Pionniers – le Dr. Sperry et l’auto stabilisation

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Dr. Elmer Sperry

Le 11 novembre, jour du souvenir de l’Armistice de 1918, est l’occasion de se souvenir des inventions qui ont permis aux multirotors d’être pilotés par tout le monde… Son nom est peu connu, pourtant on lui doit presque tout : Elmer Ambrose Sperry, né en 1860 aux Etats-Unis dans l’état de New-York, est spécialiste de l’ingénierie électrique. C’est aussi un inventeur compulsif ! On lui doit plus de 400 inventions, un joli score pour quelqu’un qui n’est pas vraiment passé à la postérité. Retour au début du 20e siècle, juste avant la première guerre mondiale. Les premiers avions sont expérimentés, avec difficultés. Leur pilotage est particulièrement complexe : il n’y avait à l’époque aucune assistance, le pilote actionnait directement les commandes, via des câbles. Une sorte de mode Acro difficilement gérable.

Un gyroscope à bord

En 1909, à l’approche de ses cinquante ans, le Dr. Sperry se met en tête d’adapter un gyroscope pour le placer à bord d’un avion. Son prototype est fonctionnel, mais l’instrument pèse plus de 13 kilos ! sperry-07Sur les appareils de l’époque, c’est beaucoup trop. Son invention est un échec, pourtant il ne renonce pas, pressentant que le succès de l’aviation ne sera possible qu’n rendant le pilotage plus accessible. On lui prête cette déclaration : « de tous les véhicules sur Terre, l’avion est cet appareil unique affecté par des mouvements, des accélérations et des forces centrifuges, le tout avec une variété sans limite et des combinaisons sans fin ».

L’un des premiers DIY !

Chez les grands inventeurs, ça se passe souvent en famille. Le fils du Dr. Sperry, Lawrence, né en 1892, construit lui-même son avion en 1911 – il n’a alors que 19 ans. sperry-10Pour l’aider à faire voler la machine, le Dr. Sperry revoit son gyroscope, qu’il appelle « gyrostabilisateur ». Son objectif est simple : il veut que le pilote puisse laisser l’appareil voler sans être constamment en train de compenser les mouvements parasites. Il reçoit l’aide de Glenn Curtiss, l’un des pionniers de l’aviation, qui lui décroche un financement des travaux par l’US Navy. Sperry parvient à développer un gyroscope compact, puis à l’associer aux commandes du pilote ! Le premier système de stabilisation est né : le pilote peut désormais compter sur une assistance automatique. Le mode Horizon est né !

La maturité

Glenn Curtiss - Crédit photo USAF Museum
Glenn Curtiss – Crédit photo USAF Museum

Le Dr. Sperry est persuadé de l’importance de ses outils, et veut aller plus loin encore. Il imagine un capteur capable de mesurer la vitesse de l’appareil, et de faire piquer l’avion du nez automatiquement pour le lancer dans une descente contrôlée plutôt que de le laisser décrocher. Le système fonctionne et ouvre la porte aux vols sans visibilité, dans les nuages par exemple, lorsque le pilote perd la notion de son environnement. Son invention connaît le succès, notamment parce que les appareils de l’époque étaient sous-motorisés… Glenn Curtiss réussit 58 vols à bord d’un hydravion imaginé par Lawrence Sperry (le fils) et stabilisé par Elmer Sperry (le père). Pourtant la Navy juge que la fiabilité des appareils automatiques est trop faible pour remplacer l’expérience d’un pilote.

En France !

Lawrence Sperry
Lawrence Sperry

Rien ne semble altérer la volonté du Dr. Sperry et sa vision de l’assistance au pilotage. Il continue à améliorer ses appareils et leurs capteurs jusqu’à produire un système monobloc, autonome, destiné à être relié aux commandes de tout type d’avion. L’outil fonctionne : il permet de maintenir à plat un appareil sans intervention de son pilote. En juin 1914, le Dr. Sperry se met en tête de participer au concours de la Sécurité aérienne en aéroplane, organisé en région parisienne par l’Union pour la Sécurité en Aéroplane. Un événement qui regroupe 57 équipes, destiné à montrer les progrès de la sécurité en avion qui était, à l’époque, assez très précaire. Glenn Curtiss lui offre l’un de ses Curtiss C-2 pour être équipé du système de stabilisation. Pour les besoins du concours, Lawrence Sperry est aux commandes, et le Dr. Sperry engage un mécanicien français, Emile Cachin. Il ne parle un mot d’anglais, et aucun des Sperry ne comprend un traitre mot de français. Peu importe, le courant passe entre eux.

Grand prix !

