Dans les entrailles du pont Butin à Genève, on planche sur le Jet d’eau du futur

La soufflerie du pont Butin, de la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (Hepia), croule sous les demandes d’industriels et de sportifs. Car en dépit des progrès faits en simulation numérique, l’expérimentation reste indispensable. Entre des fraises d’horlogerie et des motos de compétition, la petite équipe de chercheurs planche sur un projet phare: adapter le Jet d’eau au monde de demain. Tout un symbole.

Le plus grand pont du canton de Genève cache des trésors insoupçonnés. Tous les jours, plus de 60’000 véhicules empruntent l’ouvrage qui s’élance au-dessus du Rhône et de ses rives arborées, reliant les communes de Vernier et Lancy. Ils sont loin de se douter que sous leurs roues se cache un second tablier, initialement prévu pour le passage des trains puis laissé inachevé. Quand le pont est inauguré, en 1927, il abrite dans ses entrailles une longue galerie ouverte aux quatre vents.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, la société automobile et aéronautique Hispano-Suiza lui trouve vite une utilité: elle l’emploie notamment pour tester ses canons de DCA fabriqués aux Charmilles, jusqu’à la fermeture de l’usine en 1985. C’est alors que naît l’idée d’employer cet espace pour les recherches en aérodynamique de la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (Hepia), à l’époque École des arts et métiers de Genève.

Dans le pont Butin, pour la journée du patrimoine 2012. | KEYSTONE / Salvatore Di Nolfi)

Quatre ans plus tard, en 1989, les arches en béton abritent une soufflerie de 50 mètres de long, dotée de quatre ventilateurs géants capables de faire souffler des vents à 300 km/h. Le laboratoire du pont Butin est né.

Le mur des autographes

Patrick Haas, qui dirige le groupe de recherche de l’Hepia en aérodynamique et mécanique des fluides, est l’âme de cette installation. Je le suis dans son laboratoire rempli de maquettes, de prototypes et de bancs d’essai, dont une soufflerie miniature pour tester des vitesses atteignant Mach 2 (près de 2500 km/h). «Nous sommes tout le temps pleins et je dois refuser du monde» , me glisse-t-il.

«Dès le départ, nous avons eu la chance de signer avec la Fédération française de ski, ainsi qu’avec Yves Rossy» , poursuit le spécialiste en mécanique des fluides. Le fameux «jetman», qui a fait les gros titres de la presse mondiale pour ses acrobaties au-dessus du Léman, du Grand Canyon ou de Dubaï, a en effet mis au point son aile volante dans la grande soufflerie du bout du lac.

De nombreux sportifs comme le cycliste Romain Bardet utilisent la soufflerie du pont Butin pour améliorer l’aérodynamisme de leurs équipements. | Heidi.news

En approchant de la grande soufflerie, qui occupe à elle seule la moitié du tunnel, j’aperçois des dizaines d’autographes épinglés au mur de la cabine de test. En vrac, on y retrouve ceux des champions de motos suisses Thomas Lüthi et Dominique Aegerter, celui du champion cycliste français Romain Bardet ou bien encore celui du biathlète tricolore multi-médaillé aux J.O. de Milan-Cortina, Quentin Fillon Maillet.

À ces premiers contrats «sportifs» s’en sont ajoutés d’autres, pour la moto et le vélo. Par exemple, l’équipe du fabricant de motos autrichien KTM entretient une longue collaboration avec les aérodynamiciens genevois. Après de multiples essais pour ses catégories Moto 2 (600 cm3) et Moto 3 (250 cm3), KTM vient depuis cette année à Genève pour la catégorie reine, celle de la MotoGP (1000 cm3).

«L’avantage, c’est comme nous avons commencé il y a des années avec des jeunes pilotes en Moto 2 ou 3, la confiance qui s’est installée fait qu’ils continuent de revenir quand ils passent en GP» , explique Patrick Haas.

Les limites de la simulation

En passant devant des armoires de serveurs informatiques, le chercheur me confie: «Nous sommes le deuxième plus gros utilisateur du logiciel de simulation numérique Ansys en Suisse romande, derrière l’EPFL.» Très bien, me dis-je, mais si on peut simuler le comportement de l’air autour d’un profil, pourquoi tout le monde se bouscule-t-il encore à la soufflerie?

