• Attention aux drones

    Mystère des ovnis 

    ATTENTION AUX DRONES

    NE PAS LES CONFONDRE AVEC DES OVNIS ! 

    Attention aux drones

    (photo  : lesoufflecestmavie)

    LES DRONES

    Il n'y a pas de pilote à bord...

    Les drones sont des aéronefs  capables de voler et d'effectuer une mission sans présence humaine à bord. Cette première caractéristique essentielle justifie leur désignation de Uninhabited (ou Unmanned) Aerial Vehicle (UAV). D'origine anglaise, le mot «drone», qui signifie «bourdon», ou «bourdonnement», est communément employé en Français en référence au bruit que font certains d'entre eux en volant !

    La désignation de drone est très limitative puisqu'elle ne recouvre qu'un véhicule aérien. Le drone n'est en fait qu'un des éléments d'un système, conçu et déployé pour assurer une ou plusieurs missions. C'est la raison pour laquelle les spécialistes parlent de «systèmes de drones».

    Le principe des drones peut être rapproché, toutes proportions égales par ailleurs, de celui de l'aéromodélisme, selon lequel des petites maquettes sont pilotées par télécommandes.

    On distingue toutefois deux catégories de drones : ceux qui requièrent effectivement l'assistance d'un pilote au sol, par exemple pour les phases de décollage et d'atterrissage, et ceux qui sont entièrement autonomes. Cette autonomie de pilotage peut s'étendre à la prise de décision opérationnelle pour réagir face à tout événement aléatoire en cours de mission ; elle constitue la deuxième caractéristique essentielle des drones.

    La vocation principale des drones est l'observation et la surveillance aériennes, vocation jusqu'à présent surtout utilisée à des fins militaires (actuellement 90% du marché mondial des drones). Ainsi, tous les drones, qu'ils soient autonomes ou non, requièrent la présence au sol d'au moins un opérateur, pour recueillir en temps réel les bénéfices de la mission : celui-ci reçoit, analyse et enregistre les informations transmises par le drone.

    Aujourd'hui, les progrès réalisés, à la fois dans les performances des drones et leurs équipements, leur confèrent un très large potentiel d'utilisation dans le domaine civil.

    Enfin, une troisième caractéristique essentielle des drones est qu'ils sont récupérables, ce qui permet de les réutiliser. Cela les différencie des missiles, auxquels on aurait pu être tenté de les assimiler.

    Le drone n'a pas de pilote à bord.

    Il est autonome et réutilisable.

    Il doit être considéré dans le cadre d'une mission et d'un système.

    Des formes multiples et originales

    La plupart des drones sont comparables aux avions, sauf que leur forme n'est pas dictée par celle d'un fuselage devant abriter au moins un pilote (de façon confortable) : les combinaisons de formules aérodynamique et de propulsion sont donc plus larges. Il existe de nombreuses configurations de drones, très différentes les unes des autres pratiquement une pour chaque machine et dont certaines sont très novatrices. En fait, la forme d'un drone sera déterminée par la nature et le profil de sa mission, ainsi que par sa charge utile : à chaque demande correspond pratiquement une solution spécifique.

     Les éléments composant un drone répondent aux mêmes fonctions que sur un avion.

    La cellule, porte et abrite la charge utile, le moteur et les systèmes de bord, ainsi que le carburant.

    La sustentation est en général assurée par une voilure fixe ou tournante, comme sur hélicoptères. Cette dernière est choisie pour certaines missions spécifiques, requérant le vol stationnaire, par exemple pour des relevés devant s'effectuer de façon horizontale (inspection des gros ouvrages d'art, photogrammétrie...), ainsi qu'une grande souplesse de manœuvre (évolutions autour de l'objectif) ; ou encore nécessitant l'appontage sur un bateau (surveillance maritime ou mission de recherche et sauvetage...).

    Il existe également des projets de drones à ailes battantes, comme celles des oiseaux ou de certains insectes, ainsi que des projets de drones «convertibles», qui associent, grâce à leurs rotors basculants, les capacités de vol vertical de l'hélicoptère à celles des grandes vitesses de l'avion.

    La motorisation du drone est également dictée par la mission qui lui est attribuée ; elle est déterminée par la grosseur de la machine (et sa masse), l'altitude et la durée de son vol. On retrouve sur les drones toute la palette des motorisations possibles pour les avions (moteurs à pistons, avec ou sans turbocompresseur, turbines à hélices, turboréacteurs), auxquelles s'ajoutent, pour les petits drones et ceux dotés d'une voilure tournante, les moteurs électriques. Les Américains évaluent actuellement pour la première fois un drone doté d'un moteur diesel (sur le Hunter).

    Les moteurs électriques

    Ces derniers sont légers mais ne peuvent bénéficier que d'une autonomie de fonctionnement limitée du fait du poids élevé que représentent les batteries dans lesquelles sont stockées les réserves d'énergie nécessaires à leur fonctionnement. Cette difficulté reste soumise à l'évolution de la technologie des accumulateurs et, à plus long terme, au développement de piles à combustibles, qui seraient capables d'alimenter ces batteries pendant une période suffisamment élevée. Certains drones peuvent être dotés de panneaux de cellules solaires photoélectriques qui alimentent les batteries (notamment sur des ailes battantes).

    La motorisation électrique évite le transport de carburant et est indétectable du point de vue thermique.

    Systèmes de bord et charge utile

    Les systèmes de bord sont essentiels car ils assurent le pilotage et la navigation de façon automatique. Ils peuvent fonctionner en parfaite autonomie ou selon des ordres émis depuis le sol, par un opérateur chargé de conduire la mission.

