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29 juin 2015
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Usage des "drones" commerciaux dans un cadre militaire
"Military Unmanned Air Vehicle"

Présentation : Laurent Schmitz (OO-AS300)

Depuis quelques années le marché de l’aéromodélisme est inondé par une multitude de "drones". Certains de ces engins ont tout du gadget mais d’autres affichent une vocation qui dépasse le simple cadre ludique. C’est ainsi que les images prises par ces machines bien connues des modélistes sont désormais courantes à la télévision : jeux olympiques, séisme au Népal, combats urbains en Syrie... L’industrie a aussi recours aux drones, par exemple pour l’inspection des ouvrages d'art. Les agriculteurs et l’administration cadastrale font appel aux drones pour des relevés topographiques ou l’évaluation des récoltes. Le géant de la vente en ligne Amazon parle même de livraisons par drones. Bien sûr les militaires ne sont pas en reste et l’usage de drones commerciaux est sérieusement envisagé par les forces armées. Mais à quoi peuvent bien servir ces jouets ?

Les coûteux drones militaires conçus dès l’origine pour une mission spécifique ne sont pas envisagés ici ; seuls les appareils disponibles librement sur le marché "tout public" sont pris en compte. Dans le jargon militaire, on parle d'équipement "COTS" : Commercial Off The Shelf.
Jouets récréatifs, pour amateurs éclairés ou destinés à un usage professionnel, les multicoptères actuels présentent des caractéristiques communes. Quelle que soit la forme du châssis (en "X", en "H", en cercle ou caréné), les moteurs électriques sont positionnés en périphérie pour assurer une meilleure stabilité. Sauf exception, la sustentation est assurée par des hélices de type "avion", sans mécanisme de pas variable. Le sens de rotation est choisi pour annuler les effets de couple. Les déplacements sont généralement obtenus en changeant le régime des moteurs. Dans cette configuration il n'y a pas besoin de servos ni de commandes aérodynamiques : volets, ailerons, etc. La stabilité et le contrôle sont confiés à des platines électroniques parfois intégrées dans un boîtier "tout en un". Celui-ci gère les communications avec le pilote, généralement selon le protocole de radiocommande en 2,4 GHz. Ce dernier est basé sur le wi-fi informatique et respecte la norme EN300328, version 1.8.1. Au cœur de l'électronique se trouve un stabilisateur de vol bardé de gyroscopes MEMS dans les trois axes. D'autres capteurs apportent les données permettant au logiciel de vol d'affiner le contrôle de l'engin en fonction de la mission : détecteur d'altitude (barométrique ou laser), module GPS, sonde de Pitot, géolocalisation wi-fi, caméra embarquée, etc. Grâce à la miniaturisation des composants, la masse de ce processeur de vol se compte en grammes. Les contrôleurs les plus récents comme le très populaire "Pixhawk" sont universels et peuvent servir aussi bien pour un appareil à voilure tournante qu'un avion, un véhicule terrestre, un bateau ou même... un sous-marin.

Exemples de drones "mini" et "micro". Architecture et électronique sont similaires, seule l'échelle et les performances diffèrent.

Tout ce petit monde reçoit son alimentation électrique d'accus rechargeables au lithium-polymère ("Li-Po"). Dans le monde de l'aéromodélisme certains Li-Po sont exploités à des taux de décharge ahurissants, que même les fabricants n'envisagent pas. Ainsi, dans sa version 12 V, le petit accu "Turnigy Bolt" de 2800 mAh tient dans la poche et pèse moins de 300 g. Son label "130/65C" signifie qu'il peut théoriquement délivrer un courant de 364 ampères pendant quelques secondes : de quoi démarrer un petit camion !

On l'a vu, les drones "multicoptères" sont tous basés sur la même architecture. Celle-ci est évolutive et s'adapte à toutes les tailles ("scalable"). Les plus petits jouets volants sont les "nano" ou "pico" qui tiennent dans la main. On parle ici de quadricoptères ou de coaxiaux d'une vingtaine de grammes à l'autonomie ne dépassant guère les cinq minutes. Ils sont dédiés au vol d'intérieur en atmosphère calme. A première vue, il s'agit de simple gadgets mais certains emportent malgré tout une caméra et peuvent parfaitement dévoiler ce qui se trouve dans un hangar, une armurerie ou derrière un bâtiment par exemple. Ils sont pilotés à vue et coûtent rarement plus de cent euros.

Ce drone multicoptère basique a permis à son concepteur, un ingénieur québécois, de battre le record du monde de "Hoverboard" avec un parcours de près de 300 m. Une telle capacité de charge permet d'envisager des missions de ravitaillement ou d'évacuation sanitaire au combat.

Les drones de taille moyenne sont catégorisés "micro" ou "mini". Ce sont des machines capables de voler en extérieur même dans un vent conséquent. Leur masse atteint ou dépasse le kilo. Ils emportent une charge utile composée typiquement d'une caméra avec retour au sol en temps réel. Selon leur complexité ils sont pilotés à vue, en "FPV" ou de façon autonome, suivant une route préprogrammée de points GPS. Ils ont déjà tout des "grands" mais pour un budget ne dépassant pas quelques centaines d'euros.