Le cas du chef mécanicien Guy Coulon, surnommé le «sorcier» de la MotoGP, me permet de mieux comprendre pourquoi. «Il vient ici avec des cartons remplis de carénages, de pièces imprimées en 3D qu’ils essayent dans des dizaines de configurations, avec parfois jusqu’à 50 essais par jour pendant deux semaines» , décrit Patrick Haas. «On voit des choses qui ne marchent pas du tout alors qu’on s’attendait à l’inverse, tandis que d’autres qui paraissaient anodines ont un effet énorme, comme ces pièces de carénage qui plaquent la moto vers l’avant. Notre travail est aussi d’essayer de comprendre pourquoi.»

Les équipes de la catégorie GP de KTM sont des fidèles de la soufflerie genevoise. | Hepia

Profiler une coque ou un carénage nécessite de trouver un subtil compromis entre différentes contraintes aérodynamiques et mécaniques. C’est aussi un art à part entière, car il existe peu de recettes toutes faites en la matière. Le comportement des fluides a beau reposer sur une poignée d’équations connues depuis un siècle et demi, celles-ci ne peuvent être résolues par des méthodes numériques simples.

La simulation repose donc sur des méthodes et des hypothèses simplificatrices, qui peuvent parfois donner des résultats aberrants – a fortiori à haute vitesse, lorsque le flux d’air cesse d’être organisé en couches bien ordonnées pour devenir turbulent. Rien de tel donc, pour valider un nouveau modèle aérodynamique, que de le passer en soufflerie dans des conditions qui s’approchent du réel.

À ce titre, celle du pont Butin bénéficie aussi d’un avantage de poids: son prix modique, environ 12’000 francs la journée. Rien à voir avec les souffleries géantes employées par les équipes de F1 en Allemagne ou les ingénieurs en aéronautique en France, où la journée peut coûter de l’ordre de 100’000 euros. Cette compétitivité est le fruit d’une histoire singulière.

Pourquoi la taille compte

Sur la table de son bureau, Patrick Haas ne peut s’empêcher de me montrer les cahiers de cours de celui qui est à l’origine de la tradition des recherches en mécanique des fluides, en thermique et en aérodynamique à Genève: l’ingénieur suisse Mark Birkigt, le fondateur d’Hispano-Suiza, dont le fameux moteur d’avion V8 fera dire à l'«As des As» Georges Guynemer qu’il était à l’origine de la domination française dans les airs pendant la Première Guerre mondiale.

Le carnet de cours de Mark Birkigt, le fondateur d’Hispano-Suiza. | Heidi.news

En 1985, quand Hispano quitte ses locaux de Châtelaine (GE) pour Zurich après son rachat par le groupe industriel Oerlikon-Bührle, Patrick Haas et son prédécesseur à la tête du laboratoire, le professeur Michel Perraudin, sautent sur l’occasion: ils poussent au rachat du laboratoire de R&D industrielle situé sous le pont Butin, et y installent une grande soufflerie. Car en la matière, la taille n’est pas un détail.

«L’école d’ingénieurs a longtemps eu un laboratoire d’aérodynamique dans son siège historique de la rue de la Prairie , relate-t-il. Mais nous étions limités à des petites souffleries. Or en aérodynamique, vous pouvez faire des maquettes, mais pas à n'importe quelle échelle. Si cela devient trop petit, vous ne représentez plus la réalité.»

Les travaux se font quasiment sans budget, avec de l’huile de coude et l’aide de métallurgistes, de menuisiers et de maçons payés par un programme de réinsertion dans l’emploi. Quand la soufflerie devient pleinement opérationnelle, vers 1995, les deux chercheurs se mettent à chercher des clients privés. «Nous sommes financés aux deux tiers par des mandats externes» , justifie Patrick Haas, dont le labo emploie cinq personnes.

La soufflerie ou l’ordinateur?

Le monde sportif ne représente que la moitié des mandats du pont Butin. Le reste des prestations provient d’industriels qui, pour beaucoup, demandent aussi des recherches en simulation numérique. «Notre particularité, c’est que nous offrons à la fois de la soufflerie et de la simulation» , poursuit Patrick Haas.

Test d’un design d’éolienne dans la soufflerie. | Hepia

«Il n'y a pas de vieilles et de nouvelles méthodes. Nous sommes dans l’application et donc nous partons du problème et nous choisissons la méthode la plus adaptée et le plus souvent les deux. Les idées innovantes viennent de la compréhension des phénomènes. Avec les expériences, c’est difficile, parce que l’écoulement de l’air en soufflerie, vous ne le voyez pas. Alors qu’avec la simulation, les flux deviennent apparents. Cela va vous suggérer des idées. Et après vous allez en soufflerie pour valider ces nouvelles idées. Tout cela est complémentaire.»

