Zéphyr Solar Ballons Photovoltaïques

L'accès à l'électricité est l'un des principaux freins au développement des zones isolées. Les besoins sont pourtant bien réels, notamment dans les domaines de l'industrie, de l'humanitaire, de la sécurité ou des télécommunications. Les ONGs ont d'ailleurs été les premières à s'intéresser à la solution inventée par Zéphyr Solar.

En effet, sur le terrain il est primordial d’apporter des solutions concrètes afin d’installer des hôpitaux de fortune, de sécuriser des lieux de vie la nuit grâce à l’éclairage, de mettre en place des pompes à eau ou encore d'établir un réseau de télécommunication permettant l’organisation des secours et des ravitaillements.

Aujourd’hui, pour assurer l’électrification de leurs interventions, deux types d’équipements sont généralement utilisées : les groupes électrogènes thermiques ou des solutions solaires classiques.

Les groupes électrogènes sont capables de délivrer de la puissance électrique tandis que la plupart des solutions solaires utilisées sur le terrain se limitent en grande majorité à de très faibles puissances (quelques centaines de Watt maximum). Ils ne permettent que la recharge du matériel électronique portatif, les grandes installations solaires permanentes sont exclues de l’urgence.

Fort de ce constat et après plusieurs mois de développement, Zéphyr Solar sait que les solutions énergétiques qu’ils conçoivent ont en réalité nombre d’applications potentielles dans de très nombreux domaines.

Les kits solaires conçus et développés par Zéphyr Solar intègrent les avantages des deux solutions énoncées précédemment sans leurs inconvénients. En effet, ils combinent la facilité de déploiement des groupes électrogènes thermiques ainsi que la durabilité et l’autonomie des panneaux photovoltaïques.

Gonflés à l’hélium en quelques minutes, le ballon solaire est capable d’embarquer une grande surface de panneaux solaires sans impact au sol et permet d’installer une unité de productions énergétiques au plus proche des lieux de vie. La prise de hauteur du ballon captif assure un refroidissement naturel des panneaux, évite les ombrages et sert de support à des fonctionnalités complémentaires (éclairage, télécommunications, captation vidéo etc.).

Les ballons de Zéphyr Solar sont conçus pour :

• Etre des kits clé en main compacts, envoyés sur site avec tout le matériel nécessaire à leur installation et correspondant aux standards des transporteurs humanitaires ;


• S’installer sur site simplement sans besoin d’aménagement du terrain grâce à une conception tournée vers l’usager ;


• Être accessibles aux personnes non ingénieurs grâce à des instructions et une installation simplifiées ;


• Ne nécessiter qu’un approvisionnement en hélium mensuel.

Le ballon

La technologie employée associe les performances d’un ballon à hélium avec celles d’un cerf-volant. Elle permet d’utiliser le vent pour augmenter la portance du ballon (éviter les effets de rabattement au sol) tout en limitant le volume d’hélium nécessaire pour le faire voler. De plus l’ingéniosité du ballon réside dans le fait qu’il fonctionne en hauteur ce qui permet de n’occuper que peu de place sur le terrain.

Les panneaux solaires

L’innovation technique des panneaux Zéphyr Solar réside dans leur conception issue d’un processus rigoureux de sélection des matériaux les plus performants du marché, réalisée en interne dans sa totalité. Elle se cristallise dans le remplacement des parties en verre par une encapsulation en polymère protégeant les cellules photovoltaïques de l’environnement extérieur (humidité, abrasion, isolation électrique).

Les choix de fournisseurs ont été motivés par la capacité des matériaux et des composants à avoir déjà franchi le passage à l’échelle industrielle en termes de quantité, de gestion des coûts et d’intégration à des processus de fabrication déjà en place. Cela permet d’envisager sereinement un passage en production de ces panneaux photovoltaïques à court terme.

Avec un poids de moins de 2 kg/m2, contre 18 kg/ m2 pour les panneaux classiques, et une capacité de production de plus de 200 W/m2, cette dernière génération de panneaux permettra de réaliser des ballons de puissance de 1 à 10 kW tout en convenant aux exigences des certifications européennes et présentant une durée de vie estimée de 15 ans.

