Véhicule aérien sans pilote (Unmanned aerial vehicle)

Un véhicule aérien sans pilote (UAV), également connu sous le nom de système d'avion sans pilote (UAS), et communément appelé drone aérien ou simplement drone, est un avion qui fonctionne sans pilote humain, sans équipage ou sans passagers à bord, s'appuyant plutôt sur une télécommande ou un fonctionnement autonome. Initialement développés tout au long du XXe siècle pour des opérations militaires jugées « ennuyeuses, sales ou dangereuses » pour le personnel humain, les drones sont devenus des atouts indispensables pour la plupart des forces armées au XXIe siècle. À mesure que les technologies de contrôle progressaient et que les coûts diminuaient, leur application s'est considérablement étendue à de nombreux secteurs non militaires. Ces diverses applications englobent la photographie aérienne, la couverture de zones étendues, l'agriculture de précision, la surveillance des incendies de forêt et des rivières, la surveillance environnementale, l'observation météorologique, les activités de police et de surveillance, les inspections des infrastructures, les opérations de contrebande illicites, les livraisons de produits, le divertissement et les courses de drones compétitives.

Un véhicule aérien sans pilote (UAV) ou système d'avion sans pilote (UAS), communément appelé drone aérien ou simplement drone, est un avion sans pilote humain, sans équipage ou passagers à bord, mais est plutôt contrôlé à distance ou autonome. Les drones ont été initialement développés au XXe siècle pour des missions militaires trop « ennuyeuses, sales ou dangereuses » pour les humains, et au XXIe siècle, ils sont devenus des atouts essentiels pour la plupart des armées. À mesure que les technologies de contrôle s'amélioraient et que les coûts diminuaient, leur utilisation s'est étendue à de nombreuses applications non militaires. Ceux-ci incluent la photographie aérienne, la couverture géographique, l'agriculture de précision, la surveillance des incendies de forêt, la surveillance des rivières, la surveillance environnementale, l'observation météorologique, le maintien de l'ordre et la surveillance, les inspections des infrastructures, la contrebande, les livraisons de produits, le divertissement et les courses de drones.

Un défi important consiste à intégrer la technologie des drones aériens dans la législation existante sur la confidentialité.

Terminologie

Divers termes sont utilisés pour décrire les aéronefs qui fonctionnent sans occupants humains.

Un véhicule aérien sans pilote (UAV) est formellement défini comme un « véhicule aérien propulsé qui ne transporte pas d'opérateur humain, utilise des forces aérodynamiques pour assurer le levage du véhicule, peut voler de manière autonome ou être piloté à distance, peut être consommable ou récupérable et peut transporter une charge utile mortelle ou non mortelle. » Le terme drone est fréquemment associé aux applications militaires. Alors que les missiles équipés d'ogives ne sont généralement pas classés comme drones car le véhicule lui-même constitue une munition, certains missiles à hélice sont souvent appelés familièrement « drones kamikaze » par le public et les médias. En outre, la relation entre les drones et les modèles réduits d’avions télécommandés reste ambiguë dans certaines juridictions. La Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis classe actuellement tout engin volant sans pilote comme un UAV, quel que soit son poids. Des désignations similaires incluent les avions télépilotés (RPA) et les véhicules aériens télépilotés (RPAV).

Les UAV ou RPAV peuvent également être conceptualisés comme des composants intégrés d'un système d'avion sans pilote (UAS), qui comprend en outre un contrôleur au sol et un système de communication reliant l'avion. Le Département de la Défense des États-Unis (DoD) et la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis ont officiellement adopté le terme UAS en 2005, comme indiqué dans leur Feuille de route des systèmes d'avions sans pilote 2005-2030. Cette terminologie a également été adoptée par l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) et la British Civil Aviation Authority, et elle est utilisée dans la feuille de route de l'Union européenne pour la recherche sur la gestion du trafic aérien (ATM) dans le ciel unique européen (SES) (entreprise commune SESAR) pour 2020. Cette désignation souligne l'importance d'éléments au-delà de l'avion lui-même, notamment les stations de contrôle au sol, les liaisons de données et d'autres équipements de soutien essentiels. Les termes associés incluent système de véhicule aérien sans pilote (UAVS) et système d'avion télépiloté (RPAS). Une multitude de termes similaires sont actuellement utilisés. En vertu d'une nouvelle réglementation entrée en vigueur le 1er juin 2019, le gouvernement canadien a adopté le terme RPAS pour désigner « un ensemble d'éléments configurables comprenant un aéronef télépiloté, son poste de contrôle, les liaisons de commande et de contrôle et tout autre élément du système requis pendant l'opération de vol. »

Dans le discours général, « drone » est fréquemment appliqué aux UAV militaires et civils, tandis que les documents techniques et réglementaires préfèrent souvent des termes tels que UAV, UAS, RPAS ou aéronef sans équipage. Le terme drone a des racines historiques dans l'aviation, avec les premières applications faisant référence à des avions cibles pilotés à distance utilisés pour la pratique du tir sur cuirassé, illustrés par l'hydravion biplan Fairey Queen des années 1920 et le biplan de Havilland Queen Bee des années 1930. Les exemples ultérieurs comprenaient l'Airspeed Queen Wasp et le Miles Queen Martinet, finalement remplacés par le GAF Jindivik. Ce terme continue d'être largement utilisé. Au-delà de leurs logiciels, les drones autonomes intègrent une gamme de technologies avancées, telles que le cloud computing, la vision par ordinateur, l'intelligence artificielle, l'apprentissage automatique, l'apprentissage profond et les capteurs thermiques, leur permettant d'exécuter des missions sans intervention humaine. À des fins récréatives, un drone de photographie aérienne est défini comme un avion doté de capacités vidéo à la première personne, de fonctions autonomes ou des deux.

Le descripteur « sans équipage » est parfois utilisé comme alternative à « sans pilote » lorsqu'on fait référence aux drones.

Types de classification

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) peuvent être classés de la même manière que les autres aéronefs, en fonction de configurations de conception telles que le poids ou le type de moteur, l'altitude de vol maximale, l'autonomie opérationnelle et les rôles spécifiques. Le ministère de la Défense des États-Unis classe les drones en cinq classes distinctes.

Les méthodologies de classification supplémentaires pour les drones incluent :

Autonomie et endurance

Les drones sont généralement classés en cinq classes en fonction de leur portée opérationnelle et de leurs capacités d'endurance.

Taille

Les drones sont généralement regroupés en quatre catégories de taille, déterminées selon qu'au moins une dimension (longueur ou envergure) respecte des limites prédéfinies spécifiques.

Poids

Les drones sont classés en cinq classes en fonction de leur poids.

L'Organisation du Traité de l'Atlantique Nord (OTAN) utilise un système de classification comparable.

Degré d'autonomie

Les drones peuvent également être classés en fonction du niveau d'autonomie affiché lors de leurs opérations aériennes. L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) distingue les avions sans pilote comme étant soit télépilotés, soit entièrement autonomes. Certains drones intègrent des niveaux d'autonomie intermédiaires ; par exemple, un véhicule peut être principalement piloté à distance mais doté d'une fonction de retour autonome à la base. Certaines conceptions d'avions permettent un vol avec ou sans pilote en option, englobant des avions avec pilote convertis en UAV (OPV) éventuellement pilotés. Les opérations aériennes des drones peuvent aller du contrôle à distance par un opérateur humain, désigné comme avion télépiloté (RPA), à divers modes autonomes, y compris l'assistance du pilote automatique, aboutissant à des avions entièrement autonomes qui fonctionnent sans intervention humaine.

Altitude

Lors d'événements de l'industrie, tels que le forum ParcAberporth Unmanned Systems, les drones ont été classés par altitude en utilisant les classifications suivantes :

• Portable : capable d'atteindre une altitude de 2 000 pieds (600 m) et une portée d'environ 2 km.
• Fermer : conçu pour des altitudes allant jusqu'à 1 500 m (5 000 pieds) et une portée allant jusqu'à 10 km.
• Type OTAN : opérationnel à des altitudes allant jusqu'à 10 000 pieds (3 000 m) avec une portée allant jusqu'à 50 km.
• Tactique : atteignant des altitudes de 18 000 pieds (5 500 m) et possédant une portée approximative de 160 km.
• MALE (moyenne altitude, longue endurance) : capable d'atteindre des altitudes allant jusqu'à 30 000 pieds (9 000 m) et des portées supérieures à 200 km.
• HALE (haute altitude, longue endurance) : fonctionnement au-dessus de 9 100 m (30 000 pieds) avec une portée indéfinie.
• Hypersonique : caractérisé par un vol à grande vitesse, soit supersonique (Mach 1 à 5) ou hypersonique (Mach 5+), atteignant des altitudes de 50 000 pieds (15 200 m) ou des niveaux suborbitaux, avec une portée supérieure à 200 km.
• Orbitale : conçue pour une orbite terrestre basse (Mach 25+).
• Cis-Lunaire : capable de transfert Terre-Lune.
• Système de guidage du transporteur assisté par ordinateur (CACGS) pour les drones

Critères composites

La classification des systèmes aériens sans pilote (UAS) de l'armée américaine illustre une approche à critères composites, catégorisant les drones en fonction de leur poids, de leur altitude maximale et de leur vitesse.

