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Un drone, comment ça fonctionne ?

Les drones sont des engins ne possédant pas de pilote à leur bord. Il existe deux types de drone, les drones commandés à distance et les drones possédant une intelligence artificielle capable de prendre des décisions et de réagir face à tout événement. Le drone doit être considéré dans le cadre d'une mission et d'un système.

 

I°/ Les drones volants :

 

 A) Les drones militaires :

 

 

Les caractéristiques techniques :

 

La forme d'un drone volant sera déterminée par la nature et le profil de sa mission, ainsi que par sa charge utile : à chaque demande correspond une solution spécifique. Les éléments composant un drone volant répondent aux mêmes fonctions que celles d'un avion :

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

Dans le système de conduite du vol, il y a plusieurs équipements : des 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 des actionneurs (agissant sur les commandes de vol). 

 

  • La charge utile constitue l'un des éléments fondamentaux du système drone, car c'est elle qui permettra au drone de réaliser la mission. Souvent placée en dessous de la structure, elle consiste en un ensemble d'équipements pouvant assurer trois fonctions essentielles :
    1.  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 (bio-senseurs par exemple).
    2.  Un traitement à bord des données par des calculateurs, afin de les rendre directement et plus rapidement exploitables.
    3. Une possible sélection à bord des informations «utiles» qui seront transmises.

 

  •  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.

 

  • 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).

 

  • 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.

 

 

La mission du drone et sa charge utile vont donc déterminer sa configuration.

 

L’organisation :

 

Utilisés dans les zones dites « sensibles » pour renseigner ou pour lancer des assauts, les drones militaires requièrent organisation et coordination, ainsi qu'un personnel important et qualifié. 

Par exemple, les Etats-Unis possèdent 42 patrouilles sillonnant en permanence des zones de conflits. Chacune de ces patrouilles est composée de trois drones: un qui survole la zone, un autre qui s’en approche, et le dernier reste à la base pour l’entretien. Cela permet de pouvoir intervenir à n’importe quel moment. Une patrouille mobilise en moyenne 43 personnes, dont 7 pilotes, et 5 coordinateurs de mission. 

Le centre de contrôle de ces machines automatisées se situe à la Creech Air Force Base située au Nevada.

 

 

 

 

 

 

Les drones militaires aujourd’hui :

 

Il existe plusieurs types de modèles proposés par différentes marques.

Construit par Dassault Aviation, le Neuron est long de 9 m, avec une envergure de 12 m et un poids total de 7 tonnes I peut atteindre une vitesse maximale de 980 km/h, proche de Mach 1 (1 220 km/h). Inauguré en 2003, notifié en 2006, ce programme devrait préparer le terrain à un drone de combat ou à un futur avion de chasse (voir également la partie "Les enjeux").

 

 

 

 

Ci-dessous le Barracuda fabriqué par EADS: drone civil furtif ou de combat européen.

 

Le drone Taranis de BA Systems est un prototype britannique de drone pour le combat furtif. Il doit pouvoir emporter une gamme d'armements variés et réaliser sa mission de façon autonome.

L’Eitan d’Israel Aircraft Industries, de l’armée de l’air israélienne, est un des drones les plus autonomes jamais construit, notamment grâce à son faible poids, qui lui permet d’atterrir et de décoller tout seul.

 

                         

 

L’Anka-B de TAI Anka-A, développé par l’armée israélienne et mis en service en 2011, a une autonomie de 24h.

 

De nombreux autres programmes de développement existent mais, nous avons décidé de ne pas tous les évoquer, afin de ne pas être répétitifs. Les différents projets ci-dessus montrent que nombreux sont les pays qui développent cette technologie.

 

Les Etats-Unis possèdent actuellement 7000 drones, dont 250 de combats. La France ne dispose que de 82 drones et aucun d’attaque. Comme les autres nations d'Europe, elle a pris du retard par rapport aux deux pays en pointe que sont les Etats-Unis et Israël, elle développe toutefois ses recherches à grande vitesse pour ne pas se retrouver hors-jeu (voir la partie "Les enjeux").

 

 

2) Les drones civils :

 

 

Bien que le marché soit quasi inexistant aujourd'hui, c'est très probablement dans le domaine civil que les drones sont appelés à jouer le plus grand rôle. Les possibilités sont presque illimitées. En effet, ces drones effectuent des missions qui peuvent être considérées comme dangereuses, pénibles physiquement pour l'équipage ou encore ennuyeuses.

