Drone (UAV)

Drone (UAV) 9 minutes

En termes techniques, un drone est un avion sans pilote. Les drones sont plus communément appelés véhicules aériens sans pilote (UAV) ou systèmes d’aviation sans pilote (UAS). Un drone est un robot volant autonome qui est contrôlé à distance ou qui vole de lui-même grâce à des programmes de vol contrôlés par logiciel dans leurs systèmes embarqués, fonctionnant en conjonction avec des capteurs embarqués et le GPS.

Ces derniers temps, les drones étaient le plus souvent associés à un usage militaire, car ils étaient initialement utilisés pour des exercices de tir contre des avions ainsi que pour la collecte de renseignements. Plus tard, ils ont été utilisés de manière plus controversée comme plateformes d’armes. De nos jours, les drones sont employés dans une variété de rôles civils, allant de la recherche et du sauvetage à la surveillance du trafic, en passant par la surveillance et le contrôle des conditions météorologiques, la lutte contre les incendies, la photographie personnelle, la vidéographie, l’agriculture et les services de livraison.

L’historique des drones

Nombreux sont ceux qui font remonter l’origine des drones à l’Italie, en 1849, à l’époque où Venise luttait pour obtenir son autonomie vis-à-vis de l’Autriche. Les soldats autrichiens ont pu attaquer Venise à l’aide de ballons à air chaud remplis d’hydrogène ou d’hélium et équipés d’explosifs.

Les premiers avions radiocommandés sans pilote ont été déployés pendant la Première Guerre mondiale. En 1918, l’armée américaine a mis au point le Kettering Bug expérimental, un avion « bombe volante » sans pilote qui n’a jamais été déployé au combat.

Le premier drone à usage général a été introduit en 1935, l’année où le biplan de Havilland DH82B « Queen Bee », équipé d’une radio opérationnelle et de commandes servo-commandées à l’intérieur du siège arrière, a été redessiné à sa taille réelle. L’avion pouvait être piloté de manière conventionnelle sur les sièges avant, mais il était généralement piloté sans pilote, les artilleurs tirant en formation. Le terme « drone » a été inventé la première fois qu’il a été utilisé, une tentative de jeu sur le mot « Queen Bee ».

La technologie des drones est restée une source de fascination pour les militaires, mais son déploiement était trop risqué et trop coûteux. Après les inquiétudes suscitées par l’abattage d’avions espions, l’armée s’est de nouveau intéressée aux drones. L’utilisation des drones par les militaires s’est rapidement étendue au largage de tracts et aux fonctions d’espionnage.

Les soldats de la Bundeswehr (forces armées allemandes), forces armées allemandes, rendent un drone de reconnaissance KZO après une mission sans faille lors de l’exercice militaire multinational NATO Thunder Storm 2018, qui s’est déroulé le 7 juillet 2018,, près de Pabrade, en Lituanie.

L’utilisation de drones à des fins militaires a été affirmée en 1982 , lorsque l’armée de l’air israélienne a employé des drones pour détruire la flotte syrienne, avec seulement des pertes mineures pour les forces israéliennes. Les drones israéliens étaient utilisés comme des leurres qui bloquaient les communications et assuraient également une surveillance vidéo en temps réel.

Les drones sont restés un élément essentiel pour l’armée, remplissant des fonctions cruciales dans les domaines du renseignement, de la surveillance et de la protection des forces, ainsi que du suivi de l’artillerie, du repérage des cibles et de l’acquisition, de l’évaluation des dommages au combat et de la reconnaissance, ainsi que des armes.

Le contexte des drones à l’ère moderne

Selon le rapport du Wall Street Journal, l’utilisation des drones aux États-Unis est très répandue. Elle a commencé en 2006, au moment où l’Agence américaine des douanes et de la protection des frontières a introduit des drones pour inspecter la frontière américano-mexicaine.

Dans la seconde moitié de 2012, Chris Anderson, rédacteur en chef du magazine Wired, a décidé de prendre sa retraite pour se concentrer sur son entreprise de drones, 3D Robotics, Inc (3DR). L’entreprise, qui était initialement axée sur les drones personnels à des fins de loisir, a élargi son offre à des sociétés de cinéma et de photographie aérienne ; des entreprises de construction, de services publics, de télécommunications, ainsi que des sociétés de sécurité publique, entre autres.