Type d'ascenseur

FFLO

L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) classe les avions à portance avant uniquement avec l'indicatif de type FFLO, qui fait référence aux drones à voilure fixe ressemblant à des avions.

VFHC

L'OACI classe les avions à capacité de vol/survol vertical avec l'indicatif de type VFHC, qui désigne les drones utilisant des pales rotatives pour la portance et la propulsion.

Sources d'alimentation

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) peuvent être classés en fonction de leur puissance ou de leur source d'énergie, un facteur qui influence de manière cruciale leur durée opérationnelle, leur portée et leur empreinte écologique. Les principales classifications sont :

• Alimentés par batterie (électrique) : ces drones utilisent des batteries rechargeables, offrant un fonctionnement silencieux et des besoins de maintenance réduits, bien que souvent avec des durées de vol limitées. Leur signature acoustique minimale les rend adaptés au déploiement urbain et aux missions discrètes.
• Propulsés au carburant (combustion interne) : fonctionnant avec des carburants conventionnels tels que l'essence ou le diesel, ces drones atteignent généralement des temps de vol plus longs, mais ont tendance à être plus bruyants et nécessitent un entretien plus important. Ils sont généralement déployés dans des scénarios nécessitant une endurance prolongée ou des capacités de charge utile substantielles.
• Hybride : intégrant à la fois des sources d'énergie électrique et à carburant, les drones hybrides s'efforcent d'optimiser les performances et l'efficacité en tirant parti des avantages des deux systèmes. Cette configuration facilite une polyvalence accrue dans les profils de mission et une plus grande adaptabilité à diverses demandes opérationnelles.
• Pile à combustible à hydrogène : les piles à combustible à hydrogène présentent le potentiel de durées de vol plus longues que les batteries, ainsi qu'un fonctionnement plus discret (sans signature thermique) que les moteurs à combustion. La densité énergétique substantielle inhérente à l'hydrogène le positionne comme une alternative viable et prometteuse pour les futures technologies de propulsion des drones.
• Énergie solaire : les véhicules aériens sans pilote (UAV) équipés de panneaux solaires possèdent le potentiel de prolonger la durée de vol, en particulier à haute altitude, en convertissant efficacement l'énergie solaire. Ces drones à énergie solaire sont particulièrement adaptés aux missions d'endurance prolongée et à diverses applications de surveillance environnementale.
• Propulsion nucléaire : bien que la propulsion nucléaire ait été étudiée pour les avions plus gros, son intégration dans les véhicules aériens sans pilote (UAV) reste en grande partie un concept théorique, principalement en raison de problèmes de sécurité importants et d'obstacles réglementaires complexes. Alors que la recherche dans ce domaine se poursuit, des défis considérables doivent être surmontés avant que le déploiement pratique puisse avoir lieu.

Historique

19e siècle

Premiers véhicules aériens sans pilote

Le premier déploiement documenté d'un véhicule aérien sans pilote au combat a eu lieu en juillet 1849, impliquant un porte-ballons (un précurseur des porte-avions modernes) lors de la première application offensive de la puissance aérienne dans l'aviation navale. Les forces autrichiennes, engagées dans le siège de Venise, s'efforcent de déployer environ 200 ballons incendiaires contre la ville assiégée. Alors que la plupart des ballons ont été lancés depuis la terre ferme, une partie a également été déployée depuis le navire autrichien SMS Vulcano. Au moins un engin explosif a réussi à atteindre la ville ; Cependant, un changement de direction du vent après le lancement a fait que la majorité des ballons ont manqué leurs cibles, certains d'entre eux dérivant même au-dessus des positions autrichiennes et du navire de lancement Vulcano.

En 1903, l'ingénieur espagnol Leonardo Torres Quevedo a présenté un système radiocommandé, appelé Telekino, à l'Académie des sciences de Paris. Cette innovation a été conçue pour faciliter les tests de dirigeables tout en atténuant les risques pour le personnel humain.

20e siècle

Des progrès substantiels dans la technologie des drones ont commencé au XXe siècle, se concentrant initialement sur la création de cibles d'entraînement pour l'entraînement militaire. La première tentative de production d'un véhicule aérien sans pilote (UAV) motorisé fut la « cible aérienne » d'A. M. Low en 1916. Low a vérifié que le monoplan de Geoffrey de Havilland avait réalisé un vol contrôlé le 21 mars 1917, en utilisant le système radio de Low. À la suite de cette démonstration réussie au printemps 1917, Low fut réaffecté en 1918 à la Royal Navy pour développer des lancements à moteur rapides contrôlés par avion, connus sous le nom de DCB, destinés aux assauts contre les infrastructures maritimes et portuaires. Il a également aidé le Wing Commander Brock à préparer le raid sur Zeebrugge. Ces efforts ont ouvert la voie à d'autres innovations britanniques sans pilote, aboutissant au déploiement de plus de 400 cibles aériennes de Havilland 82 Queen Bee en 1935.

En 1915, Nikola Tesla a conceptualisé une flotte de véhicules de combat aériens sans équipage. Ces premiers progrès ont également stimulé la création du Kettering Bug par Charles Kettering de Dayton, Ohio, et de l'avion automatique Hewitt-Sperry. Tous deux ont été initialement conçus comme des avions sans équipage capables de livrer une charge utile explosive à une cible spécifiée. Le développement a persisté tout au long de la Première Guerre mondiale, au cours de laquelle la Dayton-Wright Airplane Company a conçu une torpille aérienne sans pilote conçue pour exploser à un moment prédéterminé.

En 1935, Reginald Denny, acteur de cinéma et passionné de maquettes d'avions, a été le pionnier du développement du premier véhicule télépiloté à l'échelle.

À la fin des années 1930, des chercheurs soviétiques ont mené des expériences impliquant la télécommande du Tupolev TB-1. bombardiers.

Seconde Guerre mondiale

En 1940, Reginald Denny a créé la Radioplane Company, ce qui a conduit à l'émergence d'autres modèles de véhicules aériens sans pilote (UAV) pendant la Seconde Guerre mondiale. Ceux-ci étaient utilisés à la fois pour entraîner les artilleurs anti-aériens et pour exécuter des missions d'attaque. L'Allemagne nazie a fabriqué et déployé plusieurs drones pendant le conflit, notamment l'Argus As 292 et la bombe volante à réaction V-1. L'Italie fasciste a également développé une variante de drone télécommandé spécialisé du Savoia-Marchetti SM.79, bien que son déploiement opérationnel ait été empêché par l'armistice avec l'Italie.

Période d'après-guerre

Après la Seconde Guerre mondiale, les progrès réalisés dans le domaine des véhicules aériens sans équipage (UAV) comprenaient des modèles tels que le JB-4 américain, qui utilisait le guidage par télévision et radio, le GAF Jindivik australien et le Teledyne Ryan Firebee I de 1951. Parallèlement, des sociétés telles que Beechcraft ont introduit des offres comme leur modèle 1001 pour la marine américaine en 1955. Ces premiers systèmes ont largement fonctionné comme des avions télécommandés jusqu'à la guerre du Vietnam. époque. En 1959, l’US Air Force a lancé la planification du déploiement d’avions sans équipage, motivée par les inquiétudes concernant les pertes de pilotes dans un espace aérien hostile. Cette planification s'est accélérée après l'abattage par l'Union soviétique d'un avion U-2 en 1960, conduisant à la mise en place rapide d'un programme de drones hautement classifié nommé « Red Wagon ». L'incident du golfe du Tonkin en août 1964, impliquant les forces navales des États-Unis et du Nord-Vietnam, a marqué les débuts opérationnels de drones américains hautement classifiés, notamment le Ryan Model 147, le Ryan AQM-91 Firefly et le Lockheed D-21, dans des missions de combat pendant la guerre du Vietnam. Lorsque le gouvernement chinois a publié publiquement des photographies d'UAV américains abattus via Wide World Photos, la position officielle des États-Unis était « sans commentaire ».

Pendant la guerre d'usure (1967-1970) au Moyen-Orient, les agences de renseignement israéliennes ont mené des essais sur les premiers véhicules aériens tactiques sans équipage (UAV) équipés de caméras de reconnaissance. Ces drones ont réussi à capturer et à transmettre des images au-delà du canal de Suez. Cette période a marqué le développement initial et les tests de combat de drones tactiques capables d'opérer à partir de pistes courtes, les distinguant de leurs homologues plus lourds et propulsés par des avions à réaction.

