Conférence

Mieux connaître les drones

IV - Un catalogue déjà large

La classification la plus logique des drones adopte pour critères principaux la taille ou les performances (essentiellement la portée, et l'altitude d'opération) ; éventuellement le type de mission si celui-ci implique une spécificité particulière (utilisation maritime par exemple).

Les drones miniatures

Birotan

Cette catégorie recouvre globalement tous les drones dont l'envergure est inférieure à 50 centimètres, cette dernière pouvant descendre jusqu'à quelques cm seulement (on parle dans ce cas de nano-drones).

Les micro-drones, dont les dimensions sont inférieures à 15 cm, pèsent environ 50 grammes, pour une vitesse de croisière de l'ordre de 50 Km/h, une autonomie d'une vingtaine de minutes et un rayon d'action d'une dizaine de kilomètres.

D'un coût unitaire de l'ordre du millier de dollars, ces micro-machines sont dédiées à la transmission d'images, de jour comme de nuit. Les missions envisagées dans le domaine militaire sont la reconnaissance d'un itinéraire, l'évaluation de dommages ou l'observation d'une cible fixe. Utilisées en milieu urbain, on peut imaginer que ces machines survolent ou contournent des pâtés de maisons et même, entrent dans un immeuble... On peut dès lors imaginer les applications civiles, au profit des pompiers, de la police, ou de tous autres services de sécurité.

Projet Bertin
© Bertin Technologies

Etudiées dès le début des années 90 aux Etats-Unis, ces machines font toutefois appel à des technologies très ambitieuses de par la miniaturisation demandée et ce, dans tous les domaines : aérodynamique complexe (à faible nombre de Reynolds), source d'énergie à haut rendement, propulseurs ultra-légers, micro systèmes... Plusieurs configurations sont étudiées : ailes fixes, voilure tournante, et même, ailes battantes, en s'inspirant réellement du principe de sustentation des insectes et des oiseaux. L'Onera mène depuis 2002 une recherche sur ce dernier type de sustentation sous le nom de REMANTA (Research program on Microvehicle And New Technologies Application).

Les drones de court rayon d'action

Dits encore drones TCP (Très Courte Portée), ou, dans le jargon militaire «drones du capitaine», ces drones sont destinés à «voir de l'autre côté de la colline», soit à quelques kilomètres.

D'envergure de 0,5 à 2 mètres, et généralement à voilure fixe, ils ont une faible vitesse (quelques dizaines de km/h) et évitent difficilement les obstacles. Les développements technologiques requis pour cette catégorie concernent principalement les capteurs (évitement d'obstacles et caméra jour/nuit miniaturisée).

En fait, les qualités de ces drones sont autant de critères de choix pour l'armée de terre, française par exemple : rusticité et simplicité d'utilisation, réduisant l'instruction ; transportable à dos d'homme (replié dans un sac à dos) ; lancement à la main par un seul homme ; discrétion acoustique ; faible coût ; transmission de données en temps réel (et sur une «station-sol» pouvant se réduire à une simple valise).

EMT Aladin

Les drones tactiques à moyen rayon d'action

Pouvant être dotés de vitesse lente (150 km/h) ou rapide (700 km/h), ces drones représentent la catégorie intermédiaire, avec des performances variées. Avec une masse au décollage qui reste inférieure à une tonne, leur rayon d'action s'étend de 30 à 500 km, leur altitude de vol, de 200 à 5000 mètres, et leur endurance, de 2 à 8 heures.

Cette catégorie a fait l'objet de nombreux développements dans le monde, sauf, curieusement aux Etats-Unis (excepté le drone Shadow). La plupart des systèmes opérationnels sont utilisés pour des missions de surveillance et de reconnaissance, avec utilisation de senseurs optiques (domaines visible et infrarouge).

Les deux extrêmes de vitesse sont respectivement illustrés par les deux drones utilisés jusqu'à présent par l'armée de l'air française : le CL-289 (700 km/h), et le Crécerelle (environ 140 km/h)

CL 289 © EADS

Les drones maritimes tactiques

La spécificité des drones maritimes embarqués vient d'une double contrainte d'utilisation, qui exige une adaptation technique complexe : disposer d'une autonomie assez importante (au moins 5 heures), et être capable d'apponter par fort vent sur une plate-forme étroite, partiellement entourée d'obstacles et soumise à des déplacements de grande amplitude, en roulis et tangage par mer agitée.

Orka © EADS

Deux démonstrateurs américains sont connus à ce jour : le Fire Scout de Northrop Grumman (drone hélicoptère de 1150 kg, capable d'une autonomie de 6 heures pour un rayon d'action proche de 200 km), et le Eagle Eye de Bell, très original puisqu'il s'agit d'un convertible (doté d'une autonomie de 5,5 heures et capable d'un rayon d'action proche de 600km avec une vitesse de 370 km/h).

En France, EADS développe l' Orka 1200, et ETC Industries, le Hetel M01 (en coopération avec le bureau d'études Isnav).

Les drones à voilure tournante

RESSAC en vol
© ONERA

Cette catégorie se distingue par sa forme de sustentation mais recouvre des tailles et des performances de drones très variées.

En dehors des drones maritimes déjà cités, le R-Max de Yamaha a déjà été livré à plus de 1000 exemplaires, dont plusieurs pour l'épandage agricole ; c'est le seul exemple de drone ayant déjà fait l'objet d'une telle production de série.

C'est à partir de R-Max que l'Onera développe son projet de drone RESSAC (Recherche Et Sauvetage par Système Autonome Coopérant) à forte intelligence embarquée, ce qui lui confère un haut niveau d'autonomie et lui permet de réaliser de façon entièrement automatique des missions complexes, pouvant déboucher sur le sauvetage d'un homme en difficulté dans un environnement hostile et mal connu.