Les systèmes embarqués

L’objectif de Zéphyr Solar est d’intégrer, sur les ballons solaires, des appareils pour lesquels la prise de hauteur assure un fonctionnement optimal. Ces appareils sont autonomes en énergie grâce à une alimentation directe par les panneaux solaires présents sur le ballon. Il est ainsi possible d’installer de manière immédiate les services nécessaires aux premiers instants d’une base de vie tels que :

• L’éclairage de nuit en hauteur ce qui permet d’éclairer un large périmètre plongé dans l’obscurité totale


• La télécommunication dont le périmètre de couverture est élargi en raison de la hauteur des appareils


• La captation vidéo qui permet une meilleure surveillance de l’activité au sol.

A noter que Zéphyr Solar se positionne comme intégrateur de matériel sur ses ballons solaires, ainsi l’entreprise s’associe à des entreprises leaders de ces domaines. L’enjeu réside dans l’identification des produits matures facilement transposables à des applications aériennes comme ceux de Nokia ou de SigFox.

Le stockage

Au sol un dispositif intelligent de gestion énergétique récupère la production électrique, l’optimise, la normalise et la distribue. Zéphyr Solar utilise les technologies existantes pour apporter des solutions adaptées aux contraintes d’une utilisation dans des conditions extrêmes. Les axes de développement résident dans la maîtrise de l’autonomie, la compacité du système de stockage et de la facilité de gestion.

Variabilité de la hauteur

La hauteur du ballon est ajustable à tout moment entre 15 et 150 mètres en fonction des capteurs embarqués sur le ballon et de son environnement. La prise de hauteur permet un refroidissement naturel des panneaux et de passer au dessus de la végétation ou d’éventuelles constructions afin de bénéficier d’un meilleur ensoleillement et d’éviter les effets d’ombre. La hauteur du ballon permet également d’optimiser l’efficacité des appareils embarqués en offrant un meilleur point de vue pour un appareil de prise de vue ou une meilleurs couverture signal pour une antenne réseau.

Production d’énergie renouvelable

Les ballons sont recouverts de panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité à partir du rayonnement solaire. Cette énergie est dite renouvelable car sa source (le soleil) est considérée comme inépuisable. Couplés à des batteries dimensionnées en fonction des usages, les panneaux solaires offrent une très grande autonomie énergétique.

Mise en fonctionnement rapide

La première génération de ballons Zéphyr Solar s’installe et entre en fonctionnement en moins d’une heure. L’ancrage au sol du ballon se fait sans construction d’infrastructure et sans chape de béton contrairement à une installation de panneaux solaires classiques qui prendrait au minimum une journée de main d’œuvre.

Intégration de capteur et dimensionnement sur mesure

Zéphyr Solar a la capacité d’adapter le dimensionnement de sa solution aux besoins d’autonomie énergétique et d’intégration de capteurs embarqués du client. Quatre paramètres sont variables :

• La surface des panneaux solaires est maximisée en fonction des besoins en énergie (appareils embarqués et/ou activités au sol) ;


• La taille du ballon est optimisée en fonction du poids à soulever afin de réduire au maximum le volume de gaz ;


• La longueur du câble est ajustable ;


• Le dimensionnement de l’espace de stockage au sol.

Afin d’optimiser son développement, Zéphyr Solar a accordé sa stratégie de croissance et d’acquisition client.

• À court terme (1 an), tester sur le terrain une première version d’un produit qui permettra de rencontrer le marché pour analyser les usages et anticiper les challenges techniques et logistiques futurs.


• À moyen terme (2 ans), préparer les marchés à forts potentiels nécessitant un développement technique plus mature en réalisant des ballons à fonctionnalités de petites dimensions. Destinés uniquement à l’alimentation de leur appareillage embarqué, ils permettront ainsi d’affiner la partie aérienne pour anticiper le changement d’échelle.


• À long terme (3 ans), lancer la commercialisation des ballons générateurs de puissance en s’appuyant sur les retours d’expériences précédentes. Pour atteindre ses objectifs de long terme, la stratégie de Zéphyr Solar décompose les complexités du produit final en différentes versions du ballon solaire. Chacune d’entre elle se destine à un marché et ouvre la place au suivant grâce au retour d’expérience.

Afin de mettre en place cette stratégie et continuer à faire connaître ses solutions d’électrification sur site isolé, Zéphyr Solar prévoit une stratégie en plusieurs étapes.