Pendant la guerre du Yom Kippour en 1973, Israël a déployé des véhicules aériens sans équipage (UAV) comme leurres, incitant les forces adverses à dépenser de coûteux missiles anti-aériens. À la suite de ce conflit, plusieurs membres principaux de la première équipe de développement d’UAV ont créé une start-up axée sur la commercialisation de la technologie des UAV. Cette société a ensuite été acquise par Tadiran, ce qui a finalement conduit à la création du premier drone israélien indigène.

En 1973, l'armée américaine a officiellement reconnu son déploiement de véhicules aériens sans équipage (UAV) en Asie du Sud-Est pendant la guerre du Vietnam. Ce conflit a entraîné la mort de plus de 5 000 aviateurs américains et plus de 1 000 disparus ou capturés. La 100e Escadre de reconnaissance stratégique de l'USAF a mené environ 3 435 missions de drones, entraînant la perte d'environ 554 drones en raison de divers facteurs. Le général George S. Brown, commandant de l'Air Force Systems Command, a déclaré en 1972 que « la seule raison pour laquelle nous avons besoin (des drones) est que nous ne voulons pas dépenser inutilement l'homme dans le cockpit ». Plus tard cette année-là, le général John C. Meyer, commandant en chef du Commandement aérien stratégique, affirmait : « nous laissons le drone effectuer le vol à haut risque… le taux de perte est élevé, mais nous sommes prêts à risquer davantage d'entre eux… ils sauvent des vies ! Cela a incité Israël à développer l’IAI Scout, le premier véhicule aérien sans équipage (UAV) capable d’effectuer une surveillance en temps réel. Les images de renseignement et les leurres radar générés par ces drones ont joué un rôle déterminant dans la neutralisation complète par Israël des défenses aériennes syriennes au début de la guerre du Liban en 1982, évitant ainsi toute perte de pilotes. De plus, en 1987, Israël a utilisé des drones pour des démonstrations de validation de principe de super-agilité et de vol contrôlé après décrochage dans le cadre de simulations de vols de combat. Ces simulations incorporaient des fonctionnalités avancées telles que des conceptions sans queue, une technologie furtive, une commande de vol à vecteur de poussée tridimensionnelle et un pilotage à réaction.

Véhicules aériens sans équipage d'après-guerre froide

Les années 1980 et 1990 ont été témoins de la maturation et de la miniaturisation des technologies pertinentes, conduisant à un intérêt accru pour les véhicules aériens sans équipage (UAV) parmi les hauts responsables militaires américains. Le gouvernement américain a financé le Centre de lutte contre le terrorisme (CTC) au sein de la CIA, dont l’objectif est de lutter contre le terrorisme grâce à une technologie avancée de drones. Dans les années 1990, le ministère américain de la Défense a attribué un contrat à AAI Corporation en collaboration avec la société israélienne Malat. La marine américaine a ensuite acquis le drone AAI Pioneer, un produit de ce développement conjoint. De nombreux drones de ce type ont été déployés pendant la guerre du Golfe de 1991, démontrant leur potentiel en tant que plates-formes de combat plus rentables et plus performantes, pouvant être déployées sans mettre en danger les équipages. Alors que les premières générations servaient principalement à des rôles de surveillance, certains modèles, comme le General Atomics MQ-1 Predator, étaient armés et capables de lancer des missiles air-sol AGM-114 Hellfire.

Les années 2000

CAPECON, une initiative de l'Union européenne axée sur le développement de véhicules aériens sans équipage (UAV), a été active du 1er mai 2002 au 31 décembre 2005.

En 2012, l'armée de l'air américaine (USAF) utilisait 7 494 drones, représentant près d'un tiers de sa flotte totale d'avions. La Central Intelligence Agency a également déployé des drones. En 2013, au moins 50 pays avaient adopté la technologie des drones, des pays comme la Chine, l’Iran, Israël, le Pakistan et la Turquie développant leurs propres variantes locales. L'expansion continue de l'utilisation des drones et leur prolifération généralisée ont empêché la compilation d'un inventaire complet des systèmes de drones.

En 2006, la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis a autorisé l'exploitation de véhicules aériens sans pilote dans l'espace aérien civil, sous réserve de réglementations spécifiques. Cette décision a établi le cadre juridique fondamental pour le déploiement de drones grand public aux États-Unis.

En 2013, DJI a présenté le Phantom, son premier modèle de drone entièrement assemblé. Au prix de 629 $, le Phantom se positionnait comme un appareil d'entrée de gamme, offrant une expérience nettement plus conviviale que les alternatives du marché contemporain. Le DJI Phantom est largement considéré comme l’un des drones grand public les plus marquants jamais développés. Sa combinaison d'abordabilité, d'accessibilité et de logiciel intuitif a rapidement dominé le marché des drones grand public, attirant aussi bien les amateurs que les professionnels, et popularisant le facteur de forme moderne des drones de photographie aérienne auprès du grand public. En 2017, DJI détenait à lui seul plus de 75 % de la part de marché mondiale des drones grand public.

Un drone Kargu 2 aurait engagé et attaqué une cible humaine en Libye en 2020, comme détaillé dans un rapport de mars 2021 du Groupe d'experts du Conseil de sécurité de l'ONU sur la Libye. Cet incident marque potentiellement le premier cas documenté d'un système d'arme létale autonome attaquant des êtres humains.

La technologie avancée des drones, en particulier le Bayraktar TB2 turc, a contribué de manière significative aux réalisations militaires de l'Azerbaïdjan dans la guerre du Haut-Karabakh contre l'Arménie en 2020.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) font également partie intégrante des missions de la NASA. L'hélicoptère Ingenuity, un drone autonome, a opéré sur Mars de 2021 à 2024. Depuis 2024, le vaisseau spatial Dragonfly est en cours de développement, dans le but d'atteindre et d'étudier Titan, la lune de Saturne. Sa mission principale implique une exploration approfondie de la surface, élargissant ainsi la zone de recherche au-delà de ce que les précédents atterrisseurs pouvaient couvrir. En tant que drone, Dragonfly facilitera l’examen de compositions de sols potentiellement diverses. Le lancement du drone est prévu en 2027, avec un temps de transit estimé à sept ans vers le système saturnien.

Les progrès en matière de miniaturisation favorisent également le développement de petits drones, qui peuvent être déployés individuellement ou dans le cadre d'une flotte, permettant l'étude efficace de vastes zones dans un laps de temps relativement court.

Le 13 avril 2024, les Gardiens de la révolution iraniens et des groupes alliés au sein de l'Axe de la Résistance ont lancé des frappes contre Israël, lançant environ 300 drones sur une distance d'environ 1 500 kilomètres.

Les données de GlobalData indiquent que le marché mondial des systèmes aériens sans équipage (UAS) militaires, une composante importante de l'industrie des drones, devrait atteindre un taux de croissance annuel composé de 4,8 % au cours de la prochaine décennie. Cette trajectoire suggère un quasi-doublement de la valorisation boursière, passant de 12,5 milliards de dollars en 2024 à environ 20 milliards de dollars d'ici 2034.

La guerre russo-ukrainienne

L'invasion russe de l'Ukraine en 2022 a été largement qualifiée de premier conflit à grande échelle visant à intégrer largement les véhicules aériens sans pilote (UAV) commerciaux et grand public dans les opérations militaires. Plus précisément, des quadricoptères et des drones à vue à la première personne (FPV), équipés de capteurs et d'explosifs, ont été déployés pour diverses missions et applications tactiques. La disponibilité généralisée et le prix abordable des drones grand public et des petits drones ont fondamentalement remodelé la guerre moderne, favorisant l'émergence de nouvelles stratégies offensives et défensives.

Pendant le conflit, l'Ukraine et la Russie ont largement utilisé de petits drones grand public pour la surveillance tactique, les opérations de frappe et la diffusion de la propagande. Ces drones grand public ont été acquis via divers canaux, notamment des acquisitions gouvernementales, des amateurs individuels et des dons internationaux soutenant les deux belligérants. Souvent, ces drones étaient exploités par des passionnés de drones civils recrutés dans les forces armées. Leur adoption généralisée a été attribuée à leur prix abordable, leurs hautes performances, leur fiabilité et leur disponibilité commerciale. Malgré les tentatives des fabricants de restreindre les applications militaires des produits de consommation, ces efforts ont eu un impact limité, car les donateurs et les acheteurs ont contourné les restrictions en expédiant des drones à travers les frontières via des intermédiaires et en modifiant leurs logiciels. En Ukraine, les petits drones commerciaux et les drones FPV sont devenus un élément omniprésent et indispensable de l'effort de guerre.