Les drones de longue endurance

Avec des durées de vol comprises entre 12 et 48 heures, on entre ici dans la catégorie des «grands» drones, dont la taille est essentiellement dictée par une charge utile lourde et une quantité élevée de carburant, nécessaire à la mission. Cette catégorie se divise elle-même en deux parties, en fonction de l'altitude de vol des machines : comme pour les avions, plus on vole haut, plus on va vite et plus on parcourt de la distance. On distingue ainsi les drones dits «MALE» (Moyenne Altitude Longue Endurance) des drones «HALE» (Haute Altitude Longue Endurance).

C'est cette catégorie qui serait appelée, a priori, à couvrir la plus large palette de missions.

1/ Les drones «MALE» (Moyenne Altitude Longue Endurance)

Heron © IAI

L'altitude de vol est, pour cette catégorie, comprise entre 5000 et 12000 mètres, ce qui permet de parcourir jusqu'à 1000 km, à des vitesses relativement faibles, de 220 à 360 km/h (induites par des moteurs à pistons ou des turbopropulseurs). La masse peut cette fois atteindre 3,5 tonnes, et l'envergure est généralement comprise entre 10 et 20 mètres.

Si les Américains ont été peu présents dans le domaine des drones tactiques à moyen rayon d'action, ils ont d'emblée conçu des systèmes MALE à la dimension de leurs théâtres d'opérations en vue, non seulement de missions de reconnaissance et de surveillance, mais aussi de désignation et de destruction d'objectifs au sol.

Les MALE opérationnels les plus connus sont le Hunter et le Heron d'Israel Aircraft Industries, ainsi que le Predator américain (General Atomics)

2/ Les drones «HALE» (Haute Altitude Longue Endurance)

On atteint dans cette catégorie les dimensions d'un avion civil (Airbus A320 par exemple) pour des autonomies de plusieurs milliers de kilomètres (10 000 km et plus) parcourues en volant largement au dessus des trafics aériens courants, tant civils que militaires (jusqu'à 20 000 m d'altitude). Les moteurs sont cette fois des turboréacteurs.

La masse au décollage des drones HALE peut largement dépasser les 10 t, dont quelque 10% pour la charge utile.

Toutes les informations recueillies par les capteurs sont transmises par satellite au centre d'opérations. Leur densité requiert en général de gigantesques capacités de transmission, et donc le support d'un important segment spatial.

Les capacités de ces drones HALE sont à rapprocher et à comparer à celles des avions pilotés, du type de l'avion espion U2 ou des avions de renseignement électronique Sigint, ainsi qu'à celles des satellites d'observation ou d'alerte.

L'exemple le plus connu de HALE est le Global Hawk américain, de Northrop Grumman, qui, en avril 2001, a volé depuis la Californie jusqu'en Australie. Peu après, en octobre 2003, dans le cadre de l'initiative allemande «Euro Hawk» et en coopération avec EADS, un drone du même type a effectué un vol transatlantique, depuis la Californie jusqu'au nord de l'Allemagne, afin d'effectuer des vols de démonstration à partir de ce pays.

Les drones de combat, ou UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle)

Il s'agit bien sûr des drones à vocation offensive, dont la charge utile comprend des armements – le plus souvent, des missiles – afin d'effectuer des missions d'attaque au sol voire, à plus long terme de défense aérienne et de police du ciel.

Ce sont de véritables avions de combat non pilotés mais dont la gestion déportée de l'armement accroît considérablement la complexité technologique. Ces engins doivent être capables d'identifier et de désigner des cibles, avec la capacité d'être réorientés en vol à partir d'informations obtenues en temps réel sur l'évolution de la situation au sol, pour des tirs d'opportunité. Ils doivent également disposer d'une certaine autonomie pour la poursuite des cibles, et être capables de manœuvres de dégagement après le tir.

Ces ambitions relèvent encore actuellement de la prospective industrielle et opérationnelle.

X-45A © Boeing

En outre, il faut prévoir que l'homme reste toujours dans la boucle décisionnelle, depuis une station au sol ou un PC volant (AWACS ou avion de combat), afin qu'il garde la décision de tir et puisse éventuellement annuler la mission.

Un Predator américain a tiré à plusieurs reprises des missiles antichars Hellfire (à guidage laser) et antiaériens Stinger.

Le paysage industriel

La vocation actuelle, essentiellement militaire, des drones fait des Etats les principaux clients. Ils entrent ainsi dans le cadre de «programmes» nationaux, souvent développés sur crédit publics, et obéissant aux choix des instances militaires et gouvernementales.

L'absence de marché privé n'a encore pas ou peu incité les constructeurs à développer des machines sur fonds propres, afin que celles-ci soient disponibles prêtes à l'emploi, pour telle ou telle mission. Un contre exemple est toutefois celui de Yamaha, sur le marché de l'épandage agricole, avec son R-Max.

On retrouve chez les drones les différents métiers qui participent à la construction des avions : avionneurs (cumulant en général les fonctions de constructeur de cellules, d'assembleur et d'intégrateur), de motoristes, de systémiers et d'équipementiers. Toutefois, l'industrialisation des drones n'étant pas encore bien structurée, on trouve aussi des «équipementiers» qui, sous-traitant les parties structure et moteurs, intègrent eux-mêmes leurs propres systèmes/charges utiles. Pourtant, l'efficacité du drone dépend de la parfaite adéquation entre le vecteur aérien et sa charge utile.

Le métier de «dronier» n'est pas encore parfaitement défini !

Bienvenue à l'Onera, le centre français de recherche aérospatiale