Le Hubsan X4 tient dans la main et offre un véritable mode FPV. Il peut servir dans un cadre militaire sans autre modification que le retrait des LED de visualisation. Ce type d'appareil vaut moins de 150 $ sur Amazon.

Les drones "semi-pro", "pro" ou "maxi" représentent le haut de gamme du marché. Il s'agit d'appareils emportant plusieurs kilos de charge utile, par exemple une optique professionnelle dans un tourelle gyrostabilisée. Leur puissance autorise des vols en extérieur par tous les temps. Ce type d'appareil peut atteindre une vitesse horizontale de 90 km/h, ce qui lui confère un rayon d'action de plusieurs dizaines de kilomètres tout en conservant un temps de mission utile sur la cible. Tous les modes de pilotage sont envisageables : à vue, en FPV, autonome ou combiné, en temps réel ou asynchrone. Parfois, deux pilotes exploitent la plate-forme : le navigateur gère les déplacements et l'opérateur manipule la charge utile (cadrage/pointage de la caméra et des capteurs).

Ce drone haut de gamme est muni de deux moteurs par bras, ce qui permet de doubler la puissance sans changer la taille de l'engin. Le train d'atterrissage est rétractable afin de dégager le champ de vision de la caméra embarquée. Pour un appareil de ce type, il faut compter un budget de plusieurs milliers d'euros.

Enfin, il existe une véritable communauté "Open Source" des multicoptères permettant à n'importe qui de fabriquer un drone selon ses propres exigences. Du fait de l'architecture "scalable" (évolutive), on peut parfaitement envisager de fabriquer un polycoptère de 2 m d'envergure capable d'emporter une centaine de kilos de charge utile. Tous les éléments (moteurs, électronique, structures en carbone, capteurs, etc.) sont disponibles séparément sur le marché. La différence avec les appareils "prêts à voler" comme le célèbre "DJI Phantom" est qu'il faut alors procéder soi-même au montage, inspiré par les nombreux exemples publiés sur internet et aidé par les forums d'amateurs. Certains ont été encore plus loin et il existe déjà des multicoptères capables d'emporter un ou deux passagers.

Ce drone multicoptère basique a permis à son concepteur, un ingénieur québécois, de battre le record du monde de "Hoverboard" avec un parcours de près de 300 m. Une telle capacité de charge permet d'envisager des missions de ravitaillement ou d'évacuation sanitaire au combat.

En l'état actuel du marché, une charge utile de 200 kilos est tout à fait faisable au départ de composants COTS et selon l'architecture évolutive standard. Fondamentalement, à part l'effet d'échelle, il n'y a pas de différences majeures entre un tel appareil et un multicoptère de loisirs comme on peut en trouver sur les terrains d'aéromodélisme. Les plus gros moteurs à cage tournante vendus en ligne par les boutiques spécialisées sont des monstres de près de 3 kg et 15 kW capables de soulever une trentaine de kilos. Ils coûtent 400 euros pièce ; beaucoup moins en cas d'achat groupé auprès des usines.

Cet exemple montre bien que pour obtenir des performances supérieures il suffit d'augmenter la taille du multicoptère en profitant de l'effet d'échelle. Fondamentalement il n'y a aucune différence entre ce géant et les modèles qui tiennent dans la main.   Autre exemple de multicoptère fabriqué à partir de composants "COTS", capable ici d'emporter deux passagers.
On trouve des drones dans les endroits les plus inattendus. Ici, Lady Gaga débarque sur scène à bord d'un multicoptère géant dont on aperçoit le pilote en arrière-plan.

Voilures fixes

Avant d'en venir aux rôles et missions possibles, il faut encore parler des drones "COTS"à voilure fixe. Ces avions ou motoplaneurs sont des reproductions d'aéronefs réels (maquettes) ou une création du modéliste adaptée à la mission envisagée. Le plus souvent, ces drones sont utilisés pour des vols de longue durée ou de grande distance en altitude. Par rapport aux multicoptères, ils sont beaucoup plus sensibles à la météo mais leurs performances aérodynamiques sont inégalées. En 2003 déjà, un modèle de seulement 183 cm d'envergure a traversé l'Atlantique en 38h de vol ininterrompu. Les plate-formes modernes à propulsion électrique avec apport solaire sont théoriquement capables de voler plusieurs jours dans la stratosphère. Ces engins sont quasi invisibles et impossibles à abattre. Ils peuvent avantageusement remplacer ou compléter un avion ou même un satellite de reconnaissance. Ce sont littéralement les "yeux" du commandement. Enfin, la diffusion de microréacteurs de plus en plus performants permet désormais aux modèles réduits radiocommandés d'atteindre des vitesses élevées, jusqu'à 350 km/h. Cette vitesse n'est pas limitée par le matériel mais bien par la nécessité de garder le modèle à vue. Bien entendu, un avion à réaction piloté de façon autonome par un module Pixhawk selon un parcours GPS peut largement dépasser cette vitesse. Il est à noter que le Pixhawk intègre d'origine un mode de suivi de terrain à altitude constante rendant l'engin très difficile à intercepter. Il est tout à fait possible pour un aéromodéliste de construire et mettre en œuvre un "jet" capable d'emporter une charge utile de plusieurs kilos à des vitesses supérieures à 500 km/h vers une cible de quelques mètres située à plus de 100 km... Le prix d'un tel "missile" s'élève actuellement à ±5.000 € mais devrait diminuer fortement quand les microréacteurs chinois seront disponibles.

