Droniser un avion : les enjeux et les atouts

Si l’aéronef non équi­pé ne repré­sente qu’une faible par­tie de l’in­ves­tis­se­ment d’un drone, la réuti­li­sa­tion d’un avion exis­tant, avec sa mise au point, per­met des gains impor­tants dans le cycle de déve­lop­pe­ment. Il ne faut pas oublier cepen­dant d’a­dap­ter cer­taines pièces, les ren­for­cer ou les allé­ger selon l’usage. 

Le choix d’un aéro­nef issu du monde de l’aéronautique civile s’explique par une contri­bu­tion signi­fi­ca­tive à la réduc­tion des coûts et délais de déve­lop­pe­ment du sys­tème de drones. 

“ Une contribution significative à la réduction des coûts et des délais de développement ”

L’effet est notable éga­le­ment sur les coûts de fabri­ca­tion et de main­te­nance, puisque l’aéronef et ses com­po­sants sont pro­duits dans des volumes plus importants. 

La mise au point et la cer­ti­fi­ca­tion sont aus­si plus courtes. Ce sché­ma indus­triel rac­cour­cit signi­fi­ca­ti­ve­ment les délais de mise sur le marché. 

On consi­dère habi­tuel­le­ment que l’aéronef non équi­pé ne repré­sente que 10 % envi­ron du coût total de pro­duc­tion d’un sys­tème de drones. 

En revanche, son déve­lop­pe­ment et sa mise au point repré­sentent une part beau­coup plus impor­tante, et la dro­ni­sa­tion d’un aéro­nef exis­tant per­met de la réduire de plus de 50 %, ce qui peut repré­sen­ter jusqu’à deux ans sur le cycle de déve­lop­pe­ment com­plet du système. 

UN INTÉRÊT TECHNIQUE ET OPÉRATIONNEL

Dis­po­ser d’une machine déjà au point per­met à l’industriel de se concen­trer sur des élé­ments essen­tiels : les sys­tèmes de mis­sion du drone (sta­tion de contrôle, charges utiles, liai­sons de don­nées, contrôle du vol). 

Autre avan­tage : dis­po­ser d’une machine dont le com­por­te­ment est déjà connu et dont les com­po­sants ont déjà été fiabilisés. 

Mais alors, pour­quoi dro­ni­ser un aéro­nef s’il répond déjà au besoin opérationnel ? 

« DIRTY, DANGEROUS, DULL »

« Dir­ty, dan­ge­rous, dull » (sales, dan­ge­reuses, ennuyeuses) : ce slo­gan résume bien les mis­sions dévo­lues à des drones plu­tôt qu’à des solu­tions de sur­veillance pilotées. 

La machine dro­ni­sée offre des capa­ci­tés supé­rieures à la machine d’origine en termes de capa­ci­té d’emport de cap­teurs et d’endurance (l’opérateur est rem­pla­cé par du car­bu­rant ou des cap­teurs sup­plé­men­taires), sans expo­ser les opé­ra­teurs aux risques de la mission. 

Les endu­rances cou­ram­ment atteintes dépassent les limites phy­sio­lo­giques accep­tables pour un pilote. Par ailleurs, la sta­tion de contrôle offre des capa­ci­tés de trai­te­ment per­met­tant l’exploitation et la dis­sé­mi­na­tion des don­nées cap­teurs, avec beau­coup moins de contraintes qu’une solu­tion embarquée. 

STANDARDS DE CERTIFICATION

Le drone Patrol­ler de Sagem.

La démarche de dro­ni­sa­tion répond très favo­ra­ble­ment aux besoins de cer­ti­fi­ca­tion du sys­tème de drones. S’agissant de l’aéronef, les stan­dards de cer­ti­fi­ca­tion des drones défi­nis actuel­le­ment s’appuient sur les stan­dards de l’aéronautique civile. 

