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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