Ce jouet chinois est l'archétype du drone de surveillance en altitude. Pour un prix dérisoire il survole l'objectif pendant plus d'une heure en toute discrétion. Contrairement à un multicoptère, il ne peut pas voler par tous les temps, reste assez encombrant et ne peut pas évoluer près du sol.

Missions défensives

Le premier rôle qui vient à l'esprit pour un drone multicoptère "COTS" est bien sûr la surveillance. Les appareils sont presque tous munis d'une caméra HD, le plus souvent avec retour au sol des images en temps réel pour pouvoir piloter l'engin en "FPV". Des caméras IR légères sont désormais aussi disponibles, tout comme des capteurs monochromes très sensibles et utilisables de nuit.
Un quartier ou campement militaire exige généralement un rôle de garde d'au moins cinq soldats : un chef de poste et quatre sentinelles. Ces militaires doivent contrôler physiquement le périmètre en s'exposant à un éventuel ennemi. Une batterie d'hexacoptères moyens peut patrouiller de façon totalement autonome selon un circuit pré-programmé.

Exemple de circuit parcouru par un drone, visualisé sur une tablette ou un smartphone dans Google Earth.

Si plusieurs itinéraires sont préparés, l'opérateur peut en choisir un au hasard et décoller à des intervalles irréguliers, ce qui rend une intrusion plus difficile. Pendant son vol, le drone inspecte certains points vitaux : armurerie, clôture, prison, etc. Si l'image captée en temps réel diffère de l'image de référence, le drone donne l'alerte et signale l'anomalie : bris de clôture, porte ouverte, présence d'un véhicule, etc. Dans un domaine moins spectaculaire, le drone peut compter et identifier les fenêtres restées ouvertes, l'éclairage resté branché dans les bâtiments d'une base ou les véhicules mal garés. En cas d'attaque ou de niveau d'alerte élevé, les drones peuvent voler en trajectoires brutales et aléatoires, à la façon d'une mouche. Ce type de vol les rend extrêmement difficiles à abattre. Du fait de leur vitesse élevée, les drones peuvent patrouiller le périmètre d'une base en quelques minutes. Comme leur temps de recharge dure moins d'une heure, la fréquence des patrouilles est bien plus élevé que celle des soldats (une à deux rondes par nuit).

Vue d'artiste d'un drone civil d'évacuation sanitaire. L'usage d'un tel engin sur le champ de bataille a plus de sens qu'en milieu civil où les avantages ne compensent pas vraiment les risques encourus.  

L'équipement complet permettant la surveillance d'une installation de 1 km² comprendrait typiquement cinq drones, une vingtaine de batteries et une station de contrôle, pour un investissement moins élevé que le salaire annuel d'une seule sentinelle.

Le même type de matériel peut aussi patrouiller en mouvement, par exemple les coursives et le pont d'un navire ou les abords d'un convoi routier.

Outre les missions de patrouille, les drones excellent dans la reconnaissance d'un terrain ou d'un itinéraire inconnu, y compris derrière les lignes ennemies. Ils sont alors équipés de capteurs spécifiques.

Vidéo en temps réel retransmise par un drone de surveillance. Le module OSD permet d'incruster des informations à l'image : DTG, coordonnées GPS, vitesse, statut du drone, etc.