Etape 1 : Commencer par l’évènementiel de plein air avec des prototypes de ballons, pour :

• Louer et tester ses prototypes de ballons en situation réelle, avec des enjeux fonctionnels limités.


• Inviter les ONGs, les industriels de la sécurité et des télécoms à les voir en fonctionnement pour les impliquer dans le processus de développement. Zéphyr Solar cible les évènements de plein air, avec une sensibilité éco-responsable (6000 évènements adressables sur le territoire européen) et répond à leurs besoins de :


• Visibilité de leur engagement vis-à-vis des collectivités et partenaires qui les subventionnent.


• Nouveauté et innovation pour sensibiliser leur public aux enjeux écologiques.

Des déploiements sont prévus en 2018 avec le Weather Festival, le DGTL Festival et le Oui Share Fest.

Les ballons photovoltaïques, en plus de faire preuve d’un certain esthétisme, nous apportent une utilité technique élevant ainsi Zéphyr Solar et ses partenaires vers un niveau d’activités toujours plus propre et permettant d’envisager de nouvelles perspectives scénographiques et d’implantation.

Jonathan Malaisé Directeur Associé @Surprize (Weather Festival)

Etape 2 : S’implanter avec des ballons à fonctionnalités embarquées, pour commercialiser rapidement une version simplifiée du ballon générateur ;

• S’assurer un accès marché en s’appuyant sur des partenariats stratégiques ;


• Répondre aux besoins des ONGs, des opérateurs télécoms et des sociétés de sécurité en termes d’autonomie de service.

Etape 3 : Changer d’échelle avec des ballons générateurs

Forts du retour d’expériences acquis grâce à la commercialisation des précédentes versions du produit, Zéphyr Solar pourra répondre aux besoins des ONGs en faisant passer ses ballons de quelques centaines de Watts jusqu’à 10kW.

L’objectif est ici d’accompagner les acteurs humanitaires dans leur soutien aux populations grâce à l’accès à l’énergie. Plus d’une trentaine d’ONGs et d’agences gouvernementales sont capables d’agir rapidement et d’allouer des fonds à l’énergie.

Zéphyr Solar souhaite commercialiser deux versions du ballon solaire.

Les ballons à fonctionnalités embarquées :

• Petite dimension (jusqu’à 3 mètres de diamètre) ;
• Autonomie complète ;
• Mono-fonctionnalité (2017) : caméra, antenne réseau, spot lumineux ouun capteur au choix (2 kg max) ;
• Pluri-fonctionnalité (à partir de 2018).

Ces ballons sont destinés aux marchés des services aériens :

• L'Urgence Humanitaire ;
• La Surveillance aérienne ;
• Les Télécommunications ;
• L'Évènementiel de plein air.

Les ballons à fonctionnalités embarquées seront commercialisés à partir de 8k€.

Les Ballons générateurs :

• Grande dimension (jusqu’à 10 mètres de diamètre)
• Puissance au sol de 1 à 10 kW
• Autonomie complète

Ces ballons sont destinés aux marchés de l’électrification hors réseau :

• Urgence Humanitaire
• Surveillance aérienne
• Télécommunications
• Évènementiel de plein air
• Travaux publics

Ces ballons générateurs seront commercialisés à différents prix en fonction de la puissance :

• 1kW=12 k€
• 3kW=25 k€
• 5kW = 35 k€
• 10kW = 70 k€

A puissance équivalente Zéphyr Solar est dans la fourchette de prix haute des systèmes solaires au sol tout en proposant un niveau de service plus élevé.

Une première phase de conception et de prototypage réussie

En avril 2017, suite à près d’une année de Recherche & Développement, Zéphyr Solar a pu délivrer et tester un premier prototype. Le ballon Zéphyr Solar a ainsi pris son envol durant toute une semaine au-dessus de la commune de Valençay (Indre).

Cette semaine de test a été l’occasion pour l’équipe de commencer à travailler avec les premiers clients et de valider de nombreuses caractéristiques du ballon.

Des premiers partenariats en cours

Zéphyr Solar souhaite associer ses premiers clients dans le développement de ses solutions.

