← Retour à Drone Academy
Module 1 — Introduction générale aux drones
Imaginez votre premier décollage : les hélices commencent à tourner,
le drone quitte doucement le sol et, en quelques secondes, vous
découvrez une perspective complètement différente du monde. Une
toiture, un paysage, un champ ou un chantier prennent soudain une
autre dimension. C'est cette combinaison entre technologie, aviation
et observation qui rend les drones si fascinants. Mais derrière un
appareil qui semble parfois simple à piloter se cachent de nombreux
principes intéressants. Dans ce module, nous allons découvrir ce
qu'est réellement un drone, d'où il vient, comment les différents
types fonctionnent et surtout ce qu'ils permettent de faire dans le
monde réel.
1.1 — Qu'est-ce qu'un drone ?
Le mot drone désigne généralement un aéronef capable
de voler sans pilote humain installé à bord. Il peut
être contrôlé à distance par un opérateur ou effectuer une partie de
son vol de manière automatisée grâce à des capteurs, un GPS et un
ordinateur de bord.
Le terme UAV signifie Unmanned Aerial
Vehicle, soit « véhicule aérien sans pilote ». Il désigne
principalement l'appareil volant lui-même.
On rencontre aussi le terme UAS, pour Unmanned
Aircraft System. Cette notion est plus large : elle comprend le
drone, mais également la télécommande, les logiciels, les systèmes de
communication et parfois les équipements utilisés au sol. Autrement
dit, l'UAS représente l'ensemble du système nécessaire pour exploiter
le drone.
Un multirotor est un drone équipé de plusieurs
moteurs et hélices. Le quadricoptère, qui possède quatre moteurs, est
aujourd'hui le format le plus connu. Les six-moteurs et huit-moteurs
sont également utilisés lorsque davantage de stabilité ou de capacité
de charge est nécessaire.
On peut simplifier les drones en trois grandes catégories d'usage :
- Loisir : photographie, vidéo, découverte du pilotage ou simple plaisir de voler.
- Professionnel : inspection, cartographie, agriculture, thermographie, construction, photographie spécialisée, etc.
- Militaire : reconnaissance, renseignement ou, dans certains cas, opérations armées.
Pourquoi sont-ils devenus aussi populaires ? Parce que les
technologies qui étaient autrefois coûteuses sont devenues beaucoup
plus accessibles. Les batteries sont plus performantes, les capteurs
plus petits, les GPS plus précis et les caméras beaucoup plus
abordables. Un petit drone moderne peut ainsi combiner caméra, GPS,
capteurs de stabilité et ordinateur de vol dans un appareil qui tient
parfois dans la paume de la main.
1.2 — Histoire des drones
L'histoire des drones commence bien avant les petits appareils que
nous connaissons aujourd'hui. Dès les années 1910,
des ingénieurs et des militaires expérimentent des aéronefs pouvant
être contrôlés à distance. Pendant la Première Guerre mondiale, les
États-Unis développent par exemple le Kettering Bug,
un avion sans pilote expérimental destiné à transporter une charge
explosive. Il n'est cependant jamais utilisé opérationnellement
pendant la guerre.
Durant les décennies suivantes, les technologies radiocommandées
progressent. Pendant la Seconde Guerre mondiale, puis
durant la Guerre froide, différents pays développent des appareils
sans pilote principalement pour l'entraînement, la reconnaissance et
les missions présentant des risques importants pour un pilote humain.
À partir des années 1960, les drones militaires
deviennent plus sophistiqués. Ils peuvent notamment effectuer des
missions de reconnaissance et recueillir des informations depuis les
airs. L'usage militaire reste alors largement dominant.
Le changement commence progressivement dans les
années 1990 et 2000. Les progrès de l'électronique,
des batteries, des systèmes GPS et des caméras numériques permettent
de construire des appareils plus petits et moins coûteux. Des
applications civiles apparaissent dans la photographie aérienne, la
recherche scientifique, la cartographie et l'inspection.
Puis arrive l'explosion du marché grand public durant les
années 2010. Des modèles comme le
DJI Phantom rendent la photographie aérienne
accessible à un public beaucoup plus large. Des entreprises comme
GoPro participent également à la popularisation des petites caméras
destinées aux activités sportives et aériennes.
