Les drones aériens, une nouvelle façon d’explorer le monde

Longtemps, l’homme a rêvé de posséder ce pouvoir dont abusent les oiseaux depuis toujours, ce pouvoir qui les libère quelques peu de la gravité. De ce rêve est née l’aviation, qui a permis à nombre d’entre nous de découvrir des terres autrefois isolées.

Des pans entiers de populations se sont rencontrés les uns et les autres pour développer un commerce mondial de plus en plus accessible et tracer les prémisses de la mondialisation.

Cependant, si l’homme a longtemps jalousé les oiseaux, ce n’est pas exclusivement pour leur capacité à se déplacer d’un point à un autre rapidement et par les airs. En effet, il est également possible d’observer le monde d’un point de vue totalement différent dès lors que l’on prend de la hauteur.

Militaires, professionnels et particuliers trouvent tous un intérêt à envoyer un appareil mécanique dans le ciel pour récupérer des données de toutes sortes. Et c’est là que le drone entre en jeu.

Aujourd’hui, l’aéronef sans pilote s’équipe, se diversifie, se spécialise, s’exporte et, surtout, il se démocratise, pour répondre des besoins qui ne pouvaient être comblés jusqu’à aujourd’hui.

I – Qu’est-ce qu’un drone ?
Les drones aériens sont des aéronefs de types avion, hélicoptère, mongolfière ou dirigeable. Tous peuvent être affranchis de leur pilote, si tant est qu’il n’y a plus de cabine de pilotage à bord. Celle-ci est remplacée, soit par une capacité de pilotage totalement automatique – c’est le cas pour une petite minorité d’appareils – soit par une station au sol. Selon qu’ils soient sous la forme de ballon, qu’ils aient une voilure fixe pour les avions, ou voilure tournante pour les systèmes multirotors comme les hélicoptères, ils n’ont ni la même endurance ni la même agilité. On peut cependant regrouper la plupart des missions des drones aériens sous trois termes clefs : Observation, Assistance et Défense.
Bien que les règles juridiques d’utilisation soient encore très peu adaptées au sujet en raison de sa récente apparition derrière les portes des structures étatiques, il a déjà réussi à s’introduire dans de nombreux domaines.
Vous constaterez à travers les exemples de ce dossier, que l’armée, les grands groupes de défense et les laboratoires ne sont pas du tout les seuls à s’être lancés sur le marché des drones. En plus des fonctionnalités que vous allez voir ici, certaines PME et certains amateurs ont même introduit la notion de First Person View : Un casque vous permet de voir tout ce que transmet le drone en temps réel.

Voici ce que l’on peut ressentir avec un tel casque :

II – Améliorer les conditions de vie et de travail
Comme nous l’évoquions dans le dossier L’introduction sociale des robots, les drones se font petit à petit une place dans les concepts de la robotique d’assistance. Ils introduisent des notions humanitaires, des notions d’amélioration des conditions de vie et de travail, et cela passe par les drones.
Imaginez des millions de colis qui se baladent dans les airs et qui arrivent à leurs destinataires dans la demi heure après envoi. Imaginez les populations vivant dans des milieux difficilement accessibles qui réussissent tout à coup à échanger des colis d’un simple clic. Bref, imaginez que nous puissions tous avoir notre pigeon voyageur et qu’il puisse transporter jusqu’à 2kg de charge utile dans les airs. C’est le thème du projet Matternet lancé en 2011 par un groupe d’étudiants passionnés de robotique qui a créé sa start-up dans la Silicon Valley. Le projet pourrait servir à assurer la livraison de médicaments dans les zones reculées des grandes villes, les zones où les camions postaux accèdent rarement. Pour cela, le groupe a pensé à l’installation de stations relais dans lesquelles les drones pourraient se poser pour livrer leurs colis, et recharger leurs batteries par la même occasion. Il y a pourtant un hic : le groupe a choisi le quadricoptère comme structure de transport. Cette technologie a une énorme contrainte d’autonomie et son coût est relativement élevé par rapport au niveau de vie des populations visées. Si l’idée arrive à terme, elle aura à faire face à une problématique plus terre à terre : Les voleurs.

Le transport des médicaments dans le cadre d’une aide humanitaire a son intérêt parmis les projets de drones, mais là où leur utilisation risque de devenir courante, c’est dans le domaine agricole. Ils servent aussi bien à détecter les zones de cultures malades grâce à la spectrométrie, l’analyse de la couleur des plantes sur des longueurs d’ondes invisibles pour l’oeil humain, que procéder à l’épandage. En effet, de la même manière qu’on détecte une personne malade dans une foule grâce à son émission infrarouge anormale, on réussi à localiser les plantes malades.