 

Les drones sont utilisés aussi bien par des particuliers que par la police. Il en existe de nombreux, similaires et variés, le plus utilisé, étant AR.Drone de Parrot. 

 

03324902 photo ar drone exterieur

 

Cet hélicoptère quadrirotor peut se piloter avec un appareil sous android ou iOS, via une liaison Wifi.

Il est composé d'équipements sophistiqués comme une caméra frontale pour le pilotage, une seconde, verticale, pour la stabilisation, un accéléromètre trois axes, deux gyroscopes, deux émetteurs récepteurs à ultrasons permettant de calculer l'altitude, de nombreux capteurs, ainsi qu'un ordinateur embarqué fonctionnant sur noyau Linux. Il est également muni d’une caméra frontale, dont les images sont retransmises en direct sur l'écran du smartphone. L’utilisateur pilote ce drone grâce à l'accéléromètre de l’iPhone. Un accéléromètre est un capteur qui, fixé à un mobile ou tout autre objet, permet de mesurer l'accélération linéaire de celui-ci. 

 Le drone possède un pilote automatique qui l’empêche de s’écraser, si le Wifi est coupé. L'autonomie est de 12 minutes environ pour un temps de charge d'1h30. 

 

 

II°/ Les drones terrestres :

 

 L’avantage des drones aériens s’explique par le fait qu’ils se déplacent dans un milieu homogène, le ciel, ce qui n’est pas le cas des robots terrestres, qui doivent affronter un milieu plus difficile. La nature du sol, le relief, les obstacles, etc. , autant de difficultés que doivent prendre en compte les ingénieurs qui développent ces engins.

De nombreux robots terrestres aux fonctions précises (telles que déminage, écoute, découverte) sont développés. Les drones terrestres, sont identiques aux drones volants au niveau de leur mode de commandement, seule leur utilisation et quelques caractéristiques changent. Il existe de nombreux types de drones terrestres : 

 

Tout d’abord, il y a les drones terrestres à jambe qui, bien qu’encore au stade expérimental, constituent l’avenir de l’armée. En effet, grâce à leur jambes, ils possèdent la capacité de se déplacer dans n’importe quel milieu et de faire face à tous obstacles potentiels (pour en savoir plus, voir la partie "Les enjeux").

 

 

Ensuite, les drones à roues, utilisés pour des usages majoritairement scientifiques, tels que l’exploration de mars par le robot Curiosity. C’est actuellement le robot à roues le plus sophistiqué (une masse de 900 kg, dont 80 de charge utile : 10 instruments). Contrôlées depuis le centre de contrôle de la NASA, les ondes utilisées pour contrôler le robot mettent 10 minutes à être reçues. Curiosity possède de nombreux équipements hightech lui permettant d’analyser son environnement (une caméra stéréo couleur, une caméra microscopique semblable à celle des rovers Spirit et Opportunity, un spectromètre à rayons alpha et X permettant de déterminer la composition élémentaire des roches, un diffractomètre à rayons X couplé à un spectromètre à fluorescence pour observer, avec une grande précision, la minéralogie des roches, ainsi qu'une caméra de descente plus sophistiquée que celle des sondes précédentes. L'instrument le plus intéressant est probablement un chromatographe en phase gazeuse, couplé à un spectromètre de masse, capable de détecter des traces de matières organiques (SAM). La recherche de traces de vie sur Mars était, il est vrai, son principal objectif. Il est également accompagné d'un spectromètre laser qui peut étudier l'atmosphère et les roches. Le robot fonctionne à l’aide de panneaux solaires. 

 

 

Curiosity nasa

 

Les drones à chenilles sont, quant à eux, le plus souvent utilisés par l’armée. Représentant les chars du futur, ils sont pour l’instant utilisés en Afghanistan. Ils sont télécommandés à distance et utilisés dans des objectifs de destruction.

 

 

 

Les drones terrestres sont donc indispensables à notre compréhension du monde et devraient permettre de ne plus risquer de vies au combat (le principe d'une guerre « zéro mort » ).

 

 III°/ Les drones marins

 

Les drones marins ou sous-marins sont surtout utilisés pour des recherches scientifiques. Malheureusement, ils ne sont encore qu'au stade expérimental, ce qui rend très difficile l'obtention d'informations sur le fonctionnement de tels appareils. En revanche, quelques rares programmes militaires sont lancés, mais la plupart ne sont qu’à l’étape de recherche et il est fort probable que ces programmes avortent avant d’avoir pu être menés à bien (nous traitons ce dernier point dans la partie "Les enjeux" de ce site internet).

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