La sécurisation des vols, enjeu majeur pour la filière

Ici sont énon­cés les déve­lop­pe­ments tech­niques néces­saires pour garan­tir la sécu­ri­té dans un contexte de den­si­fi­ca­tion des vols dans l’es­pace aérien glo­bal ouvert. Fia­bi­li­ser le maté­riel, assu­rer des liai­sons sûres, créer des sys­tèmes intel­li­gents, mais aus­si tenir compte des fac­teurs humains ou se pro­te­ger des intrusions. 

À la croi­sée des uni­vers aéro­nau­tique et logi­ciel, les drones attirent autant pour leurs capa­ci­tés appli­ca­tives mul­tiples que pour leur facul­té à faire rêver. 

“ L’ONERA et la Nasa développent un logiciel commun ”

La minia­tu­ri­sa­tion des capa­ci­tés de cal­culs et la sophis­ti­ca­tion des algo­rithmes de pilo­tage et de déci­sion, ser­vies par une ima­gi­na­tion sans limites, ont de fait per­mis la mul­ti­pli­ca­tion des poten­tia­li­tés de ces machines, se dépla­çant dans le ciel sans pilote à bord. 

Les mis­sions qu’ils rem­plissent sont ain­si de plus en plus nom­breuses, qu’il s’agisse d’agriculture, de ciné­ma, de tra­vaux publics, de sur­veillance, d’exploration.

Rendre ces objets sûrs implique de cou­vrir de nom­breux sujets. 

DES SYSTÈMES EMBARQUÉS À FIABILISER

Nou­velle géné­ra­tion de cap­teurs infra­rouges inté­grés. © ONERA / SOFRADIR

Le pre­mier sujet concerne la sécu­ri­sa­tion du sys­tème embar­qué : si des pro­grès sont effec­tués constam­ment dans ce domaine, la récente incur­sion d’un drone belge sur le ter­ri­toire fran­çais (le 29 février 2016, le vol s’est ter­mi­né par un crash dans l’Aisne), ou les pannes sur­ve­nant à bord des drones opé­rés démontrent que tout n’est pas réso­lu dans ce domaine. 

Ain­si, des équipes de l’ONERA tra­vaillent dans le pro­jet FORC3ES (FOR­mal engi­nee­ring for Cri­ti­cal Control-Com­mand Embed­ded Sys­tems) à faire le lien entre la théo­rie de l’automatique et sa mise en œuvre concrète dans les logi­ciels embar­qués des drones. 

L’objectif est d’apporter une démarche plus com­plète depuis la concep­tion jusqu’à l’implémentation, et ain­si de démon­trer des pro­prié­tés fines sur le code embarqué. 

Signe de l’importance stra­té­gique du sujet, ce tra­vail don­ne­ra lieu à un déve­lop­pe­ment de logi­ciel com­mun avec la Nasa. 

DES LIAISONS SÛRES ET ADAPTÉES AUX DISTANCES

Les liai­sons de com­mu­ni­ca­tions relèvent aus­si d’un besoin vital : il faut en amé­lio­rer les per­for­mances pour garan­tir un lien sûr entre la machine et son ou ses opé­ra­teurs, quelles que soient les condi­tions météo­ro­lo­giques ou encore les acci­dents de terrain. 

Si aujourd’hui l’on peut dire que l’opération de drones à courte dis­tance et sans obs­tacle ne pose pas de pro­blèmes dans ce domaine, la pré­sence de bâti­ments, de relief, ou le contexte d’une opé­ra­tion à grande dis­tance font appa­raître les limites des tech­no­lo­gies actuelles : il s’agit même d’un des enjeux majeurs pour déve­lop­per la sur­veillance des grands réseaux linéaires (lignes à haute ten­sion, voies fer­rées, etc.). 

Lidar Rie­gl capable de recons­truire l’environnement tri­di­men­sion­nel du drone. © ONERA

DES CAPTEURS PERFORMANTS

Autre sujet fon­da­men­tal, celui des cap­teurs per­met­tant la mesure de l’environnement du drone pour sa mis­sion, mais aus­si la détec­tion d’obstacles, fixes ou mobiles, sur sa route : accroître la per­for­mance de ces cap­teurs, tout en rédui­sant leur prix et en main­te­nant leur encom­bre­ment et leur consom­ma­tion dans des limites rai­son­nables par rap­port à la gamme de drones consi­dé­rée est éga­le­ment un enjeu essentiel. 

Cer­taines appli­ca­tions comme la sur­veillance d’infrastructures réclament de fait des pré­ci­sions dif­fi­ciles à atteindre, avec une com­pa­ci­té impo­sée par la dimen­sion des machines. 