Au dernier trimestre 2013, le PDG d’Amazon, Jeff Bezos, a annoncé son intention d’utiliser des drones commerciaux pour les opérations de livraison. Cependant, en juillet 2016, Flirtey, une startup basée à Reno, a battu Amazon en réussissant à livrer un colis à un résident du Nevada à l’aide d’un drone commercial. Depuis, plusieurs autres entreprises ont également suivi l’exemple. Par exemple, en septembre 2016, la Virginia Polytechnic Institute and State University a commencé un test en utilisant Project Wing, une unité d’Alphabet, Inc., propriétaire de Google, pour livrer des articles, en commençant par des burritos préparés dans un restaurant Chipotle de la région. En décembre 2016, Amazon a livré son premier colis Prime Air à Cambridge, en Angleterre. En mars 2017, l’entreprise a montré les capacités d’une livraison par drone Prime Air en Californie.

Le domaine de l’enseignement des drones est en pleine expansion ; l’Embry-Riddle Aeronautical University, qui a longtemps été un centre de formation pour les professionnels de l’aviation, propose désormais une licence en applications des systèmes sans pilote, ainsi qu’un master en systèmes sans pilote et une mineure en systèmes aériens sans pilote.

Fonctionnement des drones

Bien que les drones soient utilisés à des fins diverses, telles que la photographie, les loisirs ainsi que le commerce et l’armée, leurs missions principales sont le vol et la navigation.

Pour le vol, les drones comprennent une source d’énergie comme une batterie ou des hélices à carburant, des rotors et des cadres. Le cadre du drone est généralement composé de matériaux composites légers afin de réduire le poids et d’améliorer la maniabilité du drone.

Les drones ont besoin d’un contrôleur qui est contrôlé à distance par l’opérateur pour lancer, faire voler et ensuite atterrir le drone. Les contrôleurs communiquent avec les drones par le biais d’ondes radio, comme le Wi-Fi.

Technologie, caractéristiques et composants

Les drones disposent d’un large éventail de composants technologiques. Ceux-ci comprennent :

• Les contrôleurs électroniques de vitesse (ESC), les contrôleurs électroniques de vitesse (ESC) sont des circuits électroniques qui régulent la direction et la vitesse des moteurs.
• Contrôleur de vol
• Module GPS
• Batterie
• Antenne
• Récepteur
• Caméras
• Capteurs, y compris les capteurs à ultrasons et les capteurs de prévention des collisions.
• L’accéléromètre est un dispositif qui mesure la vitesse.
• L’altimètre est un dispositif qui mesure l’altitude.

Toute discussion sur les capacités des drones est liée à l’objectif et à l’utilisation du drone, qui comprend les utilisations photographiques, récréatives, commerciales, militaires et autres. Quelques points saillants des caractéristiques pourraient être :

• Le type de caméra ainsi que la résolution vidéo, les mégapixels et le format de stockage.
• la durée maximale de vol, par exemple, la durée pendant laquelle le drone restera en l’air
• la vitesse maximale, qui comprend les montées et les descentes
• la précision du vol
• la portée sensorielle des obstacles.
• Le maintien de l’altitude est une méthode permettant de maintenir le drone à une altitude exacte.
• Flux vidéo en direct
• Journaux de bord des vols

Les systèmes de navigation, comme le GPS, sont généralement situés dans le nez des drones. Le GPS d’un drone communique sa position précise au contrôleur. S’il est présent, un altimètre embarqué est capable de transmettre des informations sur l’altitude. L’altimètre est également capable de maintenir le drone à une certaine altitude, lorsqu’il est commandé par le contrôleur.

Les drones sont équipés de divers capteurs, notamment des capteurs de distance (ultrasons, laser, lidar), des capteurs de temps de vol, des capteurs chimiques, ainsi que des capteurs d’orientation et de stabilisation. Les capteurs visuels fournissent des images vidéo ou fixes, avec des capteurs RVB qui collectent les longueurs d’onde visibles communes de rouge, bleu, vert et rouge, ainsi que des capteurs multispectraux qui capturent les longueurs d’onde visibles et non visibles, comme l’infrarouge et l’ultraviolet. Les accéléromètres et les gyroscopes ainsi que les magnétomètres, les baromètres et les GPS sont également des caractéristiques typiques des drones.