Le stan­dard mili­taire OTAN de cer­ti­fi­ca­tion des drones, le Sta­nag 4671, est lui-même direc­te­ment déri­vé du stan­dard civil des avions légers EASA CS 23. 

L’utilisation d’un aéro­nef cer­ti­fié pour les appli­ca­tions civiles per­met de cou­vrir d’emblée une part impor­tante des exi­gences du stan­dard de cer­ti­fi­ca­tion des drones, un niveau pou­vant atteindre jusqu’à 50 % dans cer­tains cas, cette part étant liée au niveau de trans­for­ma­tion appor­té à l’aéronef d’origine.

TROIS ENJEUX

Le pre­mier enjeu est de gérer l’intégration des sys­tèmes de dro­ni­sa­tion dans l’aéronef, celui-ci n’étant sou­vent pas conçu dès l’origine pour être téléopéré. 

Par­mi les dif­fé­rences les plus évi­dentes entre un aéro­nef pilo­té et son déri­vé « dro­ni­sé », on trouve le sys­tème de contrôle du vol, un sys­tème élec­trique ren­for­cé et des sys­tèmes de liai­sons de don­nées, des cap­teurs et équi­pe­ments spécifiques. 

CONTRÔLER LE VOL

Le sys­tème de contrôle du vol est consti­tué de cap­teurs, de cal­cu­la­teurs et d’actionneurs reliés aux gou­vernes de la machine d’origine. Le niveau d’intégration dépend de l’usage du sys­tème de drones. 

“ Les endurances atteintes dépassent les limites physiologiques acceptables pour un pilote ”

Lorsqu’une uti­li­sa­tion pilo­tée reste envi­sa­gée dans un sys­tème OPV, le sys­tème de contrôle du vol est ins­tal­lé sur les com­mandes de vol exis­tantes. Le prin­ci­pal enjeu est alors d’assurer la sécu­ri­té des vols pilo­tés en ren­dant ce sys­tème trans­pa­rent pour le pilote. 

Lorsque l’utilisation OPV n’est pas requise, le sys­tème de contrôle du vol peut rem­pla­cer en tout ou par­tie les com­mandes de vol de la machine d’origine. Dans tous les cas, l’implantation des action­neurs sur les com­mandes de vol de la machine d’origine doit pré­voir les accès pour la maintenance. 

RENFORCER LE SYSTÈME ÉLECTRIQUE

Les aéro­nefs légers pilo­tés n’ont géné­ra­le­ment pas besoin d’une impor­tante capa­ci­té de géné­ra­tion élec­trique. Sui­vant la moder­ni­té de ses équi­pe­ments, le tableau de bord d’un avion léger consomme de quelques dizaines à quelques cen­taines de watts. 

Pour sa part, le déri­vé dro­ni­sé consom­me­ra entre dix et vingt fois plus pour ali­men­ter tous ses équi­pe­ments élec­tro­niques. Le sys­tème élec­trique de l’aéronef d’origine doit donc être ren­for­cé : aug­men­ta­tion de la puis­sance pour répondre au besoin, mais éga­le­ment aug­men­ta­tion de la fiabilité. 

En effet, si une panne élec­trique n’a géné­ra­le­ment pas de consé­quences graves sur un avion léger en vol à vue, une panne élec­trique totale aurait des consé­quences catas­tro­phiques pour un drone. 

DES ÉQUIPEMENTS SPÉCIFIQUES

Le sys­tème de liai­sons de don­nées est une com­po­sante essen­tielle du sys­tème de drones. Les liai­sons de don­nées relient l’aéronef à son sys­tème de contrôle au sol. 

L’intégration des antennes sur l’aéronef consti­tue un enjeu impor­tant pour évi­ter les mas­quages et assu­rer une bonne dis­po­ni­bi­li­té des liaisons. 