Ainsi, en juillet 2017, Zéphyr Solar a intégré l’écosystème de Nokia Innovation dans le but de collaborer au développement d’un ballon solaire connecté. Ce partenariat technologique doit déboucher sur une phase de test (POC) en vue d’une potentielle commercialisation auprès des clients Objets Connectés de Nokia.

Nous sommes ravis de dire qu’un processus d’intégration de Zéphyr Solar comme partenaire de Nokia est en cours et qu’il pourrait arriver dans les prochains mois.

Du coté des ONGs, Zéphyr Solar est en cours de contractualisation avec l’entité logistique de la Croix-Rouge Française dans le but d’équiper des bases vie et des bureaux implantés sur le territoire africain. Un premier pilote est à l’étude.

Nous souhaitons ensemble créer les standards du solaire dans la profession en proposant des produits fiables et efficaces pour l’ensemble des ONGs intervenant sur le terrain humanitaire […] et ainsi avoir un impact positif à trois niveaux : social, environnemental et économique.

De nombreux prix remportés et une couverture médiatique importante

La jeune startup a réussi à obtenir plusieurs prix lors de nombreux concours d’innovation.

Preuve que la solution développée par Zéphyr Solar ainsi que sa vision sociale et environnementale suscite de l’intérêt, tant de la part des professionnels que du grand public.

Un projet à impact Social et Environnemental

Zéphyr Solar est une Entreprise Sociale et Solidaire (ESS) engagée dans la transition énergétique et avec une volonté très claire de fournir des solutions ayant un fort impact social et environnemental.

Les kits Zéphyr Solar ne produisent aucune émission au cours de leurs cycles de vie. L’impact environnemental d'un système photovoltaïque se mesure quasi-exclusivement sur « l’énergie grise » c’est à dire l’énergie consommée pour sa fabrication :

• Grâce à leurs panneaux solaires, les ballons permettent de produire de l'électricité sans nuire à l’environnement : ils ne dégagent pas de gaz à effet de serre, ne polluent ni l’air, ni l’eau, ni les sols et ne sont pas dangereux pour la faune et la flore.


• Avec un bilan carbone de production estimé à 2525 kWh par kW installé, les produits Zéphyr Solar émettent 7 fois moins de CO2 qu’un groupe électrogène classique.

Le temps de retour énergétique (temps nécessaire pour produire suffisamment d’énergie pour compenser celle dépensée pour fabriquer le produit) des produits Zéphyr Solar est inférieur à 2 ans et permet d’avoir un vrai impact positif sur l’environnement.

En plus d’un impact environnemental positif à travers un bilan carbone faible, Zéphyr Solar permet aussi de faciliter la réparation et le changement des pièces de ses produits de manière écologique. Utiliser des kits Zéphyr Solar s'inscrit dans une démarche éco-responsable dans laquelle, le matériel défectueux, les panneaux et les batteries, devront être récupères et recyclés via des filières spécifiques. Pour que celles-ci soient efficaces il est nécessaire que les différents acteurs de terrain s’unissent pour en assurer le fonctionnement.

Les objectifs de certifications long termes intègrent un label qui valide la démarche d’éco-conception et de recyclabilité des kits (Label « Cradle to Cradle »). Dans cette démarche Zéphyr Solar souhaite développer ses technologies tout en respectant les hommes et leur environnement.

Electrifications hors réseaux

• Urgences humanitaires (marché de 500 M€)

Zéphyr Solar s’adresse prioritairement aux grandes ONGs qui interviennent dans l’urgence après une catastrophe naturelle ou pendant un conflit. Ces ONGs sont les premières à rejoindre les populations sinistrées et possèdent suffisamment de fonds propres pour décider en interne d’intervenir rapidement avant l’aval financier des bailleurs de fonds. Cette estimation du marché liée à l’énergie est basée sur la mise en fonctionnement du camp d’Azraq en Syrie.

• Installations dans les camps de réfugiés (marché de 3 Mds€)

La majorité des ONGs travaillent sur des missions de développement auprès des populations locales et des réfugiées qui se trouvent dans les camps. Elles font approuver leurs missions par les bailleurs de fonds européens et américains qui ensuite débloquent les financements. Sur ce segment de marché la tendance s’oriente clairement vers les énergies renouvelables et l’utilisation de panneaux solaires.

