25 Octobre 2017

DRONES, LES NOUVEAUX EXPLORATEURS

Les drones, ces aéronefs sans pilote qui photographient nos paysages ou se livrent à des courses trépidantes, sont capables de remplir bien d’autres missions : au-dessus de notre sol et, dans le futur, au-dessus de celui de lointaines planètes
dronemartiennasa.jpg

© NASA

Des drones au service de la Terre

Qu’ils prennent la forme de quadricoptères, d’avions ou d’ailes volantes, les drones sont souvent associés aux technologies spatiales. Une alliance qui permet de mieux connaître et protéger notre planète.

Drone et satellite : duo gagnant

« Les satellites et les drones sont des outils complémentaires », explique Hubert Diez, Responsable des Relations avec l’Enseignement Supérieur et spécialiste des drones au CNES, « ils disposent chacun de leurs atouts ». Par exemple, les satellites couvrent de larges bandes de territoires depuis l’espace et les drones peuvent être déployés rapidement à quelques mètres au-dessus du site à étudier. Ainsi, le satellite franco-américain SWOT mesurera, à partir de 2021, les variations des hauteurs d’eau des rivières et des lacs à près de 900 km d’altitude et des drones, comme ceux du CLS, effectueront ensuite des relevés plus précis (Voir VIDEO). Des associations de ce type peuvent aussi repérer des pollutions en mer puis identifier les navires responsables. Lors d’une catastrophe naturelle, comme le passage de l’ouragan Irma sur les Antilles en septembre 2017, les satellites peuvent localiser des zones sinistrées tandis que les drones évaluent précisément les dégâts sur place, dans les zones dangereuses ou inaccessibles.

Crédits : CNES.

Compléments du satellite SWOT qui offrira une vision globale d’un fleuve, des drones collecteront des données au milieu du cours d’eau.

Technologies spatiales

Dans le monde professionnel, les drones s’appuient souvent sur des technologies spatiales. C’est notamment le cas des appareils utilisant les systèmes de positionnement par satellites (GPS, Glonass et, prochainement, Galileo). Grâce à cela, les drones sont capables de se géolocaliser de manière autonome et ainsi, de se situer et se diriger de façon à effectuer des vols automatiques d’une grande précision.
À l’Ecole nationale de l’aviation civile (ENAC), des chercheurs travaillent à la mise au point d’un capteur embarqué sur drone permettant de calculer l’humidité d’un terrain. Ceci grâce à la réflexion sur le sol des ondes émises par ces satellites de géolocalisation. C’est ce que l’on appelle la réflectométrie GNSS. 
Les drones s’équipent également des instruments embarqués par les satellites, comme les caméras thermiques, multi-spectrales et les radars.

Des missions de haute voltige

Aujourd’hui, grâce à ces technologies, les drones sont capables de relever des mesures sur un immeuble, de modéliser des bâtiments en 3D, de cartographier des sites, d’identifier des maladies sur des plantations... À l’avenir, ils seront capables de réaliser d’autres missions. Les capteurs d’humidité mis au point par l’ENAC par exemple, généreront des cartes d’humidité du sol qu’exploiteront les agriculteurs pour limiter l’arrosage.
Les drones militaires, utilisés depuis bien plus longtemps pour repérer et détruire des cibles, surveiller des zones géographiques, suivre des véhicules, accéder à des terrains difficiles sont aussi des supports de tests pour des instruments toujours plus précis et de nouvelles applications.

Grâce aux satellites, un drone peut être piloté et faire parvenir les images qu’il a collectées depuis n’importe où, même en l’absence de réseau 4G.

Livrer du sang grâce à un drone permettrait d’éviter les pertes de temps liées aux embouteillages.

Drones : les nouveaux explorateurs spatiaux

Les drones vont jouer un rôle de plus en plus important dans les missions spatiales. Que ce soit pour assister les astronautes dans leur quotidien ou pour explorer des planètes et des astéroïdes.

Un assistant d’astronautes

Les drones ont déjà investi l’espace. En juin 2017, la Jaxa, l’agence spatiale japonaise, a envoyé Int-Ball dans la Station spatiale internationale. Ce drone est une boule de 15 cm de diamètre pesant 1 kg. Il se déplace au moyen de 12 petits ventilateurs intégrés à sa coque. Malgré ses deux gros yeux lumineux qui le rendent si mignon, Int-Ball n’est pas un robot de compagnie. Equipé d’une caméra haute définition, c’est un drone piloté depuis le centre spatial Tsukuba au Japon. Sa mission : faire des photographies et des vidéos à but scientifique ou pour montrer au grand public les activités des astronautes.
Il décharge ainsi de cette tâche les astronautes qui passent habituellement près de 10 % de leur précieux temps à réaliser ces images. Int-Ball, dont le nom complet est JEM Internet Ball Camera, a inauguré l’ère des drones-assistants.

À l’assaut des planètes lointaines

Certaines missions sur Mars ou sur Titan, une lune de Saturne, pourraient être confiées à des drones. Affranchis des contraintes au sol, ces aéronefs disposeraient d’un plus vaste champ d’action que les rovers (en 5 ans, Curiosity a parcouru… 17 km). La NASA, l’ESA et le CNES y travaillent.
Ces appareils pourraient explorer une planète pour la cartographier, étudier – voire prélever –  des échantillons de sol, transporter du matériel et peut-être aussi des êtres humains d’une base à une autre.
Ils devront être adaptés aux caractéristiques des planètes. « Sur Mars, les drones possèderont des hélices qui ressemblent plus à celles de bateaux qu’à celles d’avions », précise Hubert Diez, « les caractéristiques de l’atmosphère martienne nécessitent d’augmenter leur vitesse de rotation, leur largeur et leur inclinaison ». La NASA réfléchit à des systèmes de propulsion similaires ainsi que sur des systèmes à gaz pour les astres dénués d’atmosphère.

