Drone avec positionnement laser embarqué. ( DONECLE)

Des inspections guidées par laser

Dossier : Les dronesMagazine N°718 Octobre 2016
Par Matthieu CLAYBROUGH (09)

L’in­spec­tion d’ou­vrages d’ac­cès dif­fi­cile est couram­ment effec­tué par drones, mais le posi­tion­nement n’est pas tou­jours par­fait. Donecle a breveté un sys­tème de repérage par laser qui aug­mente la pré­ci­sion et per­met une nav­i­ga­tion autonome. La pre­mière appli­ca­tion : l’in­spec­tion d’un avion frap­pé par la foudre. 

Avec le développe­ment récent des drones civils, de nom­breuses indus­tries y ont vu le moyen idéal d’inspecter rapi­de­ment des zones dif­fi­ciles d’accès sur des struc­tures de taille imposante. 

Les solu­tions étudiées ou mis­es en œuvre pren­nent typ­ique­ment la forme d’un drone mul­ti­ro­tor télépi­loté équipé d’une charge utile (appareil pho­to, caméra ther­mique ou autre) qui sert d’œil « déporté » aux inspecteurs qui n’ont pas à se déplac­er physique­ment pour l’inspection.

“ Un drone multirotor qui sert d’œil déporté ”

Cette solu­tion manuelle, bien qu’actuellement priv­ilégiée, présente trois incon­vénients majeurs : 

  • la néces­sité de for­mer des télépi­lotes en nom­bre important ; 
  • la dif­fi­culté de pilot­er un drone dans des envi­ron­nements indus­triels com­plex­es avec un risque de collision ; 
  • et la dif­fi­culté de traiter les don­nées acquis­es dont le posi­tion­nement est impré­cis et la répéta­bil­ité mauvaise. 

REPÈRES

La majorité des structures, objets industriels et ouvrages d’art nécessitent des inspections visuelles régulières afin de s’assurer de leur bonne santé. Afin de pouvoir juger au mieux de l’état des structures, il est nécessaire d’évoluer au plus près de celles-ci, et donc d’employer des moyens d’accès conséquents (échafaudages, lignes de vie, chariots élévateurs, etc.).
Ces inspections sont à la fois dangereuses, coûteuses et génératrices d’importantes pertes de revenus liées à l’indisponibilité.

DES TECHNOLOGIES POUR ASSURER L’AUTONOMIE DES DRONES

De nom­breux indus­triels souhait­ent automa­tis­er inté­grale­ment le proces­sus d’inspection, en util­isant des drones automa­tiques acquérant des don­nées de manière autonome. 

Cela requiert un sys­tème de posi­tion­nement per­for­mant, suff­isam­ment pré­cis pour posi­tion­ner les défauts détec­tés, indépen­dant de toute infra­struc­ture externe pour être por­tatif et fonc­tion­nel quel que soit l’environnement, intérieur ou extérieur. 

Les solu­tions actuelles com­bi­nent au mieux deux de ces éléments. 

LES LIMITES DU GPS


Donecle a dévelop­pé une tech­nolo­gie brevetée de posi­tion­nement laser embar­qué. © DONECLE

Le posi­tion­nement des drones en extérieur a large­ment béné­fi­cié des avancées du GPS. La majorité des drones du marché exploitent un sig­nal GPS en hybri­da­tion avec un sys­tème iner­tiel embarqué. 

En extérieur, la pré­ci­sion du GPS n’est générale­ment pas suff­isante pour être util­isée sur des inspec­tions de struc­tures indus­trielles, et les tech­nolo­gies de GPS dif­féren­tiel deman­dent une instal­la­tion et une cal­i­bra­tion complexes. 

En envi­ron­nement fer­mé, l’atténuation impor­tante des sig­naux satel­li­taires engen­dre des erreurs de posi­tion­nement impor­tantes, voire com­pro­met toute pos­si­bil­ité de local­i­sa­tion, ren­dant le GPS caduc. 

Enfin, un sig­nal GPS peut aisé­ment être brouil­lé ou fal­si­fié, avec des con­séquences directes sur la sécu­rité des opérations. 

LOCALISATION PAR CAMÉRAS ET MIRES

Un drone doté de mires ou mar­queurs peut être local­isé via un réseau de caméras instal­lées autour de la struc­ture à inspecter. Cette tech­nolo­gie a l’avantage d’une pré­ci­sion cor­recte mais est peu flex­i­ble et très coûteuse. 

Chaque envi­ron­nement requiert une instal­la­tion ad hoc, et plus la struc­ture est grande, plus le nom­bre de caméras doit être important. 