D’autre part, les cap­teurs de l’aéronef d’origine sont géné­ra­le­ment insuf­fi­sants pour une uti­li­sa­tion sans pilote. En effet, l’environnement ou cer­taines situa­tions d’urgence peuvent être beau­coup moins bien per­çus par un télé­opé­ra­teur au sol que par un pilote qui, lui, uti­lise ses cinq sens. 

Des cap­teurs sup­plé­men­taires sont néces­saires pour la sur­veillance de la moto­ri­sa­tion (par exemple mesure des vibra­tions, cap­teur d’incendie) et on ajoute éga­le­ment des cap­teurs d’environnement (par exemple une sonde de détec­tion du givrage). 

En matière d’équipements de mis­sion, la plu­part des drones d’observation sont équi­pés de camé­ras orien­tables stabilisées. 

À la dif­fé­rence d’un drone qui peut être conçu autour de la charge utile, l’aéronef dro­ni­sé doit veiller à inté­grer celle-ci en évi­tant les mas­quages qui nuisent à la qua­li­té de l’observation.

L’intégration de ces charges utiles a géné­ra­le­ment un effet sur l’aérodynamique. Il faut en tenir compte dans la mise au point du sys­tème de contrôle du vol. 

GÉRER DES DOMAINES DE VOL DIFFÉRENTS

Les domaines de vol de l’aéronef habi­té et de l’aéronef dro­ni­sé sont assez dif­fé­rents. L’avion léger pilo­té est conçu pour résis­ter typi­que­ment à des manœuvres à quatre « G ». 

Sta­tion sol du sys­tème Patrol­ler.

En revanche, un drone d’observation limite ses manœuvres à des valeurs bien plus faibles et néan­moins suf­fi­santes, typi­que­ment moins de deux « G ». Alors que le train d’atterrissage d’un avion pilo­té est conçu pour résis­ter à un atter­ris­sage dur, le sys­tème d’atterrissage auto­ma­tique du drone rend ce cas très rare. 

Cer­taines carac­té­ris­tiques méca­niques d’origine peuvent ain­si appa­raître sur­di­men­sion­nées par rap­port à une uti­li­sa­tion « drone », avec un impact néga­tif sur la masse et donc sur les per­for­mances par rap­port à un aéro­nef conçu d’emblée pour une appli­ca­tion drone. Une dro­ni­sa­tion réus­sie doit donc exploi­ter plei­ne­ment ces caractéristiques. 

Ain­si, des réserves méca­niques peuvent être conver­ties en aug­men­ta­tion de la masse au décol­lage, ce qui per­met d’augmenter l’endurance ou la capa­ci­té d’emport de charges de mission. 

De la même façon, des réserves méca­niques sur le train d’atterrissage peuvent se tra­duire par une capa­ci­té à opé­rer à par­tir de pistes sommaires. 

MAINTENIR LA DOUBLE NAVIGABILITÉ

“ Les domaines de vol de l’aéronef habité et de l’aéronef dronisé sont assez différents ”

Dans le cas d’un aéro­nef option­nel­le­ment pilo­té, la navi­ga­bi­li­té, c’est-à-dire l’aptitude au vol, doit être main­te­nue pour les deux modes d’utilisation.

Il est en par­ti­cu­lier néces­saire de garan­tir que l’utilisation en mode inha­bi­té ne génère pas de condi­tions pou­vant nuire à la sécu­ri­té lors d’une uti­li­sa­tion avec pilote. 

UNE APPROCHE PERTINENTE

La trans­for­ma­tion en drone d’un aéro­nef conçu pour une uti­li­sa­tion avec pilote est une approche per­ti­nente et prag­ma­tique dans la concep­tion des sys­tèmes de drones. 

Dans le pay­sage des drones, le cas par­ti­cu­lier de l’aéronef option­nel­le­ment pilo­té contri­bue­ra cer­tai­ne­ment à atté­nuer peu à peu la fron­tière opé­ra­tion­nelle et régle­men­taire qui sépare encore le monde des drones du monde des aéro­nefs pilotés. 

