Types et caractéristiques des aéronefs sans pilotes

La classification des drones pour les applications civiles a généralement adopté les mêmes descriptions que celles utilisées pour les applications militaires. Cette classification est basée sur les caractéristiques de cette plateforme telles que ses dimensions, son autonomie et son altitude de vol (cf. figure 2.11). La nomenclature qui est largement utilisée dans le domaine civil est la suivante [46]:

 MAV (Micro Air Vehicles): Ces appareils sont caractérisés par leur petite taille et par conséquent ils sont facilement transportables. Ce type de drone qui est généralement utilisés dans des applications militaires pour des fins de surveillance a tendance à fonctionner à très basse altitude (<330 m), avec des capacités de batterie limitées conduisant à des temps de vol entre 5 et 30 minutes.

 VTOL (Vertical Take-Off & Landing): Ces appareils sont caractérisés par leur capacité de vol sans avoir besoin de pistes ou des engins de décollage ou d'atterrissage. Ils sont donc généralement mis en œuvre dans des terrains hostiles (ex. à cause du relief ou de la végétation). Ce type de drone peut fonctionner à différentes altitudes en fonction de sa mission, mais généralement il est employé à basse altitude. Plusieurs modèles de VTOL peuvent être mis en œuvre suivant le nombre d’hélices qu’ils disposent (ex. tricoptère à trois hélices, quadricoptère à quatre hélices, octocoptère à huit hélices).

 LASE (Low Altitude, Short-Endurance) ou encore sUAS (small Unmanned

Aircraft Systems): Ces systèmes ne nécessitent pas également de pistes de

décollage. Ils sont conçus afin d’être faciles à déployer, à récupérer et à transporter. Le poids de ces aéronefs varie généralement entre 2 et 5 kg avec une envergure inférieure à 3m. Ils peuvent être lancés à l’aide de systèmes de catapultes ou à la main. L’autonomie de ce type de drone varie principalement

31 selon son poids et peut atteindre des durées de vol de 2 heures et à une portée de quelques kilomètres de la station au sol.

 LALE (Low Altitude, Long Endurance): Ces drones peuvent transporter des charges de plusieurs kilogrammes à une altitude de quelques milliers de mètres pour des périodes prolongées (de l’ordre de quelques heures).

 MALE (Medium Altitude, Long Endurance): ces systèmes sont généralement beaucoup plus grands que les drones de type LALE et peuvent atteindre des altitudes de 9000 mètres pour des vols s’étendant à des centaines de kilomètres de leurs stations au sol.

 HALE (High Altitude, Long Endurance): Ce type de drone est le plus complexe et le plus grand de tous les aéronefs sans pilote (parfois plus grands que des avions pilotés). Ces drones peuvent voler à une altitude de 20 000 mètres ou plus sur des missions qui s'étendent sur des milliers de kilomètres.

Figure 2.11 : Classification des drones désignée par le DHS (Departement of Homeland Security) [47]

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Pour des fins de recherche scientifique dans des applications civiles, les drones de type VTOL (cf. figure 2.12) et LASE (cf. figure 2.13) sont les plus largement utilisés puisqu’ils sont plus accessibles (coûts relativement faibles) et peuvent généralement répondre aux besoins de ce type de clientèle. Les figures ci-dessous illustrent quelques exemples de ces deux types de drone qui ont été utilisés pour des fins de recherche scientifique.

A B

Figure 2.12: Exemples de drone de type VTOL: A-Tricoptère Aeryon Scout, Aeryon Labs, Inc. : une charge utile de 500 g avec une altitude de vol qui peut atteindre 2400 m et une autonomie maximale de 20 minutes B- Quadricoptère Dragan flyer X6. Draganfly Innovations, Inc.: une charge utile de 300 g avec une altitude de vol de 330 m à une portée de 3 km de la station au sol.

Figure 2.13: Un exemple de drone de type LASE : BAT 3 MLB Co., Mountain View, CA, USA : envergure de 1,8m, charge utile de1,1 kg et une altitude de vol maximale de 3000m

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2.3.3.2. Points forts des drones

Cette plateforme d’acquisition connait un grand succès dans le domaine de la télédétection grâce aux avantages qu’elle offre par rapport aux plateformes classiques (aéroportée et satellitaire). Les points qui suivent présentent les principaux apports des drones (en particulier de type VTOL et LASE) par rapport aux avions :

 Absence de pilote : l’avantage fondamental de l'utilisation des drones est qu'ils ne sont pas accablés par les limites physiologiques et les charges économiques des pilotes humains.

 La portabilité : grâce à leurs faibles poids et leurs dimensions miniaturisées (par rapport aux avions), les drones peuvent être facilement transportés à des endroits éloignés des zones urbaines et mis en œuvre sans la nécessité d’aéroports ou de pistes de décollage et d’atterrissage.