La société Airinov a misé sur ce marché en exploitant un drone de type aile volante pour effectuer des diagnostics agronomiques afin de déterminer l’état de vigueur du couvert végétal. Entièrement automatique, guidé par GPS, l’appareil peut couvrir 100 hectares en 40 minutes et réalise des cartographies multispectrales avec une résolution descendant à 5 cm. Le système permet de réduire l’apport en engrais azotés et donc de faire des économies tout en respectant les réglementations environnementales comme la directive nitrate.

Rêvons maintenant un peu. Dans le cas où un agriculteur se trouverait au milieu d’une zone non couverte par les services de téléphonie mobile et d’Internet et que son tracteur aurait besoin du Cloud Computing, les drones pourraient également être une réponse. En effet, des études sont menées pour se servir de drones à voilure fixe pour créer un réseau d’information dans les airs. Le site Internet The Pirate Bay a beaucoup fait parlé de lui en évoquant un réseau LOSS (Low Orbit Server Stations) pour partager des liens torrent sur un réseau indépendant d’Internet, et donc plus difficile à arrêter en cas de conflit avec les autorités. Les débits envisagés sont de l’ordre de 100 Mb/s sur une distance maximale de 50 Km. Comparé au débit classique de l’ADSL à 20Mb/s chez un utilisateur classique, c’est loin d’être négligeable. Depuis 2001, la NASA communique sur un drone capable de voler plus de 40 heures en exploitant l’énergie solaire. Il s’agit du projet Helios. L’idée d’utiliser un drone comme noeud relais pour les transmissions n’est donc ni folle ni nouvelle.

Les réseaux de communication et la quantité d’information transmise sont certes en croissance constante, mais parallèlement à cela, nous continuons à nous déplacer physiquement. Sur notre passage, nous croisons des ponts, des immeubles, des châteaux d’eau, des pylônes électriques, des éoliennes, des centrales nucléaires, des chantiers, des zones à accès dangereux dans lesquelles les pompiers risquent leurs vies, etc. Tous ces ouvrages nécessitent un entretien et une observation régulière. La maintenance de telles structures, dont beaucoup de composants sont difficiles d’accès, implique des procédures lourdes et une organisation conséquente. Tout cela serait considérablement simplifié par l’introduction d’observateurs volants tels que les drones. C’est de plus une solution économique.
Certaines sociétés, comme Novadem, ont détecté ce besoin et mettent à disposition des drones qui s’adressent autant au fantassin qui veut aller voir de l’autre côté d’une dune qu’au pompier en mission. Ils peuvent emporter une panoplie de capteurs pour effectuer des mesures de radioactivité ou de risques toxiques.

III – Modéliser le monde pour l’étudier et le revisiter.
La géodésie est “la science qui mesure et représente la surface terrestre” (Friedrich Robert Helmert), elle a pour rôle de déterminer et cartographier les surfaces de la Terre pour alimenter des cartes détaillées.
Sur ce principe, et selon la State Oceanic Administration, la Chine prévoit de faire fonctionner des drones de surveillance environnementale dans 11 de ses provinces maritimes, de façon à suivre la météo et les conditions environnementales des côtes.
Ce programme va inclure la construction de 11 stations de lancement qui feront chacune voler au moins un UAV (Unmanned Aerial Vehicle). A 1km d’altitude, ces UAV seront capable de capturer des images de plus haute résolution que pourraient le faire les satellites, ce qui induit une meilleure analyse de l’environnement. Le type d’UAV utilisé pourra se confronter à des vents allant jusque 43km/h pour décoller et se stabiliser. En complément de ces avions sans pilote, 36 navires d’inspection sont attendu pour surveiller les côtes dès 2013.
Chaque photographie, qui pourra être prise dans les bandes spectrales du visible ou de l’infrarouge, identifiera une zone géographique et sera liée à des relevés tels que le niveau de pollution et la température. Une fois assemblées, ces informations permettent de créer des cartes détaillées d’une précision relativement haute.

D’autres, comme la société belge Gatewing récemment acquise par Trimble, vont encore plus loin en appliquant des algorithmes de reconstruction 3D sur les images capturées. En plus d’intéresser les scientifiques et les industriels, ce type d’image attire l’attention des organisateurs d’événements comme les mariages. Pensez au meilleur jour de votre vie pris immortalisé dans une photographie 3D. Il vous serait possible de revisiter les scènes, de vous glissez à travers vos invités pendant qu’ils profitent de vos festivités.

IV – Elever l’oeil des artistes et de leur public
De nombreux artistes utilisent aujourd’hui les drones tant pour la photographie que pour le film. Il est désormais courant que les prises de vue aériennes soient faites à partir de petits drones pour des raisons de coût. La société STUDIOFLY cible les films publicitaires et les films dits institutionnels et a mis en ligne quelques extraits impressionnants qui rappelent les longs métrages sortis des studios d’Hollywood. Cette société a été choisie dans le cadre du tournage de Monalisa sur ARTE, qui porte sur la fonte des glaciers du monde.