Lumière visible : caméras en couleur à haute définition avec une optique souvent stabilisée en nacelle 3 axes. Outre les clones (<70 €) de la célèbre "GoPro", le haut de gamme est composé d'un appareil photo digital de type "reflex" grand format avec un objectif "zoom" ultra-lumineux, par exemple un Sony A7s muni d'un zoom Leica.
Intensificateurs de lumière : pour les vols de nuit, les traditionnelles images verdâtres sont souvent remplacées par la combinaison d'une optique ultra-lumineuse et d'un capteur CCD monochrome très sensible. Ce matériel est disponible librement dans le commerce.
Infrarouge : on trouve sur internet des caméras "FLIR" légères et performantes pour moins de 1000 €.
Sonore/sismique : une fois posé, le drone peut capter et retransmettre les sons et vibrations de l'environnement : véhicules blindés, troupes à pied, creusement de tunnels,... Le drone peut aussi déposer un capteur autonome, près d'un campement ou d'une route d'accès par exemple. En mer, il peut déployer des hydrophones (lutte ASM).
CBRN : le drone peut emporter un capteur d'agents chimiques, biologiques, nucléaires ou radiologiques. Un très petit drone peut ainsi repérer de façon rapide et discrète l'emplacement des munitions spéciales sur une base ennemie. Par ailleurs, en cinq minutes un "nano" de cinquante grammes muni d'un simple papier détecteur peut révéler la présence ou non d'un agent chimique dans un sous-bois grand comme un terrain de football. Prenons l'exemple du "micro-quad" vendu par la boutique chinoise Hobbyking. Cette machine peu bruyante tient dans la main, est autostabilisée et peut voler à vue jusqu'à plusieurs centaines de mètres de son pilote. Pour la modique somme de 33,18 € ce petit bijou de technologie intègre même une caméra vidéo enregistrant sur carte SDHC !
Magnétique : en survolant la mer, une forêt ou un désert, le drone muni d'un capteur d'anomalies magnétiques (MAD) peut repérer des sous-marins, des véhicules blindés, des mines enfouies, des caches d'armes, etc.
Radar/Sonar : les plus gros drones peuvent emporter un radar de surveillance RSCB ou une bouée sonar active. Des appareils plus petits emportent des détecteurs de radar, lidar, IR ou sonar afin de donner l'alerte quand l'ennemi "illumine" la position.
SIGINT : le drone peut capter, enregistrer ou retransmettre les signaux électroniques ennemis dans le spectre radio ou micro-ondes (radar). Comme il peut s'approcher très près des installations ennemies sans être repéré, il peut même intercepter les émissions débordantes (RF leaking). Et en volant en stationnaire il peut capter les communications "line-of-sight" des faisceaux hertziens sans que l'ennemi en soit conscient.
Géographique : beaucoup de drones sont munis d'origine d'un module GPS. Or, disposer des coordonnées géographiques précises d'une cible ou d'un emplacement spécifique est vital pour les militaires. Par ailleurs, le drone réduit de façon spectaculaire le temps requis pour reconnaître une nouvelle position de tir ("site recce"). Avec un drone on peut aussi très facilement jalonner le périmètre de sa propre position, ce qui est essentiel pour déterminer les zones de tir indirect (artillerie, appui aérien, etc.). Au passage on peut enregistrer les coordonnées exactes de tous les postes de l'unité : peloton mortier, équipe cuisines, bureau Opérations (S3), charroi, etc. Fini de chercher son chemin dans le noir ou le brouillard, au risque de s'exposer inutilement.
Météo : toute opération militaire est dépendante de la météo sur l'objectif ou en route vers celui-ci. Les drones peuvent très rapidement déterminer un profil météo au sol comme en vol. Même un drone "de poche" peut transmettre la vitesse du vent très précisément et sans le moindre capteur, en mesurant la vitesse de ses hélices lorsqu'il est posé, moteurs tournant librement. Cette indication est précieuse pour les tireurs d'élite ou les artilleurs.
Balise : les drones peuvent servir de "transpondeur" pour baliser un itinéraire, un objectif, une zone minée ou contaminée. La balise peut être lumineuse, audible ou radio. Le drone peut aussi émettre un signal "IFF" permettant la déconfliction ami/ennemi.
Outre la surveillance et la reconnaissance, les missions défensives des drones comprennent aussi l'application de contre-mesures électroniques (ECM/ECCM) et le "damage control". Ainsi, après une attaque ennemie le commandement peut rapidement connaître l'état de son unité ou navire : nombre et emplacement des victimes, foyers d'incendie, matériel endommagé ou détruit, bombes non explosées, présence de sous-munitions ou de mines, etc. Tout cela sans exposer le personnel survivant.

Les drones trouvent désormais leur place dans l'industrie, pour des inspections, des relevés topographiques, des mesures, etc.

Missions offensives

Pour ces missions, le drone devient un système d'armes ou un vecteur d'armes.
Outre les missiles COTS à réaction dont on a déjà parlé plus haut, les multicoptères les plus puissants peuvent emporter une charge conséquente, par exemple un "Minigun" M134 (±40 kg). Ils sont peu sensibles au recul dû au tir car leur électronique de stabilisation corrige automatiquement toute influence externe, au même titre qu'une rafale de vent. Parmi les armes adaptables sur un drone de combat on peut signaler les armes automatiques, les lance-roquettes, les munitions antichars, les missiles antiaériens "MANPADS", les explosifs de tous types, les fumigènes, les éclairants, les sous-munitions, les mines, les armes spéciales (CBRN), les disrupteurs EMP, les brouilleurs (Jamming), etc.

Ce type d'hexacoptère peut embarquer des charges de plusieurs kilos, capteurs divers... ou armement.