DES SYSTÈMES INTELLIGENTS AU SERVICE DE LA CHAÎNE DE COMMANDE

L’information extraite des sor­ties de ces cap­teurs est essen­tielle, mais réclame d’être trai­tée et uti­li­sée dans une chaîne de com­mande et de déci­sion, dont la per­for­mance et la fia­bi­li­té sont cru­ciales pour garan­tir un com­por­te­ment sain et sûr du drone. 

La com­mande dite « réfé­ren­cée cap­teurs », par laquelle le lien entre la mesure de l’environnement et le mou­ve­ment com­man­dé au drone est réa­li­sé de manière par­ti­cu­liè­re­ment fine, a sus­ci­té un inté­rêt croissant. 

Les tra­vaux rela­tifs à l’amélioration de l’automatisation et à l’intelligence arti­fi­cielle embar­quée sont aus­si capi­taux. Un chal­lenge euro­péen, Euroc, s’intéresse ain­si à cette ques­tion dans le domaine plus glo­bal de la robotique. 

Une équipe ras­sem­blant les com­pé­tences de l’ISIR (Ins­ti­tut des sys­tèmes intel­li­gents et robo­tique) et de l’ONERA tra­vaille sur cette thé­ma­tique pour les drones dans un contexte très pré­cis défi­ni par RTE – ins­pec­tion de dom­mages dans un trans­for­ma­teur élec­trique, en met­tant en œuvre un vaste éven­tail de com­pé­tences et de déve­lop­pe­ments tech­no­lo­giques autour de ces besoins. 

DES FACTEURS HUMAINS À INTÉGRER

La prise en compte des capa­ci­tés des opé­ra­teurs humains lors de la concep­tion de sys­tèmes de drones est aus­si un enjeu majeur. 

“ Un même opérateur ne peut superviser un nombre trop important de drones ”

Il repose sur une com­pré­hen­sion fine des phé­no­mènes cog­ni­tifs à l’origine, par exemple, de la perte du sen­ti­ment de contrôle du sys­tème due aux capa­ci­tés d’autonomie de la machine et de sa super­vi­sion à distance. 

Dans le domaine mili­taire, on peut citer le phé­no­mène bien connu de dis­tan­cia­tion par rap­port au contexte opé­ra­tion­nel lorsque le télé­pi­lote contrôle sa machine depuis des mil­liers de kilo­mètres du théâtre d’opérations et rentre chez lui chaque soir. 

Des études ont éga­le­ment mon­tré que, dans l’état actuel des choses, un même opé­ra­teur ne peut super­vi­ser les mis­sions d’un nombre trop impor­tant de drones – envi­ron 5–6 par exemple pour des drones mili­taires de taille conséquente. 

DÉFINIR LA PLACE DES DRONES DANS L’ESPACE AÉRIEN

La ques­tion de l’insertion des drones dans un espace aérien déjà for­te­ment encom­bré est un sujet majeur qui réclame le déve­lop­pe­ment de concepts opé­ra­tion­nels sus­cep­tibles d’assurer le mieux pos­sible la sécu­ri­té des aéro­nefs, et d’outils per­met­tant leur éva­lua­tion rigou­reuse et quantitative. 

Cela per­met­tra par exemple de trai­ter les demandes crois­santes de trans­ports de colis par drones, venues de dif­fé­rents acteurs (Google, Ama­zon, etc.), en allouant les dif­fé­rentes tranches de hau­teur sol à dif­fé­rents véhi­cules aériens, selon le concept UTM (pour Unman­ned Air­craft Sys­tems Traf­fic Mana­ge­ment) pen­sé par la Nasa. 

GÉRER DES FLOTTES D’APPAREILS AGISSANT DE CONCERT

Cer­taines appli­ca­tions réclament même la mise en œuvre d’équipes de drones coopé­rant pour accom­plir un objec­tif complexe. 

“ Permettre à des engins de se reconfigurer face à des aléas ”

Ce fut ain­si le cas pour le pro­gramme d’études amont Action, finan­cé par la Délé­ga­tion géné­rale de l’armement à l’ONERA et au LAAS (Labo­ra­toire d’analyse et d’architecture des systèmes). 

Ce pro­jet a vu, fin 2015, le déploie­ment d’une flotte d’une dizaine de robots aériens et ter­restres pour explo­rer une zone urbaine incon­nue, tout en réagis­sant à la perte de cer­taines des machines. 