Aujourd'hui, les drones ne sont donc plus uniquement des objets de
loisir. Ils sont devenus de véritables outils
professionnels. En Suisse et dans le reste de l'Europe, on
les retrouve notamment dans l'inspection des bâtiments, la
cartographie, l'agriculture, le suivi de chantiers et l'analyse de
surfaces.
L'évolution est finalement assez logique : une technologie
développée pour réaliser des missions difficiles ou dangereuses est
progressivement devenue un outil accessible permettant de
voir, mesurer et documenter depuis les airs.
1.3 — Les types de drones
Le plus courant
Multirotor
Le multirotor possède plusieurs moteurs et hélices qui lui
permettent de décoller verticalement et de rester presque immobile
dans les airs. Le quadricoptère possède quatre moteurs,
l'hexacoptère six et l'octocoptère huit.
Avantages : très maniable, décollage vertical, capable de rester stationnaire et relativement simple à utiliser.
Inconvénients : autonomie généralement limitée et consommation énergétique importante, car les moteurs doivent produire constamment de la poussée pour maintenir l'appareil en vol.
Usage typique : photographie aérienne, inspection de toitures, thermographie, cartographie de petites zones et loisirs.
Longue distance
Voilure fixe
Un drone à voilure fixe ressemble davantage à un petit avion. Ses
ailes produisent de la portance lorsqu'il avance dans l'air.
Avantages : excellente efficacité énergétique et grande autonomie. Il peut parcourir de longues distances et couvrir de vastes territoires.
Inconvénients : il ne peut généralement pas rester immobile sur place et nécessite davantage d'espace ou une méthode spécifique pour décoller et atterrir.
Usage typique : cartographie de grandes surfaces, surveillance environnementale, agriculture à grande échelle ou relevés géographiques.
Charge lourde
Hélicoptère drone
Un hélicoptère drone utilise généralement un rotor principal et un
rotor arrière, comme un hélicoptère classique.
Avantages : bonne capacité de charge et possibilité d'emporter des équipements relativement lourds. Certains modèles peuvent également offrir une autonomie importante.
Inconvénients : mécanique plus complexe, maintenance plus exigeante et coût généralement supérieur à celui d'un multirotor équivalent.
Usage typique : missions professionnelles spécialisées nécessitant une charge utile importante.
Le meilleur des deux mondes
Hybride VTOL
VTOL signifie Vertical Take-Off and Landing, soit
« décollage et atterrissage verticaux ». Un drone hybride VTOL
combine généralement des caractéristiques d'un multirotor et d'un
avion : il peut décoller verticalement comme un multirotor, puis
passer en vol horizontal pour profiter de l'efficacité d'une aile
fixe.
Avantages : combinaison de l'autonomie d'une voilure fixe et de la facilité de décollage d'un multirotor.
Inconvénients : conception et fonctionnement plus complexes.
Usage typique : cartographie de grandes zones, surveillance de territoires et missions nécessitant à la fois autonomie et flexibilité.
1.4 — Applications réelles
1. Photographie et vidéographie aérienne
C'est probablement l'application la plus connue. Un drone permet de
réaliser des images depuis des angles impossibles ou très coûteux
à obtenir avec un avion ou un hélicoptère.
Exemple : un photographe immobilier peut montrer
une propriété et son environnement depuis les airs. Dans le
tourisme, les drones permettent également de réaliser des images
de paysages suisses ou alpins.
2. Agriculture de précision
Les drones peuvent observer les cultures avec des caméras RGB ou
spécialisées, parfois capables d'analyser différentes
caractéristiques de la végétation.
Exemple : un agriculteur peut utiliser des images
aériennes pour repérer des zones présentant un développement
inhabituel et concentrer ensuite son inspection sur ces endroits
plutôt que sur l'ensemble du champ.
3. Inspection industrielle
Les drones permettent d'inspecter des endroits difficiles
d'accès : toits, ponts, façades, cheminées ou pylônes électriques.
Exemple : au lieu d'envoyer immédiatement un
technicien sur un toit difficile d'accès, un drone équipé d'une
caméra peut fournir une première vue détaillée de son état. Une
caméra thermique peut également révéler certaines anomalies de
température.
4. Secours et recherche
Lorsqu'une personne est portée disparue ou qu'une zone est
difficile d'accès, un drone peut rapidement couvrir une surface
importante.
Exemple : lors d'une opération de recherche en
montagne, un drone peut aider les équipes de secours à observer
certaines zones depuis les airs. Des modèles spécialisés peuvent
également être équipés de caméras thermiques.
