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03.05.2005 - Programme

USICO Une nouvelle étape dans le développement des UAV

L'enjeu de ce projet est de parvenir à doter les UAV d'un niveau de sécurité suffisant pour qu'ils puissent s'insérer dans le trafic aérien.

L'utilisation d'UAV (Unmanned Aerial Vehicle), c'est-à-dire des aéronefs sans pilote, dans le cadre d'applications civiles est un sujet dont l'importance n'a cessé de croître au cours des dernières années. Pour autant, les perspectives de développement de ce type d'appareils restent encore hypothétiques, en raison notamment du problème de sécurité que pose leur insertion dans le trafic aérien. D'où l'importance des résultats d'Usico (UAV Safety Issues for Civil Operations), un projet lancé en 2002 dans le cadre du 5e PCRD et qui s'est achevé au second semestre 2004. Plusieurs départements de l'Onera y ont participé.

" Nous souhaitions analyser ces deux problématiques que sont l'insertion des UAV dans le trafic aérien et leur certification afin de voir quels étaient les véritables freins à leur développement ", résume Bruno Lamiscarre, adjoint au directeur du Département Prospective et Synthèse (DPRS). Ainsi, durant deux ans, dans le cadre du projet Usico, plusieurs établissements de recherche européens (Onera, DLR, NLR, FHS), en collaboration avec l'Université de Naples et différents groupes industriels (Marconi-Selenia, EADS, IAI, SSC), réunis au sein d'un consortium dirigé par une PME allemande, ont mené des travaux dans ce domaine. Au sein de l'Onera, environ dix personnes de trois départements (Prospective et synthèse, Optique théorique et appliquée, Electromagnétisme et radar) ont été impliquées dans le développement de ce projet. Une première étape a permis d'analyser un ensemble de missions classiques pour un UAV civil (observation de la Terre, relais de télécommunications, surveillance des feux de forêts, etc.) et d'en déduire quels étaient les types d'appareils capables d'y répondre.

Décliner trois familles d'UAV au regard de deux problématiques

Globalement, ces appareils se regroupent au sein de trois grandes familles. Baptisée " HALE " (Haute Altitude Longue Endurance), la première concerne des appareils destinés à l'observation à haute altitude ou pouvant être utilisés comme relais de télécommunications. Dans le cadre du projet Usico, les partenaires ont opté pour un aérostat. La seconde de ces familles dite " Male " (Moyenne Altitude Longue Endurance) rassemble des appareils se rapprochant de ceux qui sont utilisés aujourd'hui dans le cadre de missions militaires. " Nous avons choisi des drones à voilure fixe. Ces aéronefs sont particulièrement intéressants pour tester les problèmes d'intégration dans le trafic aérien. En effet, en fonction de leur motorisation, ils volent à des vitesses inférieures ou égales à celle des avions de transports, ceci à des niveaux d'altitude comparables, mais pour des durées de 24 à 30 heures ". Enfin, la troisième famille regroupe des appareils de plus petites dimensions, de type hélicoptère, volant à basse altitude avec des plafonds de 1500 mètres.

Les 3 configurations de base d'USICO
Les 3 configurations de base d'USICO

S'est alors posée la question de savoir comment les ingénieurs allaient décliner ces trois familles d'appareils correspondant à trois types de missions au regard des deux problématiques du projet Usico. " Quelles réponses pouvions-nous envisager pour permettre par exemple à un UAV MALE de voler dans l'espace aérien " ? Ce travail de réflexion a conduit les équipes de ce projet à définir quels étaient les systèmes dont il fallait doter ces appareils pour que le contrôle aérien au sol soit capable de les suivre, de les identifier et de leur transmettre des ordres, sachant que ces derniers doivent être également pris en compte par la station sol. Ainsi il est apparu nécessaire d'ajouter des systèmes d'identification spécifiques sur les UAV. " Nous avons réfléchi en particulier aux procédures d'urgence à suivre, par exemple dans le cas d'une panne de moteur. Pouvons-nous alors nous contenter des solutions appliquées aujourd'hui pour les avions pilotés ou devons-nous doter les UAV de systèmes particuliers ? La réponse est oui et non ", constate Bruno Lamiscarre. Par exemple, les simulations effectuées ont montré très clairement qu'une liaison téléphonique entre l'opérateur au sol et le contrôle aérien était indispensable.

Les composantes du système UAV
Les composantes du système UAV

Autre question traitée dans le cadre du problème de l'insertion des UAV dans le trafic aérien, la règle du " voir et éviter ". " En fonction de la classification des espaces aériens, il existe des zones où s'applique cette règle, en particulier dans les zones où la responsabilité de la séparation échoit aux pilotes. Par conséquent, nous avons cherché à savoir quels pouvaient être les systèmes permettant d'assurer cette fonction, soit en totalité à bord de l'UAV, soit avec une partie à bord sous la forme de capteurs et une partie traitement et affichage sous la responsabilité de l'opérateur au sol ". Si les différentes technologies envisageables ont été évaluées, les ingénieurs estiment qu'il reste encore beaucoup de problèmes à résoudre. " Nous devons développer des solutions plus performantes que celles dont nous disposons aujourd'hui sur les avions pilotés. Aussi, compte tenu des spécifications données dans le cadre de ce projet, n'avons-nous pas réussi, faute de temps, à valider dans sa totalité un système " détecter éviter ", même si par ailleurs nous avons pu mettre en oeuvre des simulations de capteurs mais également de comportement d'UAV en vol ", résume Bruno Lamiscarre.

Un enjeu véritablement technologique

Concernant les aspects certification des UAV, les équipes sont parties du constat que le niveau de sécurité de ces appareils utilisés actuellement par les militaires est de l'ordre de 10-5 , pour un accident grave pouvant entraîner des morts au sol, contre 10-7 dans l'aviation civile. Par conséquent, un effort important doit être réalisé dans ce domaine, notamment en faisant appel à des technologies redondantes. En fait, il s'agit de s'inspirer des solutions mise en oeuvre dans l'aviation civile de transport. D'où la nécessité de revoir la conception des UAV de manière assez sensible afin d'optimiser leur niveau de sécurité. Comment spécifier ces niveaux de sécurité, quels sont les niveaux de sécurité nécessaire à chaque système pour obtenir un niveau de sécurité globale, comment faire évoluer les classes de certification actuelles ? Telles sont quelques-unes des questions auxquelles les équipes d'Usico ont tenté d'apporter des ébauches de réponses.

" L'enjeu est véritablement technologique. Il s'agit en effet de parvenir à doter les UAV d'un niveau de sécurité suffisant pour qu'ils puissent s'insérer dans le trafic aérien. Or il n'existe pas aujourd'hui de problème majeur qui les en empêche ", souligne Bruno Lamiscarre qui tient à préciser que depuis la fin d'Usico, " des projets de clauses de certification pour les UAV commencent à voir le jour, y compris en France ". Autrement dit, le secteur des UAV ne cesse d'évoluer afin de tendre vers une plus grande maturité nécessaire au développement d'applications civiles.