En tant que "système d'armes", le drone peut jouer un rôle jusqu'alors inédit. Par exemple des drones antiaériens pourraient être posés au sol dans les directions probables d'attaque aérienne à basse altitude (vallées, corridors,...). En cas d'approche d'un appareil ennemi, un ordinateur relié aux moyens de veille aérienne (radars, AWACS, Link16,...) détermine la trajectoire de l'attaquant et sélectionne le drone le mieux placé. Celui-ci décolle instantanément et se place aux coordonnées x,y,z exactes transmises par le calculateur de tir. Les mouvements requis par le drone sont minimes. Il ne doit pas poursuivre la cible mais simplement se trouver sur son chemin. Chaque drone emporte une charge militaire de l'ordre de 3 kg (comme un missile Mistral). Pas besoin de coûteux capteurs embarqués. Un tel drone basique coûte moins de 800 € (plus la charge explosive). Une barrière de 100 "mines aériennes" reviendrait donc à ±100.000 €, moitié moins cher qu'une unique "jeep" LMV. Le calculateur central peut être n'importe quel PC, le logiciel de tir ne requiert pas une grande puissance. En fait, une tablette ou un "Smartphone" pourraient suffire. Contrairement à un missile antiaérien qui est perdu s'il rate sa cible, le drone AA qui n'a pas explosé revient simplement atterrir à son emplacement de départ, prêt pour une nouvelle attaque. L'unité ne perd qu'un pourcent de ses capacités à chaque interception réussie et elle reste à 100% opérationnelle si l'avion ennemi a interrompu son attaque. Par ailleurs, ce type de mine antiaérienne est indétectable en visuel. Le système d'armes fonctionne par tous les temps, de jour comme de nuit et peut être (re)déployé en quelques minutes.

A côté des missions armées, les drones peuvent venir à l'appui d'autres systèmes d'armes en assurant l'illumination ("targeting") des cibles pour les munitions de haute précision. Ils peuvent servir de leurre ("decoy" or "hoax"), en simulant une force importante ou en créant une diversion.

Des drones de petite taille peuvent éliminer des cibles ou du personnel clé en remplacement d'un tireur d'élite, même dans un bâtiment ou derrière un abri.

On peut aussi faire appel aux drones pour les missions "PsyOps" : largage de tracts, propagande audio, harcèlement nocturne, "show the flag", etc.

Les drones COTS sont un outil idéal pour les opérations spéciales, de guérilla ou de (contre-)terrorisme. Ils excellent au sabotage, par exemple sur une base aérienne. En outre, leur grande disponibilité sur le marché libre ne permet pas de les lier à un pays en particulier. Leur emploi est "deniable".

Enfin, les drones sont d'excellentes plate-formes pour le contrôle des foules ("crowd control"), par exemple lors de manifestations violentes ou à haut risque. Les engins sont alors équipés d'armes non létales, de gaz incapacitants ou de "Tasers". Leur simple présence peut suffire à dissuader les plus téméraires. Une configuration similaire peut en outre servir au contrôle et à l'escorte de prisonniers.

Les lunettes vidéo permettent de piloter en "immersion". Ce mode de vol est aussi appelé "FPV".   Image capturée de la vidéo FPV d'un drone de course lors d'un parcours dans les bois. Les drones de course FPV sont munis de diodes rouges à l'arrière et blanches à l'avant, de façon à mieux repérer les concurrents et à éviter les collisions.
Missions d'appui

Pour chaque soldat combattant, on estime qu'il faut entre 7 et 12 militaires en appui. Pas étonnant donc que les drones trouvent également une place dans ces domaines moins connus des métiers militaires.
Lors des campagnes militaires de type "Afghanistan", de nombreux soldats sont déployés dans des avant-postes en territoire ennemi (FOB), dans des régions souvent très difficiles d'accès. Le ravitaillement de ces fortins nécessite un coûteux dispositif de convois routiers ou d'hélicoptères de transport accompagnés d'une forte escorte. Quant aux patrouilles terrestres opérant depuis ces fortins, elles sont totalement isolées d'un point de vue logistique. Or, en cas d'embuscade ou d'encerclement, une batterie de drones peut délivrer nourriture et munitions en un temps record. Les drones peuvent être mis en œuvre depuis une zone facilement défendable située à distance de sécurité. Ils rejoignent l'emplacement exact de chaque militaire ou poste à ravitailler. Les soldats ne doivent pas quitter leur poste ni s'exposer sur une "drop zone" car le drone peut larguer le matériel littéralement à leurs pieds. Le commandement peut choisir de déployer des engins à la charge utile variant de 5 à 200 kilos. Un essaim de petits drones très maniables et capables de profiter du moindre couvert conviendra pour ravitailler de jour une section de fantassins alors que des drones de transport plus conséquents profiteront de l'obscurité pour rejoindre des forteresses ou déposer des charges massives à chaque rotation.

Dans cette image futuriste les drones assistent le fantassin. Dans la réalité, le but serait au contraire de ne pas exposer les soldats, ces derniers n'intervenant qu'après la sécurisation du site par des engins contrôlés à distance.

En matière de "movement control", Les drones peuvent jouer le rôle de "follow me" pour guider les véhicules dans une base logistique, un port, sur une position de combat ou un itinéraire nocturne en "blackout". Sur une base aérienne méconnue et encombrée, le drone peut guider les pilotes vers leur emplacement de parking même en conditions de silence radio.

Les drones peuvent servir de cible mobile et contribuer à l'entraînement des troupes. Dans le domaine des télécommunications ils assurent les relais radio. Une constellation d'engins peut même réaliser un réseau digital instantané et à très faible coût.