DES BALISES EN RÉSEAU

D’autres solu­tions à base de balis­es, util­isant des tech­nolo­gies ultra-wide band (UWB), WLAN dif­féren­tiel ou GPS d’intérieur (LPS, local posi­tion­ing sys­tem), per­me­t­tent de s’adapter aux spé­ci­ficités de l’environnement et d’offrir une cou­ver­ture dans des endroits clos ou ne béné­fi­ciant pas d’une bonne cou­ver­ture GPS (sous des tabliers de ponts par exemple). 

Ces sys­tèmes présen­tent qua­tre inconvénients : 

  • réso­lu­tion spa­tiale insuff­isante pour des appli­ca­tions requérant un niveau de pré­ci­sion élevé ; 
  • instal­la­tion des balis­es longue et coûteuse ; 
  • néces­sité d’effectuer une nou­velle cal­i­bra­tion à chaque inspec­tion pour des objets mobiles (avion, train, etc.) ; 
  • esti­ma­tion impos­si­ble de l’angle de lacet du drone (en extérieur, c’est le champ mag­né­tique ter­restre qui est utilisé). 

LE LASER, SOLUTION D’AVENIR

Inpection d'un avion sous un hangar
Le posi­tion­nement laser per­met de repér­er avec une grande pré­ci­sion les éventuels défauts détec­tés. JETSTAR A320-200 © CREATIVE COMMONS

Afin de répon­dre à ce manque, Donecle a dévelop­pé une tech­nolo­gie brevetée de posi­tion­nement laser embar­qué, per­me­t­tant au drone de se posi­tion­ner pré­cisé­ment sans recourir à un sys­tème externe (satel­li­taire, balis­es ou autre). 

Plus pré­cisé­ment, chaque drone embar­que plusieurs cap­teurs laser à bal­ayage per­me­t­tant d’obtenir un nuage de points tridi­men­sion­nels de son envi­ron­nement. Ces infor­ma­tions sont alors exploitées pour estimer la posi­tion du drone rel­a­tive à l’objet qu’il doit inspecter. 

Le recours à la télémétrie laser autorise un haut niveau de pré­ci­sion (de l’ordre du cen­timètre) et per­met de s’adapter à des envi­ron­nements complexes. 

Ce sys­tème peut ain­si être util­isé de manière indif­férente en extérieur ou en intérieur, per­me­t­tant d’évoluer dans des hangars et dans des endroits con­finés, où la récep­tion de sig­naux GPS et l’installation de sys­tèmes de balis­es seraient impossibles. 

Cette tech­nolo­gie per­met une automa­ti­sa­tion com­plète du vol de drone, la détec­tion et l’évitement automa­tique d’obstacles, ain­si que la fac­ulté d’opérer simul­tané­ment plusieurs drones avec une unique sta­tion sol. 

Enfin, elle per­met égale­ment de géoréférencer l’ensemble des don­nées cap­turées et ain­si de posi­tion­ner pré­cisé­ment les défauts détectés. 

DES MILLIONS D’EUROS ÉCONOMISÉS SUR L’INSPECTION DES AVIONS

La pre­mière appli­ca­tion d’un tel sys­tème se trou­ve dans le secteur aéro­nau­tique où l’immobilisation d’un avion représente un coût très impor­tant pour son exploitant, env­i­ron 10 000 dol­lars par heure d’immobilisation non planifiée. 

“ Le recours à la télémétrie laser autorise un haut niveau de précision ”

Un avion est inspec­té de manière plan­i­fiée, mais aus­si lors d’événements imprévus (impact de foudre, grêle, for­eign object dam­age, etc.). Inspecter l’intégralité de la sur­face externe mobilise plusieurs per­son­nes avec des moyens matériels impor­tants (plate­formes, char­i­ots élé­va­teurs) pour des durées pou­vant dépass­er dix heures, avec poten­tielle­ment plusieurs annu­la­tions de vols à la clé. 

L’utilisation de drones per­met de gag­n­er du temps et des moyens : le sys­tème dévelop­pé par Donecle divise par 20 la durée d’inspection d’un aéronef. 

Le posi­tion­nement laser per­met ici de con­duire des inspec­tions à l’intérieur de hangars de main­te­nance, de posi­tion­ner avec une grande pré­ci­sion les éventuels défauts détec­tés, et enfin d’éviter tout dom­mage sup­plé­men­taire à des avions valant plusieurs cen­taines de mil­lions d’euros.

Cette solu­tion est actuelle­ment testée par plusieurs com­pag­nies aéri­ennes et cen­tres de main­te­nance aéro­nau­tique et devrait entr­er en ser­vice dans les mois à venir. 

Donecle — lightning fast aircraft inspections

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