Par exemple, les capteurs thermiques pourraient être intégrés dans des applications de sécurité ou de surveillance, par exemple pour surveiller le bétail ou détecter des signatures thermiques. Les capteurs hyperspectraux peuvent aider à identifier la végétation et les minéraux et sont idéaux pour des applications dans le domaine de la santé des cultures ainsi que de la qualité de l’eau et de la composition des surfaces.

Certains drones utilisent des capteurs de prévention des collisions et de détection des obstacles. À l’origine, ces capteurs étaient spécifiquement conçus pour détecter les objets qui étaient dans la direction du véhicule. Aujourd’hui, certains drones détectent les obstacles dans les six directions, à savoir l’avant, l’arrière, le haut, le bas et les côtés.

Pour atterrir, les drones utilisent des systèmes de positionnement visuel, qui comprennent des caméras orientées vers le haut et des capteurs à ultrasons. Les capteurs à ultrasons mesurent la distance du drone par rapport au sol.

Les drones sont de différents types

Les drones sont de deux types : les multirotors et les monorotors à base de rotor (tels que les quadcoptères, les tricoptères, les octocoptères, les hexacoptères et autres) et les ailes fixes, qui comprennent les drones hybrides VTOL (à décollage et atterrissage verticaux) qui ne nécessitent pas de piste.

Les drones peuvent être classés en deux catégories : personnels/hobbyistes ou commerciaux/entreprises.

Une variété de drones personnels sont disponibles pour le grand public, fournissant des caméras HD ou des capacités vidéo, ou simplement pour voler autour. Ces drones ne pèsent généralement pas plus d’une livre, mais peuvent peser jusqu’à 10 livres.

Des drones plus puissants sont disponibles dans un cadre commercial. Par exemple, Insitu, une entreprise de Boeing, fournit le ScanEagle, qui a une envergure de 3 mètres et ne pèse que 7 kg. L’entreprise fabrique également l’Integrator, qui pèse 35 kg et a une envergure de 5 mètres. Les drones insitu ne décollent pas des pistes comme le ferait un avion, mais sont plutôt des VTOL au lancement et sont récupérés par les lanceurs SkyHook de la société. Les capteurs disponibles comprennent des imageurs électro-optiques et des dispositifs d’imagerie infrarouge à ondes moyennes, des marqueurs infrarouges et des télémètres laser.

En 2018, Boeing a révélé avoir développé un prototype de véhicule aérien cargo sans pilote (VTOL) pouvant transporter une charge utile de 230 kg.

Les drones attachés peuvent être une autre alternative, mais avec l’inconvénient évident qu’ils sont physiquement connectés à une station de base existante. Certains drones attachés à une station de base peuvent résoudre le problème d’alimentation électrique auquel les drones sont confrontés dans le cas où le câble fournit une alimentation directe. La station d’attache SafeT d’Elistair pour les drones, par exemple, fournit une puissance de 2,5 kilowatts. L’unité est capable de voler jusqu’à 61 mètres avec des vitesses de transfert de données allant jusqu’à 200 Mb/s.

L’industrie des drones commerciaux comprend

• 3D Robotics
• DJI
• Elistair
• Hubsan
• Technologies identifiées
• Insitu
• Mesure
• Parrot
• PrecisionHawk
• Yunees

Drones commerciaux et d’entreprise

L’utilisation des drones en dehors du domaine militaire a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie. Au-delà des applications de livraison et de surveillance, les drones ont été utilisés pour le journalisme ainsi que pour la recherche et le sauvetage en cas de catastrophe ; la protection des biens ; la surveillance de la faune et de la flore, la lutte contre les incendies ; les relais de soins de santé et l’agriculture de communication.

L’intégration des drones à la technologie de l’internet des objets (IoT ) a donné lieu à de nombreuses applications liées aux entreprises. Les drones qui fonctionnent avec des réseaux de capteurs IoT au sol peuvent aider les entreprises agricoles à surveiller les cultures et les terres, les entreprises du secteur de l’énergie à suivre les lignes électriques et autres équipements opérationnels, et les compagnies d’assurance à surveiller leurs propriétés pour les réclamations et les polices.