LE PATROLLER, UNE DRONISATION RÉUSSIE

Le Patrol­ler est un sys­tème de drones mul­ti­cap­teurs des­ti­né à des mis­sions de sur­veillance de longue endu­rance pour des appli­ca­tions mili­taires et de sécurité. 

Il a été conçu sur la base de l’expérience acquise par Safran dans le domaine des drones (vingt-cinq ans dans les drones tac­tiques), par­ti­cu­liè­re­ment neuf années d’opérations exté­rieures de ses clients en Afghanistan. 

Il a été déve­lop­pé avec deux objec­tifs : répondre aux besoins mili­taires (ren­sei­gne­ment, appui à la manoeuvre aéro­ter­restre par la détec­tion, loca­li­sa­tion, iden­ti­fi­ca­tion et dési­gna­tion d’objectifs) ; rem­plir des mis­sions de sécu­ri­té ter­ri­to­riale (sur­veillance de fron­tières et d’approches mari­times, sur­veillance d’infrastructures ou de sites sen­sibles éten­dus, lutte contre les tra­fics illi­cites, l’immigration clan­des­tine ou encore la pol­lu­tion maritime). 

Des­si­nant l’avenir d’une filière indus­trielle natio­nale, le Patrol­ler a été rete­nu par le minis­tère de la Défense pour le pro­gramme de Sys­tème de drones tac­tiques de l’Armée de terre début 2016. 

UN CHOIX DICTÉ PAR DES CRITÈRES PRÉCIS 

Le Patrol­ler repose sur la pla­te­forme de l’avion léger ES15 de la socié­té Stemme- Eca­rys. L’aéronef béné­fi­cie de très bonnes per­for­mances de vol et de la com­pé­tence recon­nue de Stemme dans le domaine des avions de performance. 

Les prin­ci­paux cri­tères de choix ont été : 

• la robus­tesse – c’est une carac­té­ris­tique des aéro­nefs légers des­ti­nés à une uti­li­sa­tion habi­tuelle à par­tir de pistes non revêtues – ; 
• la faci­li­té de mon­tage, de démon­tage et de transport ; 
• la faci­li­té de maintenance ; 
• la cer­ti­fi­ca­tion avion léger EASA CS 23 ; 
• la capa­ci­té d’emport supé­rieure à 250 kg et la faible consom­ma­tion de car­bu­rant pour obte­nir une endu­rance en vol de classe 20 h. 

D’autres cri­tères ont éga­le­ment joué : 

• l’avion est silen­cieux, ce qui per­met d’observer sans être détecté ; 
• il offre une grande capa­ci­té d’emport de cap­teurs sous les ailes et un large volume facile d’accès pour inté­grer les équi­pe­ments de dro­ni­sa­tion dans le fuselage ; 
• son train d’atterrissage rétrac­table per­met de ne pas mas­quer le champ de vue du cap­teur optro­nique inté­gré sous le fuselage ; 
• il béné­fi­cie d’une plage de cen­trage large, per­met­tant une grande flexi­bi­li­té pour l’emport d’une large gamme de capteurs. 

UN PROCESSUS D’INTRONISATION RAPIDE

Grâce à la réuti­li­sa­tion de briques tech­no­lo­giques exis­tantes, la dro­ni­sa­tion s’est dérou­lée rapi­de­ment avec de pre­miers essais de décol­lage et d’atterrissage auto­ma­tique en 2009, juste un an après le début du programme. 

Les essais de mise au point du sys­tème de contrôle du vol se sont pour­sui­vis jusqu’en 2011 avec deux cam­pagnes sur le site d’Istres de DGA Essais en vol. 

La capa­ci­té d’opérer de façon option­nel­le­ment pilo­tée a été main­te­nue. Elle contri­bue à faci­li­ter gran­de­ment les phases de déve­lop­pe­ment et de qualification. 

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