’à 50 kilomètres par heure. Sous le bruit assourdissant des ventilateurs tournant à plein régime, la petite machine volante lutte pour rester stable.

C’est dans des conditions presque similaires qu’Ingenuity a été mis à l’épreuve. «Evidemment, la NASA a dû recréer l’atmosphère martienne, explique Flavio Noca. Tout le système de test était fermé hermétiquement, pour recréer la pression atmosphérique de Mars, qui est 100 fois moins élevée que la nôtre.»

La basse pression de la surface de la planète rouge signifie des vents moins violents que sur Terre. «Nous devons tout de même être sûrs que le drone pourra voler sans problème, affirme Flavio Noca. Il n’y a pas la possibilité de le réparer ou de faire des modifications sur Mars.»

Ingenuity a décollé le 19 avril. Le vol s’est déroulé sans accroc.

Autour du monde

Aujourd’hui, l’invention du laboratoire genevois fait le tour du monde. Des caractères japonais décorent le logo de la petite soufflerie de l’atelier, souvenir d’un voyage dans l'Empire du Soleil levant. L’appareil est aussi passé par Boston, Las Vegas ou encore Paris pour des démonstrations.

Les ingénieurs ont fabriqué des machines similaires qui sont maintenant à Singapour, en France mais également à l’EPFL. Il faut environ trois mois pour fabriquer une soufflerie de la même taille que celle du Jet Propulsion Laboratory. Malgré cela, la demande est forte.

Lire aussi: La grande peur de l’industrie suisse du drone: être éjectée du marché européen

«Notre technique est modulaire, comme des briques de Lego, et peut s’agrandir, se compléter au fil du temps et des moyens», ajoute Guillaume Catry. L’équipe voudrait en faire une version en forme de globe, au sein de laquelle le drone, enfermé au centre, recevrait des rafales dans tous les sens. Pour se faire, ils travaillent en partenariat avec l’EPFL afin de créer des algorithmes capables de simuler les vents naturels de la manière la plus réaliste possible.

«Que ce soit pour la science, le transport de ressources et de matériels, ou même le transport humain, les drones font partie de notre avenir», précise Flavio Noca. En fabriquant ces souffleries de test, les ingénieurs espèrent accélérer la création d’une certification pour les drones, pas encore existante sur le marché. Un tel document pourrait permettre d'assurer la confection de machines sûres et plus rassurantes aux yeux de la population.