Les drones ou aéronefs sans pilote sont aujourd’hui de plus en plus présents dans notre quotidien. Que ce soit comme outil d’inspection d’infrastructures, de livraison de colis, de cartographie, de surveillance ou de photographie aérienne, le petit objet volant est doué dans plusieurs domaines. Mais comment fonctionne-t-il réellement ? Quelles technologies rendent ce fonctionnement possible ? Examinons les drones de près pour découvrir toutes leurs fonctions et caractéristiques.
Les principaux composants du drone
De quoi un drone est-il composé ? Étudions notre objet volant composant par composant afin de mieux le connaître. Un drone est donc composé :
D’un châssis
Le châssis est la base de l’appareil. En fonction des modèles, on retrouvera le châssis en fibre d’aluminium, de plastique, de carbone ou d’autres matières plutôt résistantes. Pour la fixation des moteurs, il est capable d’accueillir 3, 4, 6 ou 8 bras. Le châssis peut rester « nu » afin de peser le moins lourd possible ou il peut être recouvert d’une coque en plastique pour un aspect plus beau.
D’un système de propulsion
Le système de propulsion permet au drone de se déplacer. Il est composé de contrôleurs de vitesse électroniques appelés ESC, d’hélices et de moteurs. En plus de cela, les modèles de loisir s’appuient sur une alimentation électrique fournie par des batteries. La charge maximale supportée par le drone et le temps de vol pourront ainsi différer selon ces différents éléments.
D’un contrôleur de vol
Le contrôleur de vol permet de gérer les moteurs pour assurer la stabilité de l’appareil. Il s’appuie sur des capteurs appelés IMU, un microprocesseur et parfois un GPS. Il fait le lien entre le drone et les commandes du pilote.
Afin que les plus connaisseurs puissent fabriquer leur propre drone et le réparer, il est possible aujourd’hui d’acheter séparément les pièces détachées. D’autres composants comme une caméra embarquée peuvent être ajoutés selon les fonctions du drone.
Les capacités du drone
Et si l’on s’intéressait un peu plus à ce que les drones ont dans le ventre ?
L’altitude maximale
Il faut préciser que les logiciels des drones font souvent la confusion entre altitude et hauteur. L’altitude est mesurée par rapport au niveau de la mer, tandis que la hauteur est obtenue à partir du sol.
En catégorie « Ouverte » ou pour le loisir, les drones sont conçus pour ne jamais dépasser une hauteur de vol de 120 mètres. Cette limitation a notamment pour but de réduire le risque de collision entre des appareils habités et des drones. La hauteur de vol est par exemple encore plus limitée aux abords des aérodromes et aéroports.
Sur les fiches techniques de constructeurs, il n’est pas rare de lire parfois des valeurs maximales élevées comme 6000 mètres. Évidemment, il est question dans ce cas de l’altitude à laquelle le drone peut évoluer de manière sécurisée. En effet, la portance diminue au fur et à mesure que l’altitude augmente. Vers les grandes altitudes, il est plus difficile pour les drones de rester en vol.
La vitesse de pointe
S’il n’est pas possible que les drones aillent chercher plus de performances en termes de hauteur, ils le peuvent par contre en ce qui concerne la vitesse. Le tout dépendra évidemment des usages et des modèles. Un drone de course ira forcément plus vite qu’un drone dont la fonction principale est la prise de vue aérienne. Les drones civils affichent en moyenne entre 20 et 80 km/h au compteur, mais ils peuvent aller bien au-delà. Le modèle le plus rapide du monde dans cette catégorie a d’ailleurs atteint la barre des 375 km/h. Il a été construit par le pilote Quadmovr en 2020.
Le talon d’Achille
La météo reste le plus grand ennemi du drone. Ce petit objet volant craint le vent, la chaleur excessive, le froid intense, la neige et la pluie. Les aléas météorologiques peuvent entraîner à une perte de contrôle pour les drones.
La capacité d’emport
Le drone devrait bientôt devenir l’un des meilleurs moyens de livraison. Mais pour rendre cela effectif, il est essentiel qu’ils puissent porter une masse assez importante. C’est ça la capacité d’emport.
Quel poids un drone peut-il donc porter ? Si la plupart des drones civils n’ont qu’une capacité d’emport de quelques kilos maximum, certains modèles très puissants sont en mesure de supporter une masse beaucoup plus grande. On peut prendre l’exemple du drone Megacopter qui a supporté en vol, une masse de 61 kg pendant 37 secondes !
Système de caméra et de cardan
Le système de caméra ou tout système d’enregistrement par stabilisation des caméras est encore appelé cardan. Le principe de fonctionnement d’un cardan est semblable à celui d’un compas de navire. Il est généralement composé de 3 axes : un axe de tangage, de roulis et de lacet. L’axe de tangage est suspendu au roulis, l’axe de roulis au lacet et l’axe de lacet est relié directement au drone.
Le cardan est doté de 3 moteurs contrôlés séparément par des gyroscopes. Les écarts sont automatiquement détectés et corrigés par les moteurs. Les corrections se font si vite que même les plus petites vibrations sont absorbées. Par conséquent, l’horizon