Les élé­ments cités pré­cé­dem­ment nour­rissent aus­si la réflexion pour per­mettre à ces engins de se recon­fi­gu­rer face à des aléas (perte des liai­sons de com­mu­ni­ca­tions, pannes sur le drone, tur­bu­lence, etc.) : ce sont toutes ces pro­blé­ma­tiques que l’ONERA étu­die dans le cadre du pro­jet DROPTER (Drone à rési­lience opti­mi­sée pour trai­ter les évé­ne­ments redoutés). 

SE PROTÉGER DES DRONES MALVEILLANTS

Un autre contexte rela­tif à la sécu­ri­sa­tion des drones concerne la lutte contre les drones mal­veillants, ou péné­trant dans une zone interdite. 

“ L’ONERA est au cœur de l’écosystème drone ”

Sur ce plan éga­le­ment, de nom­breux pro­grès ont été accom­plis, en par­ti­cu­lier depuis que le SGDSN (Secré­ta­riat géné­ral de la défense et de la sécu­ri­té natio­nale) s’est empa­ré de la ques­tion début 2015, en deman­dant à l’ANR (Agence natio­nale de la recherche) de faire un appel à pro­jets spé­ci­fique sur cette thématique. 

Par­mi les pro­jets sélec­tion­nés, le consor­tium ANGELAS (ANa­lyse Glo­bale et Éva­lua­tion des tech­no­lo­gies et méthodes pour la Lutte Anti- UAS), pilo­té par l’ONERA, exper­tise des tech­no­lo­gies de natures com­plé­men­taires et de matu­ri­tés dif­fé­rentes (optro­nique, radar, acous­tique, etc.). 

L’objectif visé est de déve­lop­per et éva­luer ces tech­no­lo­gies, mais aus­si de les com­bi­ner de façon fine et per­ti­nente par rap­port à un scé­na­rio don­né (pro­tec­tion d’un stade, d’une cen­trale nucléaire, etc.). 

DÉVELOPPER LA COOPÉRATION ENTRE ACTEURS DE LA FILIÈRE

Recons­truc­tion tri­di­men­sion­nelle à par­tir d’un lidar embar­qué sur drone (ONERA). © ONERA

L’univers des drones se déve­loppe à une vitesse impres­sion­nante, avec un inté­rêt appli­ca­tif évident dans des domaines très variés. Paral­lè­le­ment, de nom­breux déve­lop­pe­ments per­mettent l’accroissement de la sécu­ri­té asso­ciée à ces utilisations. 

Ces déve­lop­pe­ments per­mettent en retour des appli­ca­tions tou­jours plus nom­breuses et per­ti­nentes. L’ONERA, de par sa mul­ti­dis­ci­pli­na­ri­té et sa mis­sion d’innovation vers l’industrie, est au cœur de ces pro­blé­ma­tiques et de l’écosystème drone. 

Ain­si, il tra­vaille de manière très étroite avec l’ensemble de ces acteurs, dro­nistes, labo­ra­toires, indus­triels fabri­cants, grands utilisateurs. 

Par­mi ces der­niers, on peut citer le par­te­na­riat de recherche signé avec la SNCF pour per­mettre le déve­lop­pe­ment de tech­no­lo­gies drones utiles au monde ferroviaire. 

S’APPUYER SUR LE DYNAMISME DU SECTEUR

Tous les déve­lop­pe­ments dédiés à la sécu­ri­sa­tion du vol des drones per­met­tront de main­te­nir, avec un juste équi­libre entre la vita­li­té des nom­breuses PME récem­ment créées sur ce cré­neau et la néces­si­té de conso­li­der les nou­velles capa­ci­tés par une sécu­ri­sa­tion crois­sante, la place de la France dans ce monde où elle est loin d’être absente, voire plu­tôt en avance. 

Des décla­ra­tions récentes ont même indi­qué au grand public que la « France des drones civils » – ins­ti­tu­tion­nels, indus­triels fabri­cants et opé­ra­teurs de drones, indus­triels « clients » des drones, regrou­pés au sein du Conseil pour les drones civils – s’est struc­tu­rée pour répondre au défi majeur que consti­tue le déve­lop­pe­ment d’une capa­ci­té accrue pour des drones répon­dant davan­tage aux besoins de ces don­neurs d’ordre.

Rele­ver tous les enjeux tech­no­lo­giques et scien­ti­fiques qui s’offrent sera la clé de la conso­li­da­tion d’une filière au dyna­misme remarquable. 

Simu­la­tion de concepts opé­ra­tion­nels d’insertion dans l’espace aérien (ONERA). © ONERA

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