Patrick Haas prend l’exemple d’un anémomètre, un outil destiné à mesurer la vitesse du vent, développé par son laboratoire pour un industriel. «Celui qu’ils avaient posait beaucoup de problèmes avec ses profilés, qui le protègent mais modifient aussi le sillage de l’air et perturbent les mesures».

«Nous en avons conçu un d’abord numériquement avec un fil chauffé électriquement qui mesure la vitesse en proportion du refroidissement provoqué par la vitesse de l’air. Puis nous l’avons testé en soufflerie parce que là est le verdict. En conditions expérimentales, on voit sans ambiguïté si ça marche ou pas.» Et si le modèle maison était défaillant, celui fabriqué par l’Hepia était pleinement fonctionnel.

Les chercheurs de la soufflerie du pont Butin ont développé un nouveau casque de vélo en collaboration avec Mavic. | Hepia

Des vélos à l’horlogerie

Aux outils numériques, le rôle de conception et de génération d’idées, grâce aux deux calculateurs de 6500 cœurs hébergés à l’observatoire de Genève (Sauverny). Puis charge au labo de l’Hepia de valider le concept en soufflerie. Cette articulation est à l’origine de dizaines d’innovations. Pour l’un de ses premiers partenaires, l’équipementier pour vélos Mavic, les chercheurs du pont Butin ont par exemple développé un casque alliant une faible résistance à l’air et des capacités de refroidissement. Il sortira l’an prochain.

«Nous travaillons beaucoup sur des projets aux frontières de la mécanique des fluides et du refroidissement ou du chauffage» , précise Patrick Haas. Dans les années 1990, cela avait commencé avec le refroidissement de transformateurs en toiture pour Sécheron. Aujourd’hui, c’est un projet de remplacer les huiles de coupe des fraises de précision pour horlogers, développées par l’entreprise Eskenazi à Carouge, par du CO₂, beaucoup moins onéreux.

Pour l’horlogerie, le groupe de recherche de Patrick Haas développe depuis un an de nouveaux procédés de soudage en collaboration avec Rolex. Il a aussi collaboré avec la HES-ARC à Neuchâtel pour les aspects énergétiques et thermiques de la miniaturisation de machines de fabrication horlogère, ou bien encore sur la consommation d’air comprimé des machines à broches produites par Willemin-Macodel à Delémont.

Professeur à l’HEPIA, Patrick Haas est l’âme de la soufflerie du pont Butin. | Heidi.news

Qu’il pleuve ou qu’il vente

Les chercheurs du pont Butin ont même développé des buses à air chaud qui soudent les tubes à dentifrice de Colgate, ainsi qu’un processus pour éliminer l’oxygène des capsules Nespresso. Mais le projet fétiche de Patrick Haas et de ses collègues, c’est celui de l’emblématique Jet d’eau de Genève, que les Services industriels de Genève (SIG) aimeraient rendre plus efficient.

«La facture se monte à 700’000 francs par an, soit à peu près la consommation électrique de 1000 foyers» , explique le chercheur, qui planche sur un nouveau profil de buse moins dispendieux en eau, et donc en énergie pour la mettre sous pression. «On a fait des essais pendant deux mois mais cela a été un échec à cause du vent. Dès qu’il y a de grosses bourrasques, l’eau pulvérisée vole un peu partout.»

Ce premier échec n’a pas découragé Patrick Haas et son équipe. Avec ses élèves-ingénieurs de l’Hepia et des étudiants en filière technique, notamment en serrurerie, il a développé un concept de buse à géométrie variable, qui s’adapte aux conditions climatiques. «Cela fonctionne comme une lance de pompier, avec un jet plus ou moins puissant. Les trois quarts du temps, lorsqu’il n’y a pas beaucoup de vent, on peut réduire la section et ne travailler qu’avec une seule pompe. S’il y a du vent, on passe sur une buse à grosse section et on enclenche la deuxième pompe, de sorte que le Jet d’eau culmine à 140 mètres de haut dans tous les cas.»

Il reviendra à l’association des retraités des SIG, qui surveillent déjà le Jet d’eau pour l’interrompre en cas de bourrasque ou de grand froid, de basculer d’un mode à l’autre en fonction du vent. En attendant, Patrick Haas et ses partenaires se préparent à tester la buse, usinée par les élèves du CFPT (Centre de formation professionnelle technique de Genève) en vue d’une validation à l’été 2026. Une discrète révolution se prépare au bout du lac.