Unmanned Aircraft/Aerial Systems (UASs)

Bien que l’attention se focalise généralement sur l’aéronef (UAV), un système de drone (UAS) est composé de l’aéronef et de l’ensemble des moyens nécessaires à sa mise en œuvre (stations sols, opérateurs, . . . ).

La partie sol peut comporter, en fonction des cas : – une station de pilotage avec son (ses) pilote(s) ; – une gestion des signes vitaux de l’aéronef ;

– une gestion de la mission (suivi du plan de vol, interactions avec les composantes de l’environnement) ;

– une gestion spécifique des charges utiles (caméras, traitement et interprétation des informations).

Dans la suite, nous présentons les drones de taille “conventionnelle” (i.e. de taille comparable aux aéronefs pouvant embarquer un humain), puis les minis et micros drones qui sont ceux auxquels nous nous intéressons le plus car ils sont moins encombrants et adaptés aux mission ne nécessitant pas de grands rayons d’action (supérieur à 1 km) qui nous intéressent. Pour finir, nous parlerons des différentes flottes de drones existantes.

6.1.2.1 Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)

Dans cette section, nous traitons des drones ayant des tailles comparables à celles des avions mono/biplaces conventionnels. Ils ont l’avantage de pouvoir servir à de la prise de vues (ils peuvent embarquer simultanément plusieurs capteurs relativement lourds) ou encore de pouvoir participer à des missions sur le terrain (pointage laser, tirs de missiles) pendant des durées relativement longues et avec un rayon d’action important. Ils nécessitent en revanche une partie sol assez conséquente.

Note : Il n’existe pas de classification précise des différents types de drones. Ils sont généralement classés en fonction de leur taille, leur rayon d’action, leur altitude de vol et leur endurance en vol [109].

Medium Altitude, Long Endurance. Les drones MALE sont des drones volant à

une altitude comprise, selon les classifications, entre 5000m et 15000m et ayant un rayon d’action de plus de 200 km. Parmi les plus connus, on compte :

– la série des Predator de General Atomics :

– le MQ-1 Predator3 : initialement conçu pour des missions de surveillance, il a été modifié pour embarquer deux missiles. Il est utilisé par l’USAF (USA).

– le MQ-9 Reaper (Predator B) : il s’agit d’une évolution du MQ-1 Predator plus puissante que lui, connu comme étant le premier drone hunter-killer4. Il est utilisé par l’USAF, l’US Customs and Border Protection (USA), la Royal Air Force (UK) et l’Aeronautica Militare (Italie).

– l’Avenger (Predator C ) : il s’agit de la dernière évolution des Predator. Contraire-ment à ses prédécesseurs, il dispose de capacités de vol furtif ainsi que de soutes internes à munitions.

– le Harfang (également connu sous l’appellation Système Intérimaire de drone MALE, SIDM ) de EADS et IAI : il sert à l’Armée Française pour des missions de reconnais-sance, de relais de communication ou encore de pointage laser de cibles.

– Le Talarion de EADS (avec un soutien technologique de TAI) est un drone visant à satisfaire les besoins européens en terme de reconnaissance, de surveillance et de renseignement dans les années futures (planifié pour 2018). Bien que l’appareil soit opérationnel, EADS a annoncé fin juillet 2012 l’annulation du programme faute de commandes et d’expressions de leurs besoins par les gouvernements européens.

High Altitude, Long Endurance. Les drones HALE sont des drones volant à une

altitude, selon les classifications, comprise entre 9000m et 20000m et ayant un rayon d’action supérieur à 1000km. Les représentants de cette catégorie sont rares et certains sont encore en cours de développement :

– le RQ-4 Global Hawk de Northrop Grumman se décline en différentes versions selon ses utilisations et ses utilisateurs :

– le RQ-4A est la première version de l’appareil qui a ensuite évolué en RQ-4B par une augmentation de sa capacité de charge utile, de son envergure et de son 3. L’appareil s’appelait initialement RQ-1 Predator. Dans la classification faite par l’USAF, la lettre M désigne un engin Multi-mission alors que la lettre R désigne un engin de Reconnaissance.

endurance. Cette version est utilisée par l’USAF et la Navy comme avion de surveillance et de pointage laser.

– le Global Hawk est utilisé par la NASA pour des missions scientifiques telles que le suivi des ouragans dans le bassin Atlantique (programme GRIP), des mesures dans la couche d’ozone ou l’étude de déplacements de particules au dessus de l’océan Pacifique. De plus, en mai 2012, l’OTAN a annoncé vouloir s’équiper d’une flotte d’au moins 5 Global Hawks.

– le modèle EuroHawk (basé sur le RQ-4B), qui est équipé, entre autres, du système de capteur radio SIGINT de EADS a été conçu pour la Luftwaffe (Allemagne). – le projet ISIS de Lockheed Martin Aeronautics est un ballon stratosphérique prévu

pour des missions de surveillance d’une durée de 10 ans au dessus d’une zone donnée du globe.