D’autres artistes ont choisi d’exploiter le drone comme un élément de spectacle. Des milliers de spectateurs ont pu assister au magnifique spectacle organisé en Autriche pendant le Net festival 2012, par Ars Electronica Futurelab et Ascending Technologies. Un essaim de 49 drones synchronisés a transformé le ciel en une scène magnifique grâce à ses chorégraphies.
Plus osé et sujet à polémique, le néerlandais Bart Jansen a trouvé en son chat Orville, victime d’une voiture, un support artistique hors du commun. Il l’a utilisé comme structure pour un quadricoptère dont les vidéos ont fait le tour de la toile.

V – Soutenir l’ordre public et à la sécurité
On engage de plus en plus les drones dans les domaines de la surveillance d’urgence et la protection civile. Surveiller l’activité des frontières et des flux de marchandises illégales à partir du ciel est un besoin constant aujourd’hui. Si l’on réussi à éliminer les soucis de la fatigue du pilote et du surcoût des avions à taille humaine, on aura trouvé une solution à une problématique devant laquelle les autorités font face aujourd’hui.
En Europe, depuis 2005, l’agence européenne pour la gestion de la coopération opérationnelle aux frontières extérieures des États membres de l’Union européenne, que l’on appelle Frontex (Frontières extérieures) en France, est responsable de la coordination des activités des garde-frontières dans le maintien de la sécurité des frontières de l’Union avec les États non membres.
Cette Agence Européenne se penche sur les solutions de surveillance automatique des frontières pour répondre aux appels des pays qui subissent les plus gros flux d’immigration et d’importations illégales comme la Grèce, l’Espagne et la Bulgarie. Les drones font partie des discussions pour améliorer la coordination des opérations au sol aussi bien en mer que sur terre. Pour apporter des solutions concrètes, de gros industriels ont mis la main à la pâte. Notamment Sagem avec son Patroller, et Aerovironment et Thales avec Fulmar et Puma.

Aux Etats-Unis, la Chambre des représentants a également demandé au Département de la Défense (DoD) et au DHS (Department of Homeland Security) de s’entendre pour élargir l’utilisation des drones militaires à la mission de surveillance des frontières.
Les missions de recherche et sauvetage en milieu hostile pourraient également exploiter les drones pour ne pas exposer inutilement un grand nombre de personnes dans le but d’en sauver quelques autres. Mais le problème de l’utilisation de tels appareils dans la circulation aérienne civile pose des problèmes technologiques et réglementaires tant pour l’autonomie décisionnelle embarquée ou les capteurs anti-collision court et long terme, que pour la gestion des vols autonomes dans les espaces aériens civils ou militaires comme le souligne l’ONERA, l’Office National Français d’Études et de Recherches Aérospatiales.
Au niveau Européen, la question n’a pas échappé aux esprits. C’est pourquoi en 2001, face à ces interrogations grandissantes, la communauté européenne a débloqué des financements pour le groupe thématique UAVNET, chargé de réfléchir à l’implication des systèmes de drones (UAS) dans la vie de tous les jours. Les israéliens très impliqués dans le domaine des drones, ont fortement contribué à la réflection avec la société IAI (Israel Aerospace Industries) qui propose désormais une version civile de son drone Eagle. Celui-ci peut être utilisé pour la surveillance anti-incendie en zone urbaine ou en forêt, et évaluer d’éventuels dommages sur le terrain.
Plus encore, les drones sont en mesure de survoler les régions éloignées, montagneuses et peu accessibles, les zones de pêche et des routes maritimes très fréquentées et dangereuses.
Ils peuvent relever les niveaux de pollution atmosphériques ou maritimes comme le préconise le programme Deep Water qui s’inscrit pour la garde côtière américaine. Ce programme vise à acquérir 76 drones pour la surveillance maritime et relever les nouveaux défis de sécurité : Observation des pipelines de pétrole et de gaz, surveillance de cargaisons dangereuses, dépistage de vols de contrebande, des actes de piraterie maritime mais aussi surveillance des sources d’eau, des vestiges archéologiques et des filons de matières premières ou de combustible.
Un peu plus éloigné de nous sur la surface du globe, l’Australie n’est pas en reste devant ces mécanismes volants. L’été prochain, des drones aériens seront déployés au dessus des plages de Queensland pour garantir un plus haut niveau de sécurité aux surfeurs. Le chef de l’organisation qui a pris l’initiative, Brett Williamson, déclare que les drones seront utilisés sur North Stradbroke comme une démonstration technologique. Ils permettrons à leurs opérateurs de détecter plus facilement des nageurs en détresse, la présence de requins, de méduses, etc. Ils seront équipés de bouées qu’ils pourront jeter dans l’océan en cas de besoin.