Conception

Les avions avec ou sans équipage du même type présentent généralement des architectures physiques comparables. Des distinctions clés apparaissent dans le cockpit, les systèmes de contrôle environnemental et les appareils de survie. Certains drones, conçus pour transporter des charges utiles nettement plus légères qu’un humain adulte (par exemple des caméras), peuvent donc être considérablement plus petits. Bien qu'ils soient équipés d'armements substantiels, les drones militaires armés possèdent généralement une masse inférieure à celle de leurs équivalents avec équipage équipés d'armes similaires.

Les petits drones civils ne disposent pas de systèmes vitaux, ce qui permet une construction à partir de matériaux plus légers et moins robustes et des géométries non conventionnelles, ainsi que le déploiement de systèmes de contrôle électronique moins rigoureusement validés. La configuration quadricoptère a gagné en importance pour les petits drones, une conception rarement adoptée pour l'aviation avec équipage. La miniaturisation permet l'utilisation de technologies de propulsion moins puissantes, telles que des moteurs électriques compacts et des batteries, qui ne sont pas pratiques pour les avions avec équipage.

Les systèmes de contrôle des drones s'écartent souvent de ceux utilisés dans les avions avec équipage. Dans les opérations à distance contrôlées par l'homme, les fenêtres du cockpit sont presque universellement supplantées par des caméras et des liaisons vidéo, tandis que les commandes physiques du cockpit sont remplacées par des commandes numériques transmises par radio. Le logiciel de pilote automatique est intégré aux avions avec et sans équipage, bien qu'avec divers ensembles de fonctionnalités.

Configuration de l'avion

Les drones peuvent adopter des configurations distinctes par rapport aux avions pilotés, principalement en raison de l'absence de cockpit et de ses fenêtres associées, et du manque d'exigences d'optimisation du confort humain. Néanmoins, certains drones sont dérivés de prototypes pilotés ou sont conçus pour des opérations éventuellement pilotées. De plus, la sécurité aérienne présente une contrainte moins stricte pour les avions sans pilote, offrant aux concepteurs une plus grande latitude expérimentale. Par conséquent, la conception des drones est généralement centrée sur leurs charges utiles embarquées et les systèmes de soutien au sol associés. Ces considérations ont donné naissance à un large éventail de configurations de cellules et de moteurs dans le secteur des drones.

Dans les applications de vol conventionnelles, les conceptions d'ailes volantes et de corps d'ailes mixtes sont des configurations privilégiées dans de nombreux cas d'utilisation, en raison de leur légèreté inhérente, de leur faible traînée aérodynamique et de leurs caractéristiques furtives. Les variantes plus grandes, en particulier celles acceptant des charges utiles variables, intègrent fréquemment un fuselage et un empennage distincts pour assurer la stabilité, le contrôle et l'assiette, malgré une diversité considérable dans les configurations d'ailes.

Pour les applications nécessitant un vol vertical ou un vol stationnaire, le quadricoptère sans queue, avec son système de contrôle relativement simple, est une conception répandue pour les drones plus petits. Les configurations multirotor comportant six rotors ou plus sont plus fréquemment observées dans les drones plus grands, où la redondance est une considération de conception principale.

Propulsion

Les moteurs à combustion interne et à réaction conventionnels continuent d'être utilisés dans les drones nécessitant des capacités à portée étendue. À l’inverse, la propulsion électrique les a largement supplantés pour les missions à plus courte portée. Le record du plus long vol d'UAV à travers l'océan Atlantique Nord est détenu par un modèle réduit d'avion à essence ou UAV, construit à partir de bois de balsa et de peau de mylar. Manard Hill a établi ce record en 2003, lorsqu'un de ses modèles a parcouru 1 882 milles à travers l'océan Atlantique avec moins d'un gallon de carburant.

En plus des moteurs à pistons conventionnels, certains drones utilisent le moteur rotatif Wankel. Ce type de moteur offre un rapport puissance/poids élevé, associé à un fonctionnement plus silencieux et plus fluide. En outre, des allégations ont été faites concernant une fiabilité améliorée et une autonomie opérationnelle étendue.

Les petits drones utilisent principalement des batteries au lithium-polymère (Li-Po), tandis que certains véhicules plus gros sont passés aux piles à combustible à hydrogène. Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons alimentées à l'hydrogène offrent plusieurs avantages pour les drones, notamment des durées de vol prolongées par rapport aux batteries lithium-ion rechargeables, un coût total de possession inférieur à celui des batteries primaires au lithium métal et des caractéristiques de furtivité supérieures par rapport aux moteurs thermiques.

La densité énergétique des batteries lithium-polymère (Li-Po) contemporaines est nettement inférieure à celle de l'essence ou de l'hydrogène. Néanmoins, les moteurs électriques offrent des avantages tels qu’un coût inférieur, un poids réduit et un fonctionnement plus silencieux. Des configurations avancées multimoteurs et multihélices sont actuellement en cours de développement, visant à améliorer l’efficacité aérodynamique et propulsive. Dans ces systèmes électriques complexes, des circuits d'élimination de batterie (BEC) peuvent être utilisés pour centraliser la distribution d'énergie et atténuer les problèmes thermiques, généralement gérés par une unité de microcontrôleur (MCU).

Ornithoptères – Propulsion par ailes

Des ornithoptères à ailes battantes, conçus pour imiter le vol d'oiseaux ou d'insectes, ont été déployés avec succès en tant que micro-UAV. Leurs capacités furtives intrinsèques les rendent adaptés aux missions de reconnaissance.

Les micro-véhicules aériens sans pilote (UAV) pesant moins d'un gramme, s'inspirant des mouches, ont démontré leur capacité à adhérer aux surfaces verticales, bien qu'ils nécessitent une attache électrique. D'autres initiatives de recherche reproduisent les mécanismes de vol observés chez les coléoptères et d'autres espèces d'insectes.

Systèmes de contrôle informatique

Les capacités informatiques des drones ont progressé parallèlement aux progrès de la technologie informatique, utilisant initialement des commandes analogiques avant de passer aux microcontrôleurs, puis aux architectures de système sur puce (SOC) et d'ordinateur monocarte (SBC).

Les systèmes matériels contemporains conçus pour le contrôle des drones sont fréquemment désignés comme contrôleur de vol (FC), carte de contrôleur de vol (FCB) ou pilote automatique. Le matériel de contrôle standard pour les systèmes de drones intègre généralement un microprocesseur principal, un processeur secondaire ou de sécurité et divers capteurs, notamment des accéléromètres, des gyroscopes, des magnétomètres et des baromètres, au sein d'un module unifié.

En 2024, l'Agence de la sécurité aérienne de l'Union européenne (AESA) a établi la première base de certification pour un contrôleur de vol de drone, spécifiquement pour le pilote automatique d'Embention, conformément à l'ETSO-C198. La certification de ces systèmes de contrôle de vol de drones vise à rationaliser l'intégration des drones dans l'espace aérien réglementé et à permettre les opérations de drones dans des environnements sensibles.

Architecture

Capteurs

Les capteurs de position et de mouvement fournissent des données critiques concernant l'état opérationnel de l'avion. Les capteurs extéroceptifs sont responsables du traitement des informations externes, telles que les mesures de distance, tandis que les capteurs exproprioceptifs établissent des corrélations entre les états internes et externes.

Les capteurs non coopératifs possèdent la capacité de détecter des cibles de manière autonome, ce qui les rend essentielles pour assurer la séparation et prévenir les collisions.

Les degrés de liberté (DOF) quantifient à la fois la quantité et la sophistication des capteurs intégrés : 6 DOF désigne généralement la présence de gyroscopes et d'accéléromètres à 3 axes, formant une unité de mesure inertielle standard (IMU) ; 9 DOF intègre une IMU augmentée d'une boussole ; 10 DOF comprend en outre un baromètre ; et 11 DOF intègrent généralement un récepteur GPS (Global Positioning System).

Au-delà de leurs capteurs de navigation, les drones (ou UAS) peuvent être équipés de divers instruments de surveillance, notamment des caméras RVB, multispectrales et hyperspectrales, ou des systèmes LiDAR, qui facilitent l'acquisition de mesures ou d'observations spécialisées.

Actionneurs

Les actionneurs d'UAV comprennent des contrôleurs de vitesse électroniques numériques, qui régulent les tours du moteur par minute (RPM) et sont connectés aux moteurs et aux hélices ; servomoteurs, principalement utilisés dans les avions et les hélicoptères à voilure fixe ; systèmes d'armes; mécanismes d'actionnement de la charge utile ; diodes électroluminescentes (DEL); et haut-parleurs.