Une expérience menée en 2015 à Austin, au Texas, a montré que les drones pouvaient « relier les points » grâce à l’IdO. Une entreprise de technologie de sécurité s’est associée à une startup basée sur des drones pour surveiller les balises Zigbee dans le but d’avoir un aperçu des réseaux IoT utilisés dans les zones commerciales et résidentielles de la ville. Les deux entreprises ont affirmé que les résultats étaient rapides et perspicaces.

De l’agriculture à la logistique, en passant par la sécurité, les drones et l’IdO sont souvent dans la même conversation, offrant une interactivité et une connectivité de grande envergure.

Voici d’autres exemples d’applications et de fonctions liées aux drones.

• Les drones peuvent aider les agriculteurs à mesurer et à enregistrer la hauteur des cultures. Ils utilisent la technologie de télédétection appelée Lidar, qui éclaire les cultures à l’aide de lasers et calcule la distance en mesurant la réflexion.
• Les drones dotés de capteurs d’activité biologique sont capables de voler dans des zones à risque pour mesurer la qualité de l’air et rechercher des micro-organismes spécifiques, des éléments en suspension dans l’air ou d’autres micro-organismes.
• En cas d’incendie, les drones sont en mesure d’observer l’étendue des zones touchées et d’évaluer la vitesse de propagation des feux. Les images capturées peuvent fournir des informations sur l’étendue des dégâts dans des zones spécifiques.
• Les drones sont employés par les chaînes de télévision sportives pour enregistrer des images d’événements sportifs, y compris des survols en direct et des séquences enregistrées qui seraient autrement difficiles à obtenir. L’utilisation de drones doit être conforme aux lois et réglementations de la FAA et des sites des ligues sportives, ainsi qu’aux lois et réglementations locales.

Accueil des drones et réglementation des drones

Le développement rapide des drones au cours de la dernière décennie a suscité de nombreuses préoccupations et plaintes en matière de sécurité, de respect de la vie privée et de sûreté. Du point de vue de la vie privée, les paparazzi et les voyeurs ont utilisé des drones pour prendre des photos de personnes à leur domicile ou dans d’autres endroits qui étaient auparavant considérés comme privés. Les drones ont également été utilisés dans des zones considérées comme risquées, telles que les villes et les zones proches des aéroports.

L’augmentation du nombre de drones personnels et commerciaux a également soulevé des problèmes de sécurité, tels que les collisions en vol et la perte de contrôle des drones. Les préoccupations particulières concernant les drones volant assez près des avions commerciaux ont été un catalyseur pour les demandes de réglementation.

Bien que de nombreux pays aient adopté des réglementations sur les drones, certains ne le font pas. À mesure que les drones deviennent plus courants, les lois changent continuellement. Avant d’utiliser un drone à des fins personnelles ou commerciales, il est essentiel de vérifier la réglementation du pays où il est utilisé.

En Chine, par exemple, les drones de plus de 120 m de haut nécessitent une autorisation de l’Administration de l’aviation civile de Chine (CAAC). Les drones qui pèsent plus de 7 kg doivent également obtenir un permis, et les zones interdites de vol doivent être respectées.

Au Royaume-Uni, la Civil Aviation Authority (CAA) interdit aux drones de voler à plus de 150 mètres. En outre, tout drone pesant plus d’une demi-livre doit être enregistré auprès de la CAA. La CAA a également publié son « Dronecode ».

• Évitez de voler près des aéroports et des aérodromes
• Veillez à rester à moins de 120 m et au minimum à 50 m des bâtiments et des personnes.
• Gardez votre drone en vue à tout moment
• Ne volez pas trop près d’un avion
• Profitez-en de manière responsable

Jusqu’en 2006, l’utilisation commerciale des drones était interdite conformément à la réglementation de la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis. La réglementation de la FAA stipulait que les vols commerciaux de moins de 120 n’étaient autorisés que dans le cas où les opérateurs respectaient la circulaire consultative 91-57 Model Aircraft Operating Standards, publiée en 1981.

En 2005, la FAA a publié ses premières directives sur les drones. Elle a ensuite accordé sa première licence commerciale pour les drones en 2006. Une directive sur l’exploitation des drones a été publiée en 2007. C’est ensuite que la FAA Modernization and Reform Act de 2012 a été adoptée avec la section 333, en vertu de laquelle le secrétaire américain aux transports pourrait autoriser l’utilisation commerciale des drones au cas par cas.