Dans les unités de combat, un drone "pigeon voyageur" navigant par GPS peut servir de messager furtif pour communiquer avec le commandement sans rompre le silence radio.

Lors de déploiement dans une région méconnue, les drones peuvent rapidement pallier au manque de cartes fiables. En mer les drones peuvent en un temps record dresser une carte détaillée de la profondeur et de la température de l'eau, deux données essentielles pour les opérations sous-marines.

Les drones peuvent lutter contre le feu avec des mousses spécialisées, jusqu'à l'intérieur des hangars. Ils sont aussi efficaces dans un rôle de recherche et sauvetage au combat ("CSAR").

Pour l'appui médical, on peut imaginer que chaque unité possède son drone "AED volant" (défibrillateur automatique), capable de rejoindre très rapidement une victime, en temps de paix comme en temps de guerre.

Ce défibrillateur automatique "AED" se rend de façon autonome directement auprès de la victime.

Et finalement les drones les plus puissants sont capables d'assurer des missions MEDEVAC de dernier recours sous le feu de l'ennemi. Par exemple pour extraire un soldat trop exposé pour être atteint par ses compagnons. La victime est alors déplacée jusqu'au "role 1" le plus proche. Dans des cas d'urgence ou de saturation, le drone peut poursuivre la mission jusqu'au "role 2", remplaçant ainsi totalement l'hélicoptère dans un rayon d'une dizaine de kilomètres (cfr Medevac Lt Mark Evison en Afghanistan).

Le drone a plus de chances de survie qu'un hélicoptère médicalisé car il est plus compact, plus maniable, moins bruyant et insensible aux missiles antiaériens. Il peut aussi évoluer à altitude zéro en profitant du moindre relief, y compris sous les arbres.
Un tel drone en matériel "COTS" coûte moins de 25.000 €, mille fois moins qu'un hélicoptère NH90. Et surtout, il ne nécessite pas d'exposer un équipage au combat.

Ce drone est utilisé au Chili pour inspecter à distance les antennes du radiotélescope "ALMA" (à plus de 5000 m d'altitude). A cause du manque d'oxygène et du fort taux de radiations la même inspection effectuée par du personnel dans une grue ou en hélicoptère serait hors de prix.

Combattre les drones

Non seulement les drones COTS sont très bon marchés mais surtout leur emploi permet de substantielles économies de personnel. Les armées occidentales confrontées à des coûts de personnel exorbitants peuvent utiliser le potentiel "force multiplier" des drones pour équilibrer les dépenses sans pour autant compromettre les investissements vitaux dans les programmes militaires majeurs (navires, blindés, armement,...). Il ne fait donc aucun doute que les drones COTS vont rapidement s'imposer sur les théâtres d'opérations, tant au sein des armées "'high tech" que dans celles des pays en voie de développement, sans parler des organisations terroristes et criminelles. Dès lors se pose la question de la lutte contre les drones. On pourrait imaginer que ces "'jouets volants"' sont très vulnérables. Cependant on s'aperçoit rapidement que ce n'est pas le cas.

Le premier atout des drones est leur faible coût. Ils sont si bon marchés qu'on peut accepter un fort taux d'attrition. Au point que pour certainesmissions il est plus rentable d'abandonner le drone que de prévoir sa récupération. Le drone est alors "'expendable"'.

Les drones pilotés par radio ne sont pas faciles à brouiller, ni même à détecter avec un scanner. Les radiocommandes en 2,4 GHz font appel au saut de fréquence et à l'étalement de spectre, justement pour "déconflicter" l'usage simultané de nombreux appareils. L'emploi de protocoles wi-fi et d'identifiants uniques empêche la prise de contrôle du drone par un émetteur tiers. Les émissions de l'émetteur et du drone se "fondent" dans le paysage électromagnétique ambiant : ville, base militaire ou champ de bataille. On peut bien sûr employer de puissants brouilleurs afin de saturer une large portion du spectre mais ceux-ci sont peu discrets et non discriminants. Techniquement, la tâche est difficile car chaque sous-ensemble de l'appareil utilise une bande de fréquences propre : 2,4 GHz pour la radiocommande et la télémétrie de vol ; 5,8 GHz ou 1,2 GHz pour la vidéo FPV, 1,5 GHz pour le GPS, 900 MHz pour la charge utile, etc.

Ici c'est un hélicoptère à pas collectif qui sert de drone pour la police américaine. Ce type d'engin est très performant mais plus coûteux, plus dangereux et moins polyvalent qu'un multicoptère moderne.

Par ailleurs, les drones qui suivent une trajectoire préprogrammée de points GPS sont totalement passifs. On peut bien sûr brouiller les signaux GPS mais on se prive alors soi-même d'un outil souvent indispensable. Sans compter qu'il existe des accéléromètres et des logiciels de reconnaissance de terrain qui peuvent remplacer le GPS. Lord d'un colloque international organisé fin mai 2015 en France, l'ONERA annonçait que les recherches sur la détection des drones de petite taille avançaient et qu'une solution concrète serait disponible endéans les 18 mois. Le même organisme travaille parallèlement sur la miniaturisation de charges utiles et de capteurs ultra-performants.