– le projet Global Observer est un drone stratosphérique développé par Aeroviron-ment ayant une autonomie pouvant aller jusqu’à une semaine. Il est décrit comme permettant un déploiement rapide d’une infrastructure de communication et d’amé-lioration d’une couverture GPS. Des capacités telles que la surveillance de frontières et la réalisation de relevés environnementaux sont également mises en avant par Aerovironment.

– le NASA Helios Prototype de Aerovironment est le dernier d’une série de prototypes d’ailes à énergie solaire. Il est destiné à servir de relais de communications ou encore de plate-forme pour effectuer des relevés dans la stratosphère. La version “endurance” de l’appareil (HP03 ) a une longueur de 5m pour une envergure de 75.3m, 10 rotors et peut effectuer des vols de plus de 24 heures.

6.1.2.2 Mini et micro UAV

Les drones de taille inférieure à 1m (mini/micro-drones) nécessitent généralement une installation au sol moins lourde que ceux présentés précédemment. Seule une station sol (de type ordinateur portable) est nécessaire. L’ensemble composé du drone et de sa station sol est généralement transportable par un seul homme, et parfois même, dans son sac à dos.

Ces dernières années, bon nombre de travaux de recherches ont été menés sur les mini et micro-drones et beaucoup de modèles de différentes formes ont vu le jour, que ce soit sous l’impulsion de l’armée, d’entreprises civiles, du milieu académique ou de particuliers passionnés.

Parmi les modèles de micro-drone accessibles facilement au grand public, on compte les produits du type de l’AR.Drone développé par Parrot [w126] ou d’autres mini-hélicoptères, télécommandés de manière conventionnelle ou grâce à un smartphone, comme on peut en trouver dans le commerce5. L’AR.Drone, bien que capable de garder une position (sans GPS) et ayant un SDK ouvert, ne présente pas d’autopilote au sens où nous l’entendons car il n’est, à ce jour, pas capable de suivre un plan de vol.

L’éventail des applications possibles avec un micro-drone seul est large. Cela va de la 5. Exemple de site internet regroupant des actualités et différents modèles de drones grand public : http://www.picooz.fr/

surveillance de manifestations avec l’Engin Léger de Surveillance Aérienne (ELSA) de la Police Française [37], à la surveillance de la bonne conduite de baleiniers japonais par l’association Sea Shepherd [w138], en passant par la réalisation de tous types de relevés (archéologie 3D avec l’université Vanderbilt, état de santé de la végétation avec l’initiative Conservation Drones, etc.) ou encore la lutte contre les feux de forêt (projet STaFF) [w124] et l’inspection d’ouvrage d’arts (viaduc de Millau). Certains drones sont capables de voler en intérieur pour par exemple cartographier un bâtiment ayant subit un tremblement de terre afin de s’assurer qu’il est sûr avant de laisser entrer des secours [102].

Les mini et micro-drones peuvent être classés en 3 catégories : – voilure fixe : type avion ;

– voilure tournante : type hélicoptère, quadrirotor et multirotor en général ; – voilure battante : mimant le vol d’un oiseau.

Il en existe aussi qui ont des formes plus inattendues, comme la Spherical Flying Machine japonaise qui peut, grâce à sa forme inhabituelle, se déplacer en intérieur sans craindre les contacts avec l’environnement.

Une centrale inertielle (ou Inertial Measurement Unit, IMU) fournit à l’engin, généralement à partir d’un gyroscope, d’un accéléromètre et d’un magnétomètre, des informations sur sa position (3D), sa vitesse, son accélération et son attitude. Une IMU peut utiliser un système de géolocalisation, type GPS, pour travailler avec des coordonnées absolues. Un autopilote et l’ensemble de ses capteurs permettent au drone de suivre de manière autonome un plan de vol préchargé (et potentiellement modifié durant la mission).

Les drones seuls [4] ne constituant pas le sujet principal de ces travaux, nous ne mentionnons ici que quelques projets accessibles aux tests.

Le projet Paparazzi [18][w137], initié en 2003 par des passionnés puis amené dans le domaine académique (il est maintenant supporté par l’ENAC) est un autopilote (logiciel et matériel) libre utilisé dans de nombreux appareils de loisir ou de recherche. Ces utilisateurs font partie d’une communauté active autour du projet. Le système présente également une station sol d’interface flexible permettant de planifier une mission avant le vol, de suivre et modifier son déroulement et de rejouer la mission après un vol.

Certains universitaires (et certains autodidactes) utilisent également le projet Ardupi-lot [w117] qui est relativement peu coûteux, par rapport à des solutions industrielles, et facile d’accès.

Les drones complets proposés par des sociétés telles AirRobot [w116] ou Ascending Technologies [w118] sont en passe d’être largement adoptés (en particulier, les produits Hummingbird, Pelican, Firefly sont très utilisés dans le milieu universitaire).