Logiciel

Les drones contemporains fonctionnent sur une pile logicielle complète, allant du micrologiciel de bas niveau qui gère directement les actionneurs aux modules avancés de planification de vol. Au niveau de la couche fondamentale, le micrologiciel s'interface directement avec les capteurs, tels que les unités de mesure inertielle (IMU), et envoie des commandes aux actionneurs, y compris les moteurs. Un logiciel de contrôle, souvent appelé pilote automatique, est chargé de calculer les vitesses des actionneurs en fonction de la vitesse souhaitée du véhicule. Compte tenu de son interaction directe avec le matériel, ce logiciel est urgent et s'exécute souvent sur des microcontrôleurs. De plus, ce logiciel peut gérer les communications radio des drones manquant d’autonomie totale. Un exemple notable d'un tel pilote automatique est le PX4.

À un niveau hiérarchique ultérieur, les algorithmes d'autonomie déterminent la vitesse requise en fonction d'objectifs d'ordre supérieur. Par exemple, des techniques d’optimisation de trajectoire peuvent être utilisées pour calculer une trajectoire de vol vers une destination spécifiée. Ce composant logiciel particulier n'est pas intrinsèquement critique en termes de temps et fonctionne fréquemment sur un ordinateur monocarte utilisant un système d'exploitation tel que Linux, ce qui permet des contraintes de temps plus flexibles.

L'apprentissage par renforcement approfondi a été exploré pour son application dans le contrôle de vol des drones, en particulier concernant la navigation dans des environnements tridimensionnels continus et l'amélioration des capacités de prise de décision autonome. Parallèlement, l’automatisation basée sur l’intelligence artificielle (IA) est progressivement intégrée aux systèmes de lutte contre les UAS (C-UAS). Cette intégration vise à atténuer la charge cognitive de l'opérateur en corrélant automatiquement les données de détection électronique des drones avec les caméras de suivi physique, permettant ainsi un suivi de cible « mains libres ».

Principes de la boucle

Les drones utilisent des architectures de contrôle qui peuvent être classées en boucle ouverte, en boucle fermée ou hybride.

• Un système en boucle ouverte délivre un signal de contrôle direct (par exemple, pour l'accélération, la décélération, les changements de direction ou les ajustements d'altitude) sans intégrer de retour dérivé des données des capteurs.
• Un système en boucle fermée intègre les retours des capteurs pour modifier dynamiquement le comportement, par exemple en réduisant la vitesse en réponse à un vent arrière ou en montant à une altitude spécifiée. Le contrôleur proportionnel-intégral-dérivé (PID) est un mécanisme largement adopté dans ces systèmes. Parfois, un contrôle anticipatif est également mis en œuvre, ce qui peut atténuer la nécessité d'ajustements approfondis en boucle fermée.

Communications

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) utilisent la communication radio pour le contrôle et l'échange de données, y compris la vidéo. Initialement, les drones étaient équipés uniquement de capacités de liaison montante à bande étroite ; la fonctionnalité de liaison descendante a été introduite par la suite. Ces premières liaisons radio bidirectionnelles à bande étroite facilitaient les opérations de commandement et de contrôle (C&C) et transmettaient des données télémétriques concernant l'état du système de l'avion à l'opérateur distant.

Les applications contemporaines des drones nécessitent souvent une transmission vidéo. Par conséquent, les liaisons haut débit sont désormais utilisées pour consolider tous les types de données, y compris le trafic C&C, la télémétrie et le trafic vidéo, plutôt que de s'appuyer sur des canaux de communication distincts. Ces connexions haut débit sont capables d'utiliser des techniques de qualité de service (QoS) et de prendre en charge le trafic TCP/IP, qui peut ensuite être acheminé via Internet.

Les signaux radio provenant de l'opérateur peuvent être transmis à partir de plusieurs sources, notamment :

• Le contrôle au sol, qui englobe un opérateur humain utilisant un émetteur/récepteur radio, un smartphone, une tablette, un ordinateur ou, dans son sens traditionnel, une station de contrôle au sol militaire (GCS).
• Un système de réseau distant, illustré par les liaisons de données satellite duplex utilisées par certaines entités militaires. En outre, la transmission vidéo numérique en aval via les réseaux mobiles est devenue disponible sur les marchés grand public, et les liaisons montantes de contrôle direct des drones sur les réseaux maillés cellulaires et LTE ont été démontrées avec succès et font actuellement l'objet d'essais.
• Un autre avion, fonctionnant comme un relais ou comme une station de contrôle mobile, un concept connu dans les contextes militaires sous le nom d'équipe avec équipage sans équipage (MUM-T).

Les normes de réseau contemporaines ont spécifiquement intégré des considérations relatives aux drones, conduisant à l'inclusion d'optimisations pertinentes. Par exemple, la norme 5G impose une réduction de la latence du plan utilisateur à 1 milliseconde, obtenue grâce à la mise en œuvre de communications ultra-fiables et à faible latence.

La coordination entre drones est facilitée par la technologie de communication Remote ID. Les messages d'identification à distance, qui incluent les coordonnées du drone, sont diffusés et permettent une navigation sans collision.

Autonomie

Le degré d'autonomie intégré aux drones présente des variations considérables. Les fabricants de drones intègrent fréquemment des fonctionnalités autonomes spécifiques, notamment :

• Auto-nivellement : cette fonction assure la stabilisation de l'attitude le long des axes de tangage et de roulis.
• Maintien d'altitude : l'avion maintient une altitude constante en utilisant des données dérivées de la pression barométrique et/ou du système de positionnement global (GPS).
• Survol/maintien de position : cette fonctionnalité garantit un tangage et un roulis stables, un cap en lacet constant et une altitude constante, tout en maintenant une position géographique fixe grâce à l'utilisation du système mondial de navigation par satellite (GNSS) ou de capteurs inertiels.
• Mode sans tête : cette fonctionnalité permet au contrôle de l'inclinaison d'être relatif à la position du pilote, plutôt que d'être orienté avec les axes intrinsèques du véhicule.
• Mode sans souci : cela implique un contrôle automatique du roulis et du lacet pendant le mouvement horizontal.
• Décollage et atterrissage : ces opérations sont exécutées à l'aide de divers capteurs et systèmes embarqués ou au sol.
• Failsafe : cette fonction lance une procédure d'atterrissage automatique ou de retour à la maison si le signal de contrôle est perdu.
• Retour à la maison : cela implique que le drone retourne à son point de décollage, en montant fréquemment à une altitude plus élevée dans un premier temps pour contourner les obstacles potentiels tels que les arbres ou les bâtiments.
• Suivez-moi : cette fonctionnalité permet au drone de maintenir une position relative par rapport à un pilote en mouvement ou à un autre objet désigné, en utilisant le GNSS, la reconnaissance d'images ou une balise de référence.
• Navigation par points de cheminement GPS : cela implique l'utilisation du GNSS pour guider le drone vers un emplacement intermédiaire prédéterminé le long d'une trajectoire de vol.
• Orbiter autour d'un objet : cette fonction est analogue au mode Follow-me mais implique de tourner en continu autour d'une cible spécifiée.
• Acrobatie préprogrammée : cela inclut l'exécution de manœuvres aériennes prédéfinies telles que des roulades et des boucles.
• Livraison préprogrammée : il s'agit d'opérations de livraison automatisées, généralement effectuées par des drones de livraison spécialisés.

Une méthode de quantification des capacités autonomes s'appuie sur la terminologie OODA (Observe, Orient, Decide, Act), comme proposé dans un rapport de 2002 du laboratoire de recherche de l'US Air Force.

Une autonomie complète est réalisable pour des tâches particulières, telles que le ravitaillement en vol ou le remplacement de batteries au sol.

Les fonctionnalités supplémentaires actuellement disponibles ou en cours de développement incluent le vol collectif, l'évitement des collisions en temps réel, le suivi des murs, le centrage des couloirs, la localisation et la cartographie simultanées (SLAM), l'essaimage, la radio cognitive et l'apprentissage automatique. Dans ce cadre, la vision par ordinateur contribue de manière significative à assurer automatiquement la sécurité des vols.

Considérations relatives aux performances

Enveloppe de vol

Les drones peuvent être programmés pour exécuter des manœuvres agressives ou pour atterrir/se percher sur des surfaces inclinées, puis remonter vers des emplacements offrant un accès aux communications amélioré. Certains drones sont capables de contrôler le vol à l'aide de divers modèles de vol, y compris les modèles à décollage et atterrissage verticaux (VTOL).

De plus, les drones sont capables de se percher sur des surfaces verticales planes.

Endurance

L'endurance des drones n'est pas limitée par les contraintes physiologiques inhérentes aux pilotes humains.

Les moteurs rotatifs Wankel sont fréquemment utilisés dans de nombreux grands véhicules aériens sans pilote (UAV) en raison de leurs dimensions compactes, de leur poids minimal, de leurs vibrations réduites et de leur rapport puissance/poids supérieur. Un avantage clé est que les rotors de leur moteur sont insensibles au grippage ; de plus, le moteur résiste au refroidissement brutal pendant la descente et fonctionne efficacement sans nécessiter un mélange de carburant enrichi pour un refroidissement à haute puissance. Ces caractéristiques contribuent collectivement à réduire la consommation de carburant, étendant ainsi la portée opérationnelle ou augmentant la capacité de charge utile.