5. Cartographie et modélisation 3D
En prenant de nombreuses photographies avec des positions connues,
un drone peut contribuer à créer une orthophoto, une carte aérienne
corrigée géométriquement, ou un modèle 3D d'une zone.
Exemple : une entreprise de géomatique peut
cartographier un chantier ou une carrière et produire un modèle
numérique permettant d'observer l'évolution du site.
6. FPV Racing
Le FPV, pour First Person View, permet au pilote de voir
presque comme s'il se trouvait à bord du drone grâce à une caméra
et des lunettes ou un écran.
Exemple : dans les compétitions de FPV Racing, les
pilotes font évoluer des drones très rapides à travers des
parcours comprenant des portes et des obstacles. Ici, la vitesse
et les réflexes sont au cœur de l'activité.
7. Livraison de colis
Des entreprises expérimentent ou utilisent des drones pour
transporter de petites marchandises dans certaines situations.
Exemple : des projets en Suisse et dans d'autres
pays européens ont étudié la livraison aérienne de médicaments ou
de matériel médical afin de réduire le temps nécessaire pour
atteindre certains lieux.
8. Construction et BTP
Sur un chantier, un drone peut régulièrement photographier le site
afin de suivre son évolution, documenter les travaux ou comparer
l'avancement avec les plans.
Exemple : une entreprise peut effectuer un relevé
aérien chaque semaine et comparer les données pour visualiser
l'évolution du chantier ou mesurer certaines surfaces et volumes.
1.5 — Vocabulaire essentiel
- Roll
- Rotation du drone autour de son axe longitudinal (avant-arrière) : le drone s'incline vers la gauche ou la droite.
- Pitch
- Inclinaison vers l'avant ou l'arrière. En pratique, incliner le drone vers l'avant permet généralement de le faire avancer.
- Yaw
- Rotation du drone autour de son axe vertical : le drone tourne vers la gauche ou la droite sans nécessairement changer de direction de déplacement.
- Throttle
- Contrôle la puissance générale des moteurs, donc principalement la montée ou la descente du drone.
- ESC — Electronic Speed Controller
- Contrôleur électronique qui commande la vitesse d'un moteur. Chaque moteur possède généralement son propre ESC.
- FC — Flight Controller
- Le cerveau du drone : il reçoit les informations des capteurs et les commandes du pilote, puis ajuste les moteurs plusieurs fois par seconde.
- LiPo — Lithium Polymer
- Batterie lithium-polymère couramment utilisée dans les drones, avec un excellent rapport poids/énergie, mais qui doit être manipulée avec soin.
- FPV — First Person View
- « Vue à la première personne » : une caméra sur le drone transmet une image en direct au pilote, via des lunettes ou un écran.
- RTF / BNF / ARF
- Ready To Fly (prêt à voler), Bind-N-Fly (à associer à une radiocommande) et Almost Ready To Fly (montage partiel requis).
- PID — Proportional Integral Derivative
- Système mathématique utilisé par le contrôleur de vol pour corriger les mouvements, en comparant le mouvement souhaité au mouvement réel.
- GPS / GNSS
- Le GPS est le système satellite américain ; GNSS désigne l'ensemble des systèmes équivalents (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou), utilisés pour la position du drone.
- Failsafe
- Mécanisme de sécurité définissant l'action du drone en cas de problème (ex. perte de la radiocommande) : retour automatique ou atterrissage.
Points clés à retenir
- Un drone est un aéronef capable de voler sans pilote humain à bord.
- UAV désigne principalement l'appareil volant, tandis que UAS désigne l'ensemble du système.
- Les multirotors sont les drones les plus courants grâce à leur stabilité, leur maniabilité et leur capacité à rester stationnaires.
- Les drones à voilure fixe sont particulièrement adaptés aux longues distances et aux grandes surfaces.
- Les drones sont aujourd'hui utilisés dans de nombreux secteurs : inspection, agriculture, cartographie, construction, secours et audiovisuel.
- Le Flight Controller est le cerveau du drone : il interprète les informations des capteurs et commande les moteurs.
- Piloter un drone ne consiste pas seulement à faire voler une caméra : c'est utiliser un système combinant mécanique, électronique, informatique, capteurs et parfois géolocalisation.
Quiz — Testez vos connaissances