 La rapidité de déploiement: les drones se présentent comme un outil précieux en offrant la possibilité d’une utilisation dans des situations qui nécessitent des acquisitions et une analyse des données rapides. En effet, les analyses de type "quick-look" (ex. autour d’un bâtiment) peuvent être facilement accomplies avec une équipe qui ne dépasse pas une ou deux personnes.

 Basse altitude de vol : Grâce à cet avantage, les drones permettent d’acquérir des images à très haute résolution spatiale conduisant ainsi à un niveau de détail beaucoup plus fin que celui présent dans les images aéroportées (ex. scènes d’accidents, zones urbaines). La faible altitude de vol permet également de faire des acquisitions dans des conditions nuageuses et bruineuses ce qui n’est pas le cas pour les avions.

 Accès à des zones lointaines ou à haut risque : les drones peuvent être mis en œuvre dans des zones inaccessibles où aucun avion ne pourrait être disponible (à cause de l’absence d’aéroport dans ces régions). Ils peuvent être également utilisés dans des situations à haut risque sans mettre en danger la vie du pilote (ex. des régions volcaniques, les sites de catastrophes naturelles).

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 Le faible coût : les drones notamment légers sont de plus en plus abordables en termes de coût d’achat et d’exploitation permettant ainsi de proposer des solutions plus économiques.

Grâce à tous ces avantages, les drones peuvent être considérés comme un outil précieux qui effectue des acquisitions rapides avec un risque réduit et à faible coût. En outre, grâce à la récente évolution en matière de la miniaturisation des systèmes de navigation (GPS/INS), ces plateformes peuvent offrir des vols avec des précisions proches de celles offertes par les avions [48].

Toutefois, les avantages potentiels des drones dépendent de plusieurs facteurs tels que le type de drone lui-même, les propriétés du capteur mis en œuvre, les objectifs de la mission ou encore la réglementation liée au vol de cette plateforme.

2.3.3.3. Limites des drones

Comme toute solution technologique, le drone ne représente pas une solution parfaite puisqu’il admet des points faibles dans son mode de fonctionnement. Ceux-ci sont synthétisés dans les points suivants :

 Faible autonomie : Les drones, notamment de faibles dimensions, sont généralement équipés de moteurs électriques qui sont alimentés par des batteries rechargeables. Ceci représente un facteur qui limite la durée de vol qui ne dépasse pas généralement les 60 minutes.

 Charge utile limitée : Étant donné leurs faibles dimensions, les drones ont des capacités de charge utile très limitées. Cet inconvénient a une influence sur le choix du capteur qui doit être automatiquement de dimensions très réduites. Par conséquent, en comparaison à des capteurs de grand format, les petits drones doivent acquérir un plus grand nombre d'images afin d'obtenir la même couverture que celle obtenue par de grands capteurs. De plus, ces limitations de charge utile nécessitent l'utilisation d’unités de navigation de faibles poids, ce qui implique des résultats moins précis en ce qui a trait à l'orientation des capteurs.

 Faible stabilité : Celle-ci est considérée parmi les principaux points faibles des drones. En effet, vu son faible poids, les conditions climatiques (notamment le

35 vent) réduit la stabilité de cette plateforme ce qui se traduit directement par une qualité réduite des données.

 Absence de pilote : Les drones notamment autonomes et semi autonomes ne bénéficient pas des fonctions humaines de détection et d’intelligence. Ainsi, ils ne peuvent pas réagir comme des êtres humains dans des situations inattendues (ex. apparition d'un obstacle).

 Réglementations insuffisantes : Les règlements concernant le fonctionnement des drones sont encore dans les premiers stades de développement et actuellement ils constituent des barrières importantes en termes d’accès à ce domaine pour les scientifiques. Ces règlements sont généralement gérés par les autorités responsables de l’aéronautique et de l’aviation qui exigent en général d’avoir un certificat d’autorisation avant la mise en œuvre du système. En plus de ce certificat qui prend souvent des délais relativement considérables pour l’obtenir (ex. cela peut prendre jusqu’à un an aux États-Unis), plusieurs restrictions sont émises par ces autorités comme l’exigence de faire des vols à vue pour l’équipe sur le terrain, sur un espace d’opération bien défini et durant une durée limitée. Dans la plus part des cas, il est exigé également d’établir une coordination avec le centre de contrôle de la circulation aérienne et d'avoir un transpondeur pour fonctionner dans certains types d'espace aérien. Ces règlements qui varient suivant le pays notamment au niveau des exigences d’opération sont considérés jusqu’à aujourd’hui comme un obstacle dans le développement du marché des drones et de sa mise en œuvre à des fins de recherche scientifique.