Des mécanismes de refroidissement efficaces sont essentiels pour garantir l'endurance soutenue des drones. La surchauffe, qui entraîne souvent une panne moteur, représente la cause prédominante des dysfonctionnements opérationnels des drones.

Les piles à combustible à hydrogène, exploitant l'hydrogène comme source d'énergie, offrent le potentiel de prolonger considérablement l'endurance opérationnelle des petits drones, prolongeant les temps de vol de plusieurs heures.

Pour les micro-véhicules aériens, l'endurance la plus efficace a été démontrée par les drones à ailes battantes, les avions conventionnels se classant en deuxième position, et les multirotors présentant l'endurance la plus faible, principalement attribuable à leur faible autonomie. Nombre de Reynolds.

Les drones électro-solaires, un concept initialement lancé par AstroFlight Sunrise en 1974, ont démontré avec succès des durées de vol s'étendant sur plusieurs semaines.

Les satellites atmosphériques à énergie solaire, ou « atmosats », conçus pour fonctionner à des altitudes supérieures à 20 kilomètres (environ 12 miles ou 60 000 pieds) pendant des durées allant jusqu'à cinq ans, pourraient potentiellement exécuter des missions de manière plus économique et avec une plus grande polyvalence que les satellites conventionnels en orbite terrestre basse. Les applications potentielles incluent la surveillance météorologique, la reprise après sinistre, l'imagerie de la Terre et les services de communication.

Des solutions prospectives supplémentaires pour améliorer l'endurance des drones incluent les drones électriques alimentés par une transmission de puissance par micro-ondes ou par un faisceau de puissance laser.

Une autre application des drones à haute endurance implique une surveillance persistante d'un champ de bataille (par exemple, ARGUS-IS, Gorgon Stare, Integrated Sensor Is Structure) pour enregistrer les événements sur des périodes prolongées, permettant une analyse rétrospective ultérieure des activités sur le champ de bataille.

Le drone militaire britannique PHASA-35, actuellement à un stade de développement avancé, présente une fragilité structurelle qui rend la traversée des douze milles turbulents initiaux de l'atmosphère une entreprise périlleuse. Néanmoins, il a réussi à maintenir une station à 65 000 pieds pendant une période continue de 24 heures. En 2023, le Zephyr d'Airbus a atteint une altitude de 70 000 pieds et effectué un vol soutenu pendant 64 jours, avec une autonomie cible de 200 jours. Ces altitudes opérationnelles sont suffisamment proches de l'espace proche pour classer ces plateformes comme « pseudo-satellites » quant à leurs capacités fonctionnelles.

Fiabilité

Les améliorations de la fiabilité concernent tous les composants des systèmes de drones, intégrant les principes d'ingénierie de résilience et les méthodologies de tolérance aux pannes.

La fiabilité individuelle englobe la robustesse des contrôleurs de vol, visant à garantir la sécurité tout en évitant la redondance superflue pour optimiser le coût et le poids. De plus, l’évaluation dynamique du domaine de vol facilite le développement de drones résistants aux dommages, en utilisant une analyse non linéaire avec des boucles de contrôle ou des réseaux neuronaux conçus sur mesure. Le cadre réglementaire relatif à la responsabilité logicielle des drones s'aligne de plus en plus sur les normes de conception et de certification établies pour les logiciels avioniques avec équipage.

La résilience en essaim concerne le maintien des capacités opérationnelles et la reconfiguration dynamique des tâches en cas de panne d'unités individuelles au sein d'un essaim.

Applications

Ces dernières années, les drones autonomes ont eu un impact transformateur dans divers secteurs d'application. Leur capacité à fonctionner au-delà de la ligne de vue visuelle (BVLOS) permet une production maximisée, une réduction des coûts et des risques, une sûreté et une sécurité améliorées du site, une conformité réglementaire garantie et une protection du personnel humain, en particulier lors de crises de santé publique telles que les pandémies. De plus, ces systèmes sont utilisés pour des tâches orientées vers le consommateur, notamment la livraison de colis, illustrée par Amazon Prime Air, et le transport critique de fournitures médicales.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) possèdent une multitude d'applications dans les domaines civils, commerciaux, militaires et aérospatiaux, notamment :

Applications générales

Activités récréatives, opérations de secours en cas de catastrophe, études archéologiques, conservation de la biodiversité et des habitats, application de la loi, prévention du crime et efforts de lutte contre le terrorisme.

Applications commerciales

Surveillance aérienne, production cinématographique, reportages journalistiques, enquêtes scientifiques, arpentage, logistique des marchandises, opérations minières, processus de fabrication, gestion forestière, agriculture à énergie solaire, applications d'énergie thermique, gestion portuaire et pratiques agricoles.

Applications militaires

En 2020, dix-sept pays possédaient des drones armés, et plus de 100 pays déployaient des drones à des fins militaires. Les cinq premiers pays à avoir développé des modèles de drones locaux étaient la Turquie, les États-Unis, la Chine, Israël et l’Iran. Les principaux fabricants d'UAV militaires comprennent Baykar, General Atomics, Elbit Systems, Rafael Advanced Defense Systems, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Boeing, Turkish Aerospace Industries, IAIO, CASC et CAIG. La Chine a considérablement étendu sa présence sur le marché des drones militaires depuis 2010. De même, au début des années 2020, la Turquie a également considérablement accru sa présence sur le marché des drones militaires.

Au début des années 2010, les entreprises israéliennes se concentraient principalement sur les systèmes compacts de surveillance des véhicules aériens sans pilote (UAV). En 2014, Israël représentait 60,7 % des exportations mondiales de drones en volume, dépassant largement la part de 23,9 % des États-Unis. De 2010 à 2014, 439 drones ont été commercialisés au niveau international, soit une augmentation par rapport aux 322 au cours des cinq années précédentes ; cependant, seulement 11 (2,5 %) de ces 439 étaient des variantes armées. Parallèlement, les États-Unis ont exploité plus de 9 000 drones militaires en 2014, dont plus de 7 000 étaient des drones miniatures RQ-11 Raven. Depuis 2010, les fabricants chinois de drones ont lancé d’importantes exportations vers le marché militaire mondial. Entre 2010 et 2019, parmi les 18 pays ayant acquis des drones militaires, les 12 premiers ont acheté leurs systèmes auprès de la Chine. Ce changement de marché s'est intensifié dans les années 2020, sous l'impulsion des progrès technologiques et manufacturiers de la Chine en matière de capacités de drones, encore exacerbés par la demande accrue du marché résultant de la guerre russo-ukrainienne et de la guerre de Gaza.

Les ornithoptères à ailes battantes de micro-UAV, conçus pour imiter les oiseaux ou les insectes, possèdent des capacités furtives inhérentes qui offrent un potentiel important pour des missions secrètes de renseignement et de reconnaissance, ce qui en fait des cibles difficiles pour interception.

Les véhicules aériens sans pilote de surveillance et de reconnaissance sont déployés à diverses fins opérationnelles, notamment la reconnaissance, les frappes offensives, les opérations de déminage et l'entraînement au tir.

Le début de la guerre russo-ukrainienne a précipité une augmentation substantielle du développement des véhicules aériens sans pilote (UAV). L’Ukraine, en particulier, a créé la plateforme Brave1 pour favoriser la création rapide de systèmes de drones innovants. En 2025, l’Ukraine et la Russie avaient institué des commandements militaires dédiés aux drones, désignés sous le nom de Forces des systèmes sans pilote. L'Ukraine a notamment démontré des applications innovantes des drones, telles que la fourniture de civières médicales flexibles ou de vélos électriques pour faciliter l'évacuation du personnel blessé des zones de combat, une capacité non observée dans le déploiement russe.

Applications civiles

Le marché des drones civils, qui englobe à la fois les secteurs de l'aviation commerciale et générale, est principalement contrôlé par des entreprises chinoises. En 2018, le constructeur chinois DJI détenait à lui seul 74 % des parts de marché civil, aucun autre concurrent ne dépassant les 5 %. En 2023, ces sociétés détenaient collectivement plus de 70 % de la part du marché mondial, malgré la surveillance croissante et les sanctions imposées par les États-Unis. Par exemple, le ministère de l’Intérieur des États-Unis a immobilisé sa flotte de drones DJI en 2020, et le ministère de la Justice a par la suite interdit la dépense de fonds fédéraux pour l’acquisition de DJI et d’autres drones de fabrication étrangère. Après DJI sur le marché, on trouve la société américaine 3D Robotics, les sociétés chinoises Yuneec et Autel Robotics, ainsi que la société française Parrot. D'ici 2025, les sociétés chinoises de drones devraient détenir 90 % de la part de marché mondiale des drones, DJI représentant à lui seul 80 % de ce marché mondial.