En 2014, seules deux entreprises opérant aux États-Unis étaient autorisées à exploiter des drones commerciaux. En 2015, une politique intérimaire de la FAA sur l’utilisation de drones de petite taille à des fins commerciales de moins de 60 mètres a été publiée et en 2016, la FAA a déclaré avoir approuvé plus de 1 000 demandes de drones à des fins commerciales et a continué à approuver de 50 demandes chaque semaine. L’année suivante après, la FAA a augmenté ses restrictions et, conformément à la section 107 du règlement sur les petits aéronefs sans pilote, a délivré 3 100 permis de drone au cours de l’année 2016 à elle seule.

La partie 107 impose des restrictions à l’utilisation de drones semi-autonomes ou autonomes. En outre, la FAA donne des directives spécifiques :

• Les aéronefs sans pilote doivent se trouver dans le champ de vision du télépilote responsable et de la personne qui actionne les commandes du petit UAS ou, à défaut, dans la VLOS de l’observateur qui est visuellement attentif ;
• Les drones doivent à tout moment rester suffisamment proches du télépilote responsable et de la personne qui actionne les commandes du vol pour qu’ils puissent voir le drone sans l’aide d’un autre dispositif que le verre correcteur ;
• Les drones ne sont pas autorisés à opérer au-dessus d’une personne qui n’est pas directement impliquée dans l’opération dans une structure fermée, ou dans un véhicule couvert par une couverture
• uniquement pendant la journée ou le crépuscule civil (30 minutes avant le lever officiel du soleil jusqu’à 30 minutes après le coucher du soleil, heure locale) avec un éclairage approprié pour éviter les collisions ;
• Doivent se rendre à des aéronefs d’autres types.

Le 5 octobre le 5 octobre 2018 le 5 octobre 2018, la loi de 2018 sur la réautorisation de la FAA a été approuvée par le Sénat avec de nouvelles réglementations pour les drones utilisés à des fins récréatives. Les règles de la FAA diffèrent selon que les drones étaient destinés à un usage commercial ou personnel. Par exemple, la certification de pilote à distance délivrée par la FAA est nécessaire pour piloter des drones à usage commercial Les drones commerciaux doivent être enregistrés et fonctionner à une vitesse inférieure à 160 mph.

Les lois relatives à l’utilisation des drones diffèrent d’un État à l’autre. Par exemple, les lois de l’Alaska limitent l’utilisation des drones à des fins d’application de la loi, et incluent la manière dont ils peuvent capturer des vidéos et des images par des drones. En Arizona, les villes ayant plusieurs parcs doivent autoriser l’utilisation de drones dans au moins un parc. La loi du Minnesota oblige les opérateurs de drones opérant à des fins commerciales à acheter une licence d’exploitation pour les opérations commerciales et à souscrire une assurance pour les drones.

Perspectives d’avenir

Les perspectives du marché des drones sont optimistes et agressives.

En 2016, un rapport de Business Insider BI Intelligence prévoyait que le chiffre d’affaires des drones serait de 12 milliards de dollars en 2021. Cela s’accompagne d’une croissance des drones d’entreprise qui devrait dépasser celle du marché des drones pour les consommateurs en termes de revenus et de livraisons d’ici 2021, avec un total de 29 millions de livraisons par drone à travers le monde.

Goldman Sachs prévoit un marché des drones de 100 milliards de dollars entre 2016 et 2020, les militaires représentant la majorité de ce marché avec 70 milliards de dollars de dépenses. Les drones grand public représenteront 17 milliards de dollars de ce marché, tandis que l’utilisation civile et commerciale publique en représentera 13 milliards. En outre, l’industrie de la construction devrait investir 11,164 millions de dollars pour des applications telles que l’inspection de l’arpentage, la surveillance et l’inspection des bâtiments et l’agriculture dépensera 5,922 millions de dollars pour des applications telles que l’analyse des sols, la surveillance de la santé et l’estimation du rendement. D’autres industries importantes comprennent le raffinage et le pétrole en mer, la police américaine, les garde-côtes, la protection des frontières contre les incendies, l’immobilier, le journalisme et les services publics.