Pour estimer ce potentiel du marché, Zéphyr Solar s’est basé sur le nouveau modèle d’Azraq qui est depuis 2016 le premier camp 100% alimenté en énergie solaire. Selon l’UNHCR (Agence des Nations Unies pour les Réfugiés) c’est un modèle économique viable qu’ils souhaitent répliquer sur l’ensemble des camps du monde. Equiper ces camps en solution d’énergies renouvelables solaires représente un investissement de 3 milliards d’euros.

Services aériens

• Surveillance (marché de 10,5 Mds€)

Sur le marché de la sécurité aérienne, les principaux acteurs sont des industriels proposant des drones à hélices (filaires ou non) embarquant un système de captation d’images. Trois autres types d’acteurs sont présents :

• Les sociétés proposants des drones plus autonomes en énergie prenant la forme de petits planeurs solaires ;


• Des entreprises intégratrices de capteurs sur tous types de solutions aériennes ;


• Les sociétés développant des appareils de surveillance.

Selon une étude de PWC (2016), le marché des drones civils sur le marché de la sécurité dépassera les 10,5 Mds€ en 2020. Les applications de surveillance sont multiples : de la détection d’intrusions sur des sites industriels protégés à l’analyse thermique de parc solaire en passant par de la sécurité routière sur des portions de route extrêmement fréquentées.

• Télécommunications (marché de 6,3 Mds€)

Sur ce segment la majorité des solutions déployées sur des sites isolés (manifestation, évènementiel, festivals de musique) sont fixées sur un point haut ou dans le meilleur des cas sur un mat afin d’optimiser la portée du signal. Les opérateurs de réseau cherchent à maximiser le rayonnement de leurs appareils et s’orientent vers des solutions drones. Selon l’étude de 2016 de PWC, ce marché représentera 6,3 milliards d'euros d’ici 2020.

Zéphyr Solar est une solution inédite sur le marché de l’autonomie énergétique sur des sites isolés. C’est à la fois un produit de substitution et/ou complémentaire des générateurs d’électricité et des produits offrant des services aériens.

Les groupes électrogènes

Points positifs :

• Déployable facilement ;
• Adaptable à tout type de terrain.

Points négatifs :

• Acheminement en carburant constant et coûts d’utilisation élevés ;
• Risques de vol de carburant qui se revend vite et cher ;
• Installation polluante et bruyante.

Les systèmes solaires

Points positifs :

• Autonomie longue durée ;
• Energie renouvelable.

Points négatifs :

• L’infrastructure est longue à construire et à mettre en place, ce qui n’est pas adapté aux situations d’urgences ;
• Difficulté d’acheminement due au poids et à l’encombrement ;
• Non mobile une fois installé sur le terrain.

Les drones autonomes

Points positifs :

• Déployable facilement ;
• Adaptable à tout type de terrains.

Points négatifs :

• Installation non autonome qui doit être rechargée régulièrement sur une base au sol ou être alimentée en direct par un câble alourdissant le système et réduisant le poids disponible pour le capteur embarqué ;
• Système très bruyant, qui n’est donc pas viable ni utilisable sur une zone habitée.

Les mats électriques

Points positifs :

• Installation stable ;
• Autonome lorsqu’il est alimenté par des panneaux solaires.

Points négatifs :

• Temps d’installation long et poids élevé, ce qui rend la solution non viable car non adaptée à tout type de terrain ;
• Hauteur fixe et limitée.

Zéphyr Solar lève aujourd’hui 500 k€ afin de financer l’industrialisation et la commercialisation d’un premier produit sur les 18 prochains mois. Ces fonds serviront en partie à financer :

• Des recrutements :
• Deux commerciaux afin de commercialiser le produit, développer l’image de marque et renforcer les partenariats à venir ;


• Quatre ingénieurs afin de permettre de finaliser la R&D et industrialiser les ballons Zéphyr Solar.


• L’installation et l’outillage de l’atelier de prototypage et d’assemblage de Zéphyr Solar ;


• Les premiers pilotes et leurs déploiements avec les partenaires business de la startup ;


• La rédaction et le dépôt d’un premier brevet constituant une véritable barrière à l’entrée sur le marché ;


• Le marketing, les ventes, les locaux, etc.