En mai 2021, la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis avait enregistré 873 576 drones, dont 42 % étaient classés à des fins commerciales et 58 % à des fins récréatives. Les données de NPD de 2018 ont indiqué une préférence croissante des consommateurs pour les drones équipés de fonctionnalités avancées, comme en témoigne une croissance de 33 % dans les deux segments de marché dépassant 500 $ et 1 000 $.

Le marché des drones civils reste naissant par rapport à son homologue militaire. Parallèlement, de nouvelles entreprises émergent dans les pays développés et en développement. De nombreuses startups en phase de démarrage ont obtenu le soutien et le capital d’investisseurs, comme aux États-Unis, et d’organismes gouvernementaux, comme en Inde. Les établissements universitaires proposent fréquemment des initiatives de recherche, des programmes de formation ou des programmes menant à un diplôme dans ce domaine. De plus, des organisations privées proposent des cours de formation en ligne et en personne pour l'exploitation des drones récréatifs et commerciaux.

Les drones grand public sont largement adoptés par les organisations policières et militaires du monde entier, principalement en raison de leur rentabilité inhérente. Depuis 2018, l’armée israélienne déploie des drones DJI pour des opérations de reconnaissance légères. Les drones DJI sont également utilisés par la police chinoise au Xinjiang depuis 2017 et par les services de police américains dans tout le pays depuis 2018. Lors de l'invasion russe de l'Ukraine, les forces ukrainiennes et russes ont largement utilisé des drones commerciaux DJI. Ces drones civils DJI ont été acquis via divers canaux, notamment des marchés publics, des amateurs individuels et des dons internationaux soutenant à la fois l'Ukraine et la Russie sur le champ de bataille. Souvent, ces drones étaient exploités par des passionnés de drones civils recrutés dans les forces armées. L'adoption généralisée des drones DJI est attribuée à leur leadership sur le marché, leur accessibilité économique, leurs performances supérieures et leur fiabilité éprouvée.

Applications de divertissement

Les drones sont également utilisés dans des expositions nocturnes à des fins artistiques et publicitaires, offrant des avantages significatifs par rapport aux feux d'artifice traditionnels, notamment une sécurité accrue, une réduction de la pollution sonore et un meilleur impact sur l'environnement. Ils peuvent servir de substitut ou de complément aux feux d’artifice pour atténuer les dépenses financières associées aux festivals. De plus, les drones peuvent s'intégrer aux feux d'artifice en les transportant, permettant ainsi la création de nouvelles expressions artistiques.

Les véhicules aériens sans pilote sont également utilisés dans des courses compétitives, qui peuvent intégrer des fonctionnalités de réalité virtuelle.

Photographie aérienne

Les drones sont particulièrement bien adaptés à l'acquisition d'images aériennes en photographie et en cinématographie, et sont largement utilisés dans ces domaines. Les drones compacts rationalisent les opérations en permettant à une seule personne de gérer à la fois le pilotage et le fonctionnement de la caméra, évitant ainsi le besoin d'une coordination complexe entre des personnels distincts. À l’inverse, les drones plus gros équipés de caméras cinématographiques professionnelles nécessitent généralement un pilote de drone dédié et un caméraman distinct chargé de gérer les angles de caméra et les réglages des objectifs. Par exemple, le drone de cinéma AERIGON, utilisé dans la production cinématographique professionnelle, nécessite une équipe opérationnelle de deux personnes. De plus, les drones facilitent l'accès à des endroits dangereux, éloignés ou autrement inaccessibles.

Surveillance environnementale

Les systèmes aériens sans pilote (UAS) ou les véhicules aériens sans pilote (UAV) offrent des avantages substantiels pour la surveillance environnementale en permettant l'acquisition de nouvelles données d'enquête à des résolutions spatiales et temporelles très élevées ou ultra élevées. Cette capacité permet de combler la disparité actuelle entre les données dérivées des satellites et les observations sur le terrain au sol. Par conséquent, cela a stimulé une recherche approfondie et le développement d’applications visant à améliorer la caractérisation des écosystèmes naturels et agricoles. Les applications clés incluent :

• Réalisation de relevés topographiques pour la génération d'orthomosaïques, de modèles numériques de surface et de modèles tridimensionnels.
• Surveiller les écosystèmes naturels pour faciliter l'évaluation de la biodiversité, la cartographie des habitats, l'identification des espèces exotiques envahissantes et l'analyse de la dégradation des écosystèmes résultant d'espèces envahissantes ou d'autres perturbations.
• Mettre en œuvre une agriculture de précision, qui exploite toutes les technologies disponibles, y compris les drones, pour optimiser l'utilisation des ressources et augmenter la productivité (par exemple, grâce à l'optimisation des engrais, des pesticides et de l'irrigation).
• Réalisation d'une surveillance des rivières, pour laquelle diverses méthodes de vélocimétrie par image ont été développées pour évaluer le débit, permettant une caractérisation précise des champs de vitesse d'écoulement bidimensionnels.
• Évaluer l'intégrité structurelle de diverses infrastructures, telles que des barrages, des voies ferrées ou d'autres constructions dangereuses, inaccessibles ou à grande échelle, pour une surveillance complète des bâtiments.
• Détection des minéraux associés au drainage minier acide ; Les drones équipés de caméras hyperspectrales peuvent générer des cartes détaillées de minéraux proxy (par exemple, goethite, jarosite) indiquant des valeurs de pH spécifiques dans les environnements naturels, miniers actifs et post-miniers, y compris les sites assainis.
• Réalisation de mesures de gaz in situ dans des environnements potentiellement dangereux, tels que des panaches volcaniques.

Ces activités de surveillance peuvent être réalisées à l'aide de diverses techniques de mesure, notamment la photogrammétrie, la thermographie, l'imagerie multispectrale, le balayage de champ 3D, la détection de gaz et la génération de cartes d'indices de végétation différentielles normalisées.

Risques géologiques

Les drones sont devenus un instrument largement adopté pour enquêter sur les géorisques, en particulier les glissements de terrain. Différents types de capteurs, notamment radar, optiques et thermiques, peuvent être intégrés aux drones pour surveiller diverses propriétés géologiques. Les drones facilitent l'acquisition d'images illustrant diverses caractéristiques des glissements de terrain, telles que les fissures transversales, radiales et longitudinales, les crêtes, les escarpements et les surfaces de rupture, même dans les régions inaccessibles de la masse instable. De plus, le traitement des images optiques obtenues par les drones permet de générer des nuages ​​de points et des modèles tridimensionnels, à partir desquels ces propriétés spécifiques peuvent être extraites. L'analyse comparative des nuages de points acquis à différents intervalles temporels permet d'identifier les altérations résultant de la déformation par glissement de terrain.

Exploration minérale

Les drones peuvent contribuer à l'identification de nouveaux gisements minéraux ou à la réévaluation de gisements existants, en répondant à la demande croissante de matières premières, notamment de métaux bruts critiques (par exemple, le cobalt, le nickel), d'éléments de terres rares et de minéraux pour batteries. En déployant une gamme complète de capteurs (par exemple, imagerie spectrale, Lidar, magnétomètres, spectroscopie à rayons gamma), analogues à ceux utilisés dans la surveillance environnementale, les données dérivées des drones peuvent générer des cartes détaillées des caractéristiques géologiques de la surface et du sous-sol, améliorant ainsi l'efficacité et la précision des efforts d'exploration minérale.

Agriculture, foresterie et études environnementales

La demande mondiale croissante de production alimentaire, associée à l'épuisement des ressources, à la diminution des terres agricoles et à la rareté croissante de la main-d'œuvre agricole, nécessite l'adoption de solutions agricoles avancées et intelligentes allant au-delà des méthodes conventionnelles. Par conséquent, l’industrie des drones agricoles et de la robotique est sur le point de connaître des progrès significatifs. Les drones agricoles ont joué un rôle déterminant dans le monde entier dans l’établissement de pratiques agricoles durables, favorisant ainsi une nouvelle ère de méthodologies agricoles. Ce contexte a stimulé l'émergence de nombreuses innovations dans les outils et les techniques, permettant une caractérisation précise de l'état de la végétation et facilitant la distribution précise des nutriments, des pesticides ou des graines dans les champs.

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) font également l'objet d'études pour leur utilité potentielle dans la détection et la suppression des incendies de forêt, englobant à la fois des rôles d'observation et le déploiement de dispositifs pyrotechniques pour le déclenchement contrôlé des retours de flamme.

En outre, les drones sont largement utilisés pour l'étude de la faune, y compris la surveillance de la nidification. des oiseaux de mer, des phoques et même des terriers de wombats.

Applications d'application de la loi

Les forces de l'ordre utilisent des drones pour diverses applications, notamment les opérations de recherche et de sauvetage et la surveillance du trafic.