Lawrence Sperry et Emile Cachin prennent place à bord de l’avion qui vole entre les ponts de Bezons et d’Argenteuil. Au passage de contrôle des juges, le pilote lâche les commandes : tout le monde voit ses mains en l’air alors que l’avion poursuit son vol à basse altitude. Mais cela ne suffit pas au fils du Dr. Sperry, qui ne veut pas qu’on l’accuse d’avoir passé les commandes au mécanicien. sperry-15Il repart dans une boucle et réenclenche le stabilisateur. Emile Cachin monte sur l’aile droite et avance de 2 mètres. Sperry lève les mains au passage des juges, alors que son mécanicien fait l’équilibriste sur l’aile. Le public n’en croit pas ses yeux. Sperry ne s’arrête pas là. Il décide de pratiquer un troisième et dernier passage. Cachin est toujours sur l’aile droite, mais lui part se placer sur l’aile gauche. L’avion, dont les sièges du pilote et du mécanicien sont vides, reste parfaitement stabilisé. La prestation est un triomphe ! On dit que le juge René Quinton, pourtant contraint à la retenue, a crié « mais c’est inouï » ! L’équipe remporte le premier prix du concours, avec sa dotation de 50 000 francs de l’époque (environ 160 000 € actuels). Sperry devient célèbre dans toute l’Europe et aux Etats-Unis, faisant la une des quotidiens.

Effort de guerre

sperry-01Le développement du stabilisateur de Sperry est momentanément abandonné lorsque la première guerre mondiale est déclarée. L’aviation engagée dans des combats aériens n’a pas vraiment besoin de stabilisation – les pilotes volent en mode Acro ! Les efforts de l’armée se tournent vers d’autres sujets. Le Dr. Sperry ne perd pas de son inventivité, avec la mise au point d’un projecteur anti-aérien qui, dit-on, a permis d’affaiblir les raids aériens de l’armée allemande. En 1915, il est nommé à la tête d’une cellule de développement d’outils de stabilisation de missiles au Naval Consulting Board, créé par Thomas Edison. Ses travaux ont permis de réaliser la première torpille aérienne, lancée depuis la terre, avec un vol assisté pour toucher une cible. Mais la fin de la guerre a interrompu son développement.

Le souvenir des Sperry ?

sperry-06Lawrence Sperry prend place à bord de son avion le 19 décembre 1923 pour un vol entre l’Angleterre et la France, un jour de brouillard épais. Le pilote n’est jamais parvenu à sa destination. Son avion a été rapidement retrouvé dans la Manche. Son corps a été repêché le 11 janvier 1924. Elmer Sperry a été décoré par la médaille John Fritz en 1926 pour ses travaux sur les systèmes autopilotes. Ses recherches permettent au pilote américain James Doolittle de réaliser le tout premier vol aux instruments, à l’aveugle, en 1929. Elmer Sperry est mort en 1930 à Brooklyn. Malgré le fait que l’aviation ait employé pendant de longues années des capteurs et des outils de stabilisation directement issus de ses travaux, son nom n’est connu que des passionnés de l’aéronautique. L’électronique a désormais remplacé les cellules inertielles, permettant la miniaturisation des composants et les vols ultrastables des multirotors… C’est inouï !

D’autres photos

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12 COMMENTAIRES

  1. Merci pour cet article qui permet d’aller au delà de la simple extase des multis. Ce soir je dormirai en sachant pourquoi Sperry est inscrit sur quelques instruments que j’ai pu croiser au hasard de certaines machines admirées lors de concentrations.

  2. Très sympa comme type d’article ! Ça sort du cadre “hélicomicro” … et après tout c’est bien, ça change de la description du 15000éme clone de tiny whoop 😛

  3. Très bon article. Merci Fred. J’ajouterai que Sperry a commencé a embarquer ses Gyro dans la Navy pour stabiliser les Canons des navires.
    On doit le premier modèle RC a Tesla avec un petit bateau radio-commandé a New-York en 1898.
    Pour le FPV il me semble que les débuts remontent a l’opération Aphrodite qui consistait a guider des B-17 Dronisés bourrés d’explosifs sur une cible après que l’équipage saute en parachute pour laisser les commandes a un avion accompagnateur avec retour radio et FPV. Le frère du président Kennedy trouva d’ailleurs la mort lors d’une de ces missions. Son père le destinait pourtant a un destin présidentiel mais ce fut John par défaut. Le FPV a donc vraiment marqué l’histoire !|
    Aujourd’hui, pensée spéciale pour tous les anciens combattants.

  4. merci Fred, ce petit cours d’histoire remet certaines choses a leurs places, beaucoup ont tendance a croire
    que tout viens d’être inventé au XXI éme siècle, et bien non!!
    on améliore juste ce qui existait déjà depuis plusieurs siècles.

  5. @azbloc: exact, la “révolution” des multicoptères avec ses gyros électronique à surtout explosé depuis le lancement de la console de jeux Nintendo Wii et ses fameuses manettes décortiquées pour récupérer ses cartes. Je m’en souvient bien, on les prenait pour des “sorciers”. Même si ça existait depuis longtemps c’est surtout à partir de là que les multis ont commencer à prendre les airs (et tombé! ?). C’était il y a 8 ou 9 ans.

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