    Le système de conduite du vol asservit plusieurs équipements entre eux : les capteurs (mesurant les paramètres du vol) ; des calculateurs, respectivement dédiés au pilotage et à la navigation, et d'où sont émis les ordres de pilotage ; une mémoire (contenant la programmation du vol et, éventuellement, des critères de décision, préalablement enregistrés), et les actionneurs (agissant sur les commandes de vol). Cette chaîne est parfaitement comparable, au degré de décision près, à celle d'un pilote automatique sur avion, couplé à un système de navigation de type FMS (Flight Management System), se référant à des données GPS (Global Positioning System). En outre, elle doit être capable de maintenir le drone dans son enveloppe de vol, protégeant celui-ci des situations dangereuses, (turbulences, configurations instables...).

    La charge utile, proprement dite, constitue l'un des éléments fondamentaux du système drone car c'est elle qui permettra, en parfaite adéquation avec le vecteur aérien, de réaliser la mission. Souvent placée en dessous de la structure, elle consiste en un ensemble d'équipements pouvant assurer trois fonctions essentielles :  L'acquisition des données, par des capteurs, électro-optiques (caméras visibles ou infrarouges) ou électromagnétiques (radars), capables de restituer des images, ou tout autre capteur plus spécifique (par exemple, bio-senseurs, sorte de capteurs chimiques/biologiques capables de détecter pollution et radiations).

    Un éventuel traitement à bord des données, par des calculateurs, afin de les rendre directement et plus rapidement exploitables, en vol (mise à un format spécifique) ou au sol (restitution d'images pour interprétation par l'opérateur), et suivi, si nécessaire, de leurs fusion/compression.

    Une possible sélection à bord des informations «utiles» qui seront transmises vers le sol, requérant une pré-analyse des données acquises (effectuée par des processeurs, par comparaison aux critères entrés en mémoire). L'ensemble de  ces données peut aussi être enregistré à bord, pour envoi différé ou pour dépouillement ultérieur après retour au sol.

    Un système spécifique produit l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l'ensemble des équipements embarqués. Comme sur un avion, cette énergie est obtenue par transformation de l'énergie mécanique prélevée sur la partie tournante du moteur (arbre de l'hélice ou de la turbine).

    Certaines charges utiles requièrent une grande quantité d'énergie, qui s'ajoute à celle consommée par les autres équipements. Ce paramètre peut devenir dimensionnant pour le drone et sa mission. Dans certains cas, et sur les drones de grande taille, un petit turboréacteur d'appoint ou APU (Auxiliary Power Unit) est nécessaire.

    Un système de transmission de données entre le drone et le sol, achemine à la fois les ordres venant du sol (en temps réel) et les informations envoyées par le drone (en temps réel ou différé, le plus souvent par intermittence). Cette transmission s'effectue par télécommunication, soit en portée optique (ligne directe) sur de courtes distances - jusqu'à 150 km ; soit en utilisant un relais, ce dernier pouvant être un satellite ou un autre vecteur aérien (avion ou drone).

    Dans les deux cas, la densité des données transmises (malgré fusion et compression) peut nécessiter des grands débits. En outre, la haute définition, en matière d'imagerie, n'est pas compatible avec une vitesse de transmission trop élevée.

    La transmission par laser constitue une prospective qui demandera, d'une part, une connaissance précise de la position du drone, d'autre part, une parfaite stabilité du dispositif émetteur et ce, de façon à assurer avec précision et de façon constante la projection des faisceaux.

    Une intelligence embarquée donne au drone ses différents degrés d'autonomie, en matière de pilotage et pour la réalisation de sa mission. Cette «intelligence» est fournie par des calculateurs dédiés, auxquels sont asservis le système de conduite de vol, d'une part, et la charge utile d'autre part, ainsi que par les bases de données spécifiques auxquelles sont comparées les informations acquises par le drone (par exemple, pour la reconnaissance et l'identification des éléments observés : terrains, sources de chaleur/départ de feu, objectifs militaires, etc.). Les logiciels mis en œuvre revêtent une importance capitale, notamment dans la rapidité et la stabilité de leurs algorithmes.

    Certains drones militaires peuvent également être armés (bombes, roquettes ou missiles) afin de remplir des missions d'attaque au sol, ce qui nécessite un système de gestion spécifique à l'armement embarqué.

    C'est la mission du drone et sa charge utile

    qui vont déterminer sa configuration.

    Son exploitation nécessite une capacité élevée

    de transmission de données avec le sol. 

    Des caractéristiques variées

    De quelques centimètres à une quarantaine de mètres, de quelques dizaines de grammes à une quinzaine de tonnes, les drones sont de taille et de masse essentiellement variables : c'est, d'une part, les performances requises par la mission et, d'autre part, la nature et l'importance de la charge utile, qui sont déterminants.

    On trouve ainsi des drones permettant des altitudes de vol qui peuvent évoluer de 0 à 20 000 mètres, une vitesse largement subsonique, de 150 km/h à Mach 0,8, et un rayon d'action qui peut dépasser les 10 000 km, avec une capacité trans-océanique. 

    Les coûts

    Les drones ont logiquement des coûts très différents, sachant que les plates-formes seules (c'est-à-dire la cellule et la motorisation) ne représentent généralement que 15 à 25 % du coût du système complet, la charge utile, les systèmes embarqués, et les stations-sol étant la partie la plus onéreuse.

    De façon plus précise, le coût de la charge utile peut être évaluée à quelque 8 000 dollars par kilogramme, et celui de la plate-forme à environ 1 500 $/Kg.

    A titre d'exemple, un drone tactique coûte de 0,5 à 3 millions d'euros, suivant les performances.

    (1)    Les aéronefs sont des machines volantes plus lourdes que l'air (avion, hélicoptères, planeurs, ULM...), par opposition aux aérostats, plus légers que l'air (ballons, montgolfières, etc.). 

    Source : onera  

     

     

     

     

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