Des vols en formation

Plutôt qu’un drone, ce seront sans doute des flottilles de drones qui survoleront les planètes. Cette multiplicité d’appareils garantirait la poursuite de la mission au cas où un aéronef tomberait en panne. Hubert Diez avance un autre argument : « le vol en formation permettrait de réaliser des études multi-capteurs. Un même objet pourrait être analysé selon différents angles simultanément ».
Ces opérations sont habituellement dévolues à des appareils beaucoup plus grands et plus complexes qu’ils seraient difficiles d’envoyer si loin.
Ces flottilles de drones travailleraient en équipe avec des rovers ou des atterrisseurs, sur lesquels ils rechargeraient leurs batteries/réservoirs. Ces engins au sol récupèreraient également les données des drones, soit pour les traiter et les transmettre à Terre, soit pour les utiliser, pour se diriger ou sélectionner une zone à étudier par exemple.


Etudiants et experts planchent sur le pilotage automatique de formations de drones (en anglais).

Int-Ball assiste les astronautes dans la Station Spatiale Internationale. © JAXA/NASA

En mai 2017, l’ESA a testé un drone dans des grottes siciliennes afin d’évaluer ses protections et ses capacités à explorer les tunnels de lave martiens. © ESA, Natalino Russo

Drones cobayes

Parce qu’ils sont légers, peu coûteux, et rapidement opérationnels, les drones sont des outils de choix pour tester des équipements, des technologies ou trouver des idées innovantes pour l’exploration et l’industrie spatiale. En France, le CNES mobilise les étudiants.

Lanceurs d’idées

Des drones capables de se déplacer sur Mars et de cartographier son sol travaillant en duo avec des rovers… En France, ce sont des étudiants qui planchent sur ces projets. Une vingtaine d’élèves de Polytechnique, Estaca, IPSA, du Lycée St Orens et des Mines d’Albi  poursuivent en 2017-2018 la mise au point d’un prototype de drone martien initié en 2012 dans le cadre d’un projet intitulé « Rolling and flying on Mars ». Sous la houlette du CNES et avec l’aide d’une dizaine de partenaires industriels, ils construisent Mosquito 3, le modèle de drone martien 3e génération. Solution de propulsion, de navigation, modélisation des pales du double rotor, pilotage, stabilité en vol, tests… sont imaginés et réalisés par les étudiants. « L’idée, c’est à la fois de sensibiliser les étudiants à l’ingénierie et à l’espace et de s’appuyer sur des jeunes qui vont apporter des solutions originales », explique Hubert Diez, responsable thématique des projets étudiants et des relations avec l’enseignement supérieur.

Plateforme d’essai

Alors que le milliardaire américain Paul Allen conçoit Stratolaunch, un avion géant capable de lancer des fusées, le CNES, l’ONERA et Aviation Design et des étudiants d’écoles supérieures et d’universités françaises ont construit EOLE. Ce drone sert de plateforme de test pour étudier la phase de séparation entre une fusée et un porteur autonome.
Le but final est de remplacer le 1er étage d’un lanceur par une sorte de gros avion automatique capable de revenir sur Terre après avoir largué une fusée transportant des charges légères, telles que des microsatellites.
« Il n’existe pas pour l’instant de projet officiel français ni européen pour le véhicule final, précise Jean Oswald, responsable au CNES du projet étudiant PERSEUS, dans lequel est mené le projet EOLE. Le travail des étudiants consiste en de la prospective amont, à l’heure où l’on réfléchit à des solutions légères et réutilisables. » En 2018, EOLE entre néanmoins dans sa phase finale. Prochaine étape, un lancement à Kourou pour un largage à 4 kilomètres d’altitude.

Tests en tous genre

Le démonstrateur EOLE qui sert aujourd’hui à tester le système de séparation entre une fusée et son porteur peut tout aussi bien embarquer d’autres systèmes à étudier, par exemple des moyens optiques, (caméras, télescope, lidar…).
L’ESA, l’agence spatiale européenne fait aussi appel aux drones de loisir. Elle a conçu une application qui permet aux propriétaires de drones de type Parrot de participer à la recherche spatiale en jouant avec leur drone. L’application AstroDrone pour i-Phone propose de simuler un amarrage à la Station Spatiale Internationale (l’ISS) ou encore l’atterrissage de la sonde Rosetta sur la comète Churyumov-Gerasimenko-. Les données de navigation (trajectoires et vitesse) des joueurs sont ensuite analysées par un robot  et utilisées pour améliorer les performances de navigation d’engins spatiaux automatisés.

doss_drone_astrodrone.jpg

En jouant à atterrir sur une comète avec votre drone, vous aidez l’ESA à améliorer les performances des engins spatiaux.

Mosquito, est un octocoptère (8 moteurs) conçu par des étudiants pour voler sur Mars. 

EOLE est à l’échelle ¼. Dans sa forme aboutie, à l’échelle 1, il serait plutôt de la taille d’un Airbus A320 (37 mètres). © CNES

Enregistrer

Enregistrer

EnregistrEnregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer

Enregistrer