Aide humanitaire

Les drones démontrent une utilité croissante dans les efforts d'aide humanitaire et de secours en cas de catastrophe, remplissant un large éventail de fonctions telles que la livraison de nourriture, de médicaments et de fournitures essentielles dans les régions éloignées, ainsi que la cartographie d'images avant et après une catastrophe.

Sûreté et sécurité

Menaces posées par les drones

Incidents nuisibles

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) présentent de multiples menaces pour la sécurité de l'espace aérien, incluant des collisions involontaires ou des interférences avec d'autres aéronefs, des actes malveillants délibérés et la possibilité de distraire les pilotes ou les contrôleurs aériens. La première collision enregistrée entre un drone et un avion a eu lieu à la mi-octobre 2017 à Québec, au Canada. Par la suite, le premier cas documenté de collision d’un drone avec une montgolfière s’est produit le 10 août 2018 à Driggs, Idaho, aux États-Unis. Bien qu'il n'y ait eu aucun dommage significatif au ballon ni aucune blessure à ses trois occupants, le pilote du ballon a signalé l'événement au National Transportation Safety Board, exprimant le souhait que « cet incident contribue à créer une conversation sur le respect de la nature, de l'espace aérien et des règles et réglementations ». En outre, les opérations non autorisées d'UAV dans ou à proximité des principaux aéroports ont entraîné des perturbations prolongées du trafic aérien commercial.

En décembre 2018, des drones ont précipité des perturbations opérationnelles substantielles à l'aéroport de Gatwick, nécessitant le déploiement de l'armée britannique.

Aux États-Unis, l'utilisation d'un drone à proximité d'un incendie de forêt est passible d'une amende maximale de 25 000 $. Malgré cela, en 2014 et 2015, le soutien aérien en matière de lutte contre les incendies en Californie a été entravé à plusieurs reprises, notamment lors des incendies de Lake Fire et de North Fire. En conséquence, les législateurs californiens ont proposé un projet de loi autorisant les pompiers à neutraliser les drones qui empiétaient sur l’espace aérien réglementé. Par la suite, la Federal Aviation Administration (FAA) a rendu obligatoire l'enregistrement de la plupart des drones.

Fulnérabilités de sécurité

En 2017, des drones avaient été utilisés pour la livraison illicite de produits de contrebande dans les établissements pénitentiaires.

L'intérêt pour la cybersécurité des drones s'est considérablement accru après l'incident de détournement de flux vidéo du drone Predator en 2009, au cours duquel des militants islamistes ont utilisé des équipements peu coûteux et disponibles dans le commerce pour intercepter les flux vidéo d'un drone. Un risque inhérent supplémentaire concerne la possibilité de détournement ou de brouillage en vol des drones. Plusieurs chercheurs en sécurité ont divulgué publiquement les vulnérabilités des drones commerciaux, fournissant parfois un code source complet ou des outils pour reproduire leurs attaques. Lors d'un atelier d'octobre 2016 sur les drones et la confidentialité, des chercheurs de la Federal Trade Commission ont démontré leur capacité à compromettre trois quadricoptères grand public distincts et ont souligné que les fabricants de drones pouvaient améliorer la sécurité grâce à des mesures fondamentales telles que le cryptage du signal Wi-Fi et la protection par mot de passe.

Applications agressives

De nombreux drones ont été équipés de charges utiles dangereuses ou se sont intentionnellement écrasés sur des cibles. De telles charges utiles comprenaient, ou pourraient potentiellement englober, des explosifs, des agents chimiques, des matières radiologiques ou des risques biologiques. De plus, les drones transportant généralement des charges utiles non létales pourraient être compromis et réutilisés à des fins malveillantes. Pour atténuer ces menaces, des systèmes de lutte contre les drones (C-UAS), allant des capacités de détection à la guerre électronique et aux drones dédiés conçus pour l'interdiction, sont actuellement en cours de développement et de déploiement par divers États.

Ces progrès se sont concrétisés malgré les défis inhérents. J. Rogers, dans une interview accordée en 2017 à A&T, a articulé un débat important en cours concernant les stratégies optimales pour contrer les petits véhicules aériens sans pilote (UAV), que leur déploiement provienne de nuisances récréatives ou d'intentions plus malveillantes, telles que celles d'entités terroristes.

Contre-mesures

Systèmes aériens anti-drones sans pilote

La prolifération d'applications malveillantes de véhicules aériens sans pilote (UAV) a stimulé le développement de technologies de lutte contre les systèmes aériens sans pilote (C-UAS). Des progrès significatifs dans les algorithmes d’apprentissage automatique basés sur l’apprentissage profond ont permis un suivi et une détection automatiques précis des drones à l’aide de systèmes de caméras commerciaux. De plus, les méthodologies de réidentification facilitent la reconnaissance automatique des drones selon divers points de vue de caméra et spécifications matérielles. Des solutions commerciales C-UAS, dont Aaronia AARTOS, ont été déployées dans d'importants aéroports internationaux. Lors de leur détection, les drones peuvent être neutralisés par des moyens cinétiques, tels que des missiles, des projectiles ou d'autres drones, ou par des méthodes non cinétiques, notamment des lasers, des micro-ondes ou le brouillage des communications. Les systèmes de missiles anti-aériens, illustrés par l’Iron Dome, sont également renforcés par des capacités C-UAS. De plus, le déploiement d'essaims d'UAV intelligents pour contrer un ou plusieurs UAV hostiles a été proposé.

À l'échelle mondiale, un large éventail de solutions de lutte contre les systèmes aériens sans pilote (C-UAS) ont émergé pour atténuer la menace croissante posée par les petits drones tactiques. Ces systèmes intègrent fréquemment des stratégies multicouches, intégrant des technologies de radar, de capteurs électro-optiques, de détection de radiofréquence et de brouillage. Des exemples notables incluent les systèmes d'Elbit Systems, tels que la suite ReDrone™, qui offre des configurations fixes et portables pour la détection et l'atténuation des drones dans des contextes civils et militaires. Le système Red Sky 2 d'Elbit intègre en outre plusieurs capteurs et effecteurs, spécialement conçus pour protéger les emplacements stratégiques contre les menaces aériennes à basse altitude. D'autres innovateurs, comme AirSight, se concentrent sur les aspects d'intégration de logiciels et de systèmes du C-UAS, en utilisant l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour analyser les données des capteurs afin de détecter les drones et d'évaluer les menaces dans des contextes opérationnels complexes, comme en témoigne leur système AirGuard V3.18.

Règlement

Les autorités réglementaires mondiales développent activement des solutions de gestion du trafic des systèmes d'avions sans pilote pour faciliter une meilleure intégration des drones dans l'espace aérien existant.

L'exploitation des véhicules aériens sans pilote est soumise à une réglementation croissante de la part des autorités nationales de l'aviation civile, avec des cadres réglementaires variant considérablement en fonction de la taille des drones et de l'application prévue. L’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) a lancé des enquêtes sur la technologie des drones dès 2005, qui ont abouti à un rapport publié en 2011. La France a été l’un des premiers à l’adopter, établissant un cadre national éclairé par ce rapport, les principaux organismes de l’aviation comme la Federal Aviation Administration (FAA) et l’Agence de l’Union européenne pour la sécurité aérienne (AESA) mettant ensuite en œuvre des réglementations similaires. En 2021, la FAA a rendu obligatoire l'identification à distance pour tous les drones exploités commercialement et tous les drones pesant 250 grammes ou plus, quel que soit leur objectif. Ce règlement rend publics les emplacements des drones et des contrôleurs, ainsi que d'autres données pertinentes, du décollage à l'arrêt ; cependant, cette règle est actuellement sujette à contestation dans le cadre du procès fédéral en cours RaceDayQuads c. FAA.

Certification européenne des drones : étiquette d'identification de classe

L'étiquette d'identification de classe joue un rôle central dans la réglementation des drones et la surveillance opérationnelle. Ce label fonctionne comme un mécanisme de vérification, confirmant que les drones d'une classe désignée respectent les normes strictes de conception et de fabrication établies par les organismes de réglementation. De telles normes sont impératives pour garantir la sécurité et la fiabilité des drones dans divers secteurs et applications industriels.

En offrant cette assurance aux consommateurs, l'étiquette d'identification de classe favorise une confiance accrue dans la technologie des drones, favorisant ainsi une adoption plus large dans diverses industries. Ce processus stimule par conséquent la croissance et le progrès de l'industrie des drones et facilite l'intégration des drones dans les cadres sociétaux.

Contrôles d'exportation

Le régime de contrôle de la technologie des missiles impose des restrictions dans de nombreux pays sur l'exportation de véhicules aériens sans pilote (UAV) ou de technologies connexes capables de transporter une charge utile de 500 kg sur une portée minimale de 300 km.

Références

Références

Citations

Sources

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