En France, le comité interministériel à la sécurité routirère du 26 octobre 2000 pronnait l’information routière pour les usagers en évoquant le déploiement d’un Schéma Directeur d’Information Routière (SDIR) sur un réseau d’intérêt européen d’une vingtaine de milliers de kilomètres. Le service Métrologie et Instrumentation du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) proposait d’intégrer au SDIR, la notion de drones pour télé-déporter les yeux d’un contrôleur ou d’un inspecteur, et ainsi apporter un détail plus important et une information ciblée sur les éléments intéressants qui auraient pu survenir sur la route. Ce projet devait être déployé en 2010, mais il semblerait que ce ne soit finalement pas pour tout de suite.

Quoi qu’il en soit, on n’oublie pas non plus les usagers des transports en commun puisque récemment, lors d’une conférence de presse, on entendait Guillaume Pepy, Directeur Général de la SNCF, soupirer “Si seulement nous avions des drones…”. En effet, ces petits engins pourraient parcourir les voies de chemin de fer pour trouver les éventuels voleurs de câbles et débuts d’incendies qui font perdre tant de temps aux usagers.
Ce n’est pas sans arrière pensée que la transition se fait avec la surveillance des manifestations qui réunissent plusieurs milliers de personnes. Bien que cela pose de grandes questions en termes de liberté individuelle, et d’acceptation par les populations, les drones pourraient aussi être utilisés pour identifier les émeutiers en cas de débordement, grâce à leurs caméras embarquées. Ils pourraient les immobiliser en projetant du gaz lacrymogène. Un petit nombre de drones avait d’ailleurs été exploité lors de la dernière coupe du monde de rugby pour s’assurer de la sécurité du public.

Il est bien loin le temps des drones de modélisme réalisés en club. Aujourd’hui, les PME et les gros groupes industriels se sont emparés du sujet à tel point que l’aéronef sans pilote s’équipe, se diversifie, se spécialise, s’exporte et, surtout se démocratise. Et tout cela, parce que l’on découvre chaque jour à quel point ils pourraient être utiles et faire économiser de nombreux euros aux entreprises et aider à la protection civile. Entre les drones à voilure fixe, rapides permettant de couvrir de grandes surfaces, les drones à voilure souple moins dangereux pour les applications en milieu urbain mais très lents, et les drones à voilures tournantes très consommateurs d’énergie mais permettant d’observer un ouvrage d’art avec un maximum de degrés de liberté, tout le monde semble trouver chaussure à son pied. Reste désormais deux grands problèmes récurrents dans le monde de la robotique : Où est la responsabilité en cas d’anomalie ? Où sont les limites permettant de garantir le respect de la vie privée des personnes ou des voisinages survolés ?

Les multicoptères sont de plus en plus exploités pour la surveillance en général, mais on oublie souvent qu’ils peuvent eux-mêmes être source de danger. L’environnement salé des mers et des océans peut par exemple provoquer des dysfonctionnements dans les systèmes électroniques. Il serait aussi bête que pendant un survol de forêt pour vérifier l’absence de feu, le drone s’écrase et en provoque un…
Jusqu’au 11 avril 2012, aucune réglementation adaptée n’existait concernant l’utilisation des drones ; il s’agissait encore de cas par cas. En France, deux arrêtés autorisent l’utilisation des drones en fonction de leur catégorie et du scénario de leur utilisation. Par exemple, le scénario S1 autorise des vols jusqu’à une hauteur de 150m à une distance de moins de 100 mètres du télépilote. Ces arrêtés sont ceux du 11 avril 2012 relatifs à l’utilisation de l’espace aérien par les aéronefs qui circulent sans personne à bord, et à la conception des aéronefs civils qui circulent sans aucune personne à bord, aux conditions de leur emploi et sur les capacités requises des personnes qui les utilisent.
Cette réglementation évolue en fonction des contextes d’utilisation des drones et de leurs risques et contraintes. Par exemple, en milieu urbain, ils s’exposent aux phénomènes aérologiques et à un spectre de fréquences sursaturé où les interférences sont nombreuses et les risques de perte de transmissions sont élevés.
A côté de cela, de nombreux passionnés et universités se lancent dans d’ambitieux projets qui permettent aux particuliers d’apporter leur pierre à l’édifice avec des projets comme Paparazzi, ROS, Arduino, etc. Vous pouvez donc dès aujourd’hui entrer sur le terrain des drones et vous ajouter à cette population de passionnés et de professionnels qui grandit sans cesse.
Nous vous invitons à suivre très prochainement le vol d’un drone militaire européen sur lequel de nombreux français ont travaillé… Plus de détail lorsque nous en aurons ! 🙂