La stratégie Recherche & Développement s’articule autour de 3 axes :

La problématique principale rencontrée par Zéphyr Solar est la masse des matériaux nécessaires à la protection des cellules solaires (encapsulation). Ainsi, pour faire voler ses panneaux, Zéphyr Solar a dû diviser par 9 la masse de ces matériaux. Chaque Watt de puissance installé pèse seulement 10g. Le procédé d’encapsulation conçu en interne permet d’anticiper les évolutions de performances des cellules solaires du marché en donnant la possibilité de changer de fournisseurs sans changer les polymères actuels. Aujourd’hui les enjeux résident dans l’industrialisation et la gestion des coûts de ce passage à l’échelle. S’ensuivra une phase de certification par Certisolis dans l’objectif de pouvoir commercialiser les ballons solaires à l’international.

L’amélioration des performances du ballon

Le prototype est la synthèse d'un ballon hybride à hélium et d'un cerf-volant, qui a fait l’objet d’un test en extérieur durant une semaine. L’équipe a alors pu tester les panneaux solaires, leurs configurations sur le ballon et récupérer de précieuses données. Le ballon a également embarqué plusieurs appareils et capteurs avec succès.

Les développements futurs portent sur des améliorations de ce prototype : réduction du volume de gaz, augmentation de l’imperméabilité de la membrane, perfectionnement de l’intégration des panneaux et des charges utiles, réduction de l’inclinaison du câble en fonction du vent, optimisation des performances de la partie aile.

La simplicité de la gestion énergétique

Déjà fonctionnel, le système de gestion intègre une interface de monitoring simplifiée. L’objectif est d’adapter ce système électrique déjà prototypé aux contraintes d’une utilisation en conditions extrêmes en renforçant la simplicité du montage et en assurant la sécurité du matériel et des personnes. Zéphyr Solar a pour objectif de répondre à des exigences supérieures aux normes de sécurité et de vieillissement actuelles pour garantir l’excellence du matériel. Le Technology Readyness Level (TRL) actuel est :

• TRL 5 pour le Ballon Générateur de Puissance - Validation de la technologie en environnement représentatif ;


• TRL 6 pour le Ballon à Fonctionnalité Embarquée - Démonstration dans un environnement réel simulé (Éclairage – Wifi – Captation vidéo).

Les enjeux résident dans la simplicité de la maintenance, ainsi Zéphyr Solar oriente la conception depuis le début sur tous les axes de R&D pour faciliter le diagnostic, l’entretien et le remplacement de pièces.

Zéphyr Solar a fait valider sa stratégie de dépôt de brevet auprès de son cabinet de conseil en propriété industrielle et de l'INPI. Le premier brevet sera rédigé et déposé en France après la levée de fonds. Deux ans et demi après ce dépôt en France la protection sera par la suite étendue à l’Union Européenne et au continent africain.

Zéphyr Solar a placé la Recherche & Développement au cœur de son développement. Ce processus de R&D est guidé par une vision, à la fois, humanitaire, universelle, écologique et durable :

• Permettre aux hommes de terrain d’intervenir plus rapidement et de concentrer leurs efforts sur leurs actions d’assistance aux personnes ;


• Permettre un accès rapide à l’énergie en situation d’urgence en rendant accessible l’autonomie énergétique en tous points du globe tout en répondant aux challenges économiques et écologiques ;


• Devenir ambassadeurs des énergies renouvelables auprès des ONGs en faisant des produits au service des usagers et non des technologies au service de la technique ;


• Abaisser le bilan carbone des camps, en minimisant les émissions dues à l’utilisation de groupes électrogènes sur site et en réduisant le besoin de modification de l’environnement pour l’installation des dispositifs techniques.

A ces quatre objectifs qui constituent la vision de Zéphyr Solar s’ajoute une vision de l’entreprise et de son développement. Chez Zéphyr Solar, le choix a été fait de fonctionner selon le modèle du « Design Thinking », processus créatif impliquant des retours de l’utilisateur final pour créer de l’innovation. Grâce à cette capacité de management de l’innovation Zéphyr Solar pourra concevoir des produits pour les deux types d’usages auxquels il se destine :

• Au soutien énergétique dans les zones ou l'électricité est difficile à trouver


• En réponse à des marchés commerciaux aux besoins nouveaux, en électrifiant des services à forte valeur commerciale liés à la prise de hauteur.