Les multicoptères sont très difficiles à repérer. Leur construction en plastique les rend furtifs d'autant que leur faible vitesse les confond dans le "ground clutter" des radars à effet Doppler. Ils n'émettent pratiquement pas d'infrarouges et leur forme squelettique rend leur visualisation problématique, surtout devant un paysage complexe. Leur vol peut être erratique ; ils profitent du moindre obstacle, jusqu'à l'altitude zéro. Par exemple, un drone peut se poser derrière un rocher et "attendre" que la sentinelle tourne la tête pour "sauter" jusqu'à un autre couvert. Il peut aussi coordonner son vol avec celui d'autres appareils du même essaim. Les drones peuvent se "coller"à un mur et même à un plafond ! De nuit, le drone est tout simplement invisible et ses moteurs électriques sont inaudibles à quelques dizaines de mètres.

Les drones peuvent aisément se "coller"à un mur, comme ce modèle en forme d'avion.

Même quand il est repéré, le drone n'est pas aisé à abattre. La cible est petite et extrêmement mobile. Il faut beaucoup de chance ou une forte densité de feu...

Cela dit, les drones ont quelques points faibles critiques lors d'une utilisation militaire. Tout d'abord, la portée réelle des émetteurs-récepteurs. Ceux-ci sont conçus pour une utilisation à vue. N'oublions pas qu'à l'origine ce sont des jouets. Les ensembles RC en 2,4 GHz ont une portée de plusieurs kilomètres en ligne de vue mais celle-ci se dégrade dès qu'un obstacle s'interpose entre le drone et le pilote. Les micro-ondes offrent une bande passante élevée mais sont absorbées par les matériaux diélectriques et réfléchis par les autres : roche, métal, béton, etc. Quand un drone évolue dans un bâtiment, il le fait uniquement sur base des reflets du signal sur les structures environnantes. Dans ces conditions la portée se réduit à quelques centaines ou quelques dizaines de mètres. Techniquement il est possible d'augmenter cette portée à l'aide de relais. Ces relais peuvent être d'autres drones ; ceux-ci forment alors un véritable réseau mobile. Ces solutions exigent une compétence technique pointue. Il s'agit toujours de "COTS" mais la mise en œuvre est réservée aux experts. Les puissances d'émission autorisées pour les jouets volants sont limitées par la législation internationale, particulièrement en Europe. Bien sûr, on peut se procurer en Chine des modules dix ou cent fois plus puissants, simplement via Internet. A nouveau, l'adaptation demande un niveau de compétence suffisant. De nombreux forums permettent cependant de trouver une aide en ligne efficace. Par ailleurs, on peut commander du matériel "direct de Chine" selon ses propres spécifications, par exemple sous le couvert d'une boutique ou d'une fédération de modélisme. Les quantités minimales pour la production de modules "customisés" sont étonnamment faibles, de l'ordre d'une centaine de pièces. Ironiquement, la majorité des usines chinoises produisant des jouets techniques sont directement ou indirectement aux mains de l'armée chinoise...

DHL et Amazon étudient la possibilité de livrer des colis par drone.

En fin de compte, même en ayant recours aux moyens COTS les plus perfectionnés, la portée maximale d'un drone commercial ne dépasse pas une dizaine de kilomètres en ligne de vue ou quelques centaines de mètres en terrain accidenté (forêt ou agglomération). Les opérateurs se trouvent donc relativement proches de l'action et peuvent donc être exposés, sauf en cas de vol 100% autonome, à guidage par GPS et parcours pré-enregistré.
La fragilité est un autre point faible des drones commerciaux. Le moindre impact suffit à les abattre. Ce qui ne veut pas dire que les drones n'ont aucune résilience au combat. Le concept même de la formule "multicoptère" est capable de compenser automatiquement la perte d'un "bras". Par ailleurs, vu le prix réduit des appareils, il suffit d'engager plusieurs drones pour les missions les plus critiques.

Sur le plan administratif/logistique, il faut tenir compte de l'absence totale de contrôle de qualité. Comme pour toutes les productions "low cost" chinoises, une pièce sur vingt est défectueuse à la livraison et une autre cassera pendant la première heure d'utilisation. Le SAV chinois contourne ce problème en remplaçant tout matériel défectueux "no questions asked" mais les délais sont importants et entre-temps la mission peut avoir échoué... Curieusement, une fois le drone réglé, testé et "rôdé", il s'avère fiable et robuste. Les modélistes constatent des dizaines voire des centaines d'utilisations entre deux pannes, ce qui est remarquable vu la haute technologie et le coût très bas du matériel.

Cet amateur a fabriqué une véritable station de contrôle mobile afin de piloter son drone à distance. Les antennes à haut gain permettent d'augmenter la portée.

Le dernier point faible est l'autonomie en vol, qui varie de 5 à 30 minutes selon la taille du drone, charge utile et la puissance maintenue en réserve. 15 minutes de vol peut sembler très peu mais à une vitesse moyenne de 10 m/sec cela suffit pour patrouiller une dizaine de kilomètres : le périmètre d'une base militaire par exemple. Pour conserver un appareil en permanence en vol, il suffit de deux opérateurs, un véhicule de type "pick-up" et au moins deux drones. Le remplacement des batteries et l'initialisation "pré-vol" durent quelques secondes et l'appareil est prêt à repartir. La maintenance est minimale est peut se faire en fin de journée. La recharge des batteries dure une heure (charge normale) ou 15 minutes (charge d'urgence) mais on peut bien sûr emporter assez de batteries pré-chargées pour ne pas devoir s'en préoccuper pendant l'opération. Les accus Li-Po ne se déchargent pas spontanément et peuvent donc être préparés plusieurs jours à l'avance.

Typiquement, un détachement de drones militaires COTS comporterait 10 drones, deux véhicules, trois consoles de vol (PC portables avec écrans supplémentaires), des moyens de communications et de camouflage, quatre opérateurs et un chef de section. La formation des pilotes de drones est à la portée d'un soldat technicien, un opérateur radio par exemple. Vu la faible distance par rapport à l'objectif le personnel doit cependant appartenir à la catégorie opérationnelle, ce n'est pas un travail de bureau. En cas d'usage offensif des drones, il faut encore ajouter un véhicule et un armurier pour la manipulation des munitions.

FPV : "First Person View"
Les drones possèdent de nombreux modes de vol et de pilotage. Le plus spectaculaire est le "FPV". Dans ce mode, le pilote regarde un écran ou porte des lunettes vidéo projetant l'image perçue par la caméra du drone. Sur les modèles haut de gamme, un système de capteurs d'inclinaison permet à l'opérateur de "voir" sur les côtés lorsqu'il tourne la tête. Sur le drone, un berceau articulé reproduit les mouvements de la tête et oriente la caméra dans la direction voulue. De cette façon le pilote est en "immersion" totale dans l'environnement du drone.

Comme pour les pilotes des avions de combat les plus modernes, un affichage OSD (On Screen Display) superpose à l'image les données principales de télémétrie : autonomie des batteries, qualité de la liaison, altitude/vitesse, compas digital, etc. La précision du vol est spectaculaire, un bon pilote n'a aucun mal à se glisser sous les arbres, franchir une porte ou se cacher sous le châssis d'un camion. La perception de l'environnement (situational awareness) au niveau du commandant de section est encore améliorée en cas de partage des informations entre plusieurs drones et des observateurs munis de puissantes jumelles. A cela s'ajoutent les sources externes : radar de surveillance du champ de bataille, satellites de reconnaissance, drone en altitude, Link16, etc.

Dans le monde de l'aéromodélisme, le FPV s'impose maintenant comme une vraie discipline sportive, avec l'organisation de courses sur un parcours d'obstacles balisé dans une forêt, un chantier, un hall d'usine, etc. Visuellement, le pilote est plongé dans la célèbre scène de poursuite de Star Wars, chevauchant une "moto volante" dans les sous-bois de la lune Endror.

La "cerise sur le gâteau" est que certains logiciels fournis avec les drones sont "Open Source" et peuvent être modifiés librement. On peut programmer de nouvelles fonctions de vol ou de navigation mais aussi modifier l'image projetée au pilote. La firme Parrot a ainsi transformé le simple pilotage de son "AR Drone" en un jeu vidéo interactif grâce à la "réalité augmentée". Par exemple, lors d'un vol avec ses camarades dans un parc, le joueur est soudain poursuivi par des engins extraterrestres "photoréalistes" insérés dans l'image réelle par l'ordinateur. Les joueurs doivent alors s'allier pour détruire les envahisseurs à coups de lasers virtuels.

Pour un usage militaire, le logiciel peut par exemple identifier automatiquement les positions ennemies à l'image, catégoriser les cibles par priorité, coloriser les menaces, afficher les zones couvertes par les caméras de sécurité du site, renseigner l'itinéraire à suivre, la position des drones et soldats alliés, etc. En matière d’entraînement et de préparation de missions, les possibilités de simulation sont illimitées. Les moyens de développement des informaticiens et ingénieurs militaires combinés à la disponibilité des drones COTS décuplent les possibilités de ces nouveaux outils. Dans ce domaine, les USA, le Royaume-Uni, Israël et la France ont une sérieuse longueur d'avance. En 2013, l'armée britannique a déployé le nano drone "Hornet" en Afghanistan. Cette plate-forme de seulement 16 g permet une reconnaissance vidéo en FPV (pilotage sur écran) jusqu'à 800 m de distance. Le système comprenant 160 appareils et leurs stations de contrôle a été conçu spécifiquement pour les militaires. Il ne s'agit pas de COTS et la facture est à l'avenant : 20 millions de livres ! De nos jours n'importe qui peut acheter un jouet aux performances similaires pour quelques centaines d'euros...

Contact : laurent.schmitz@jivaro-models.org

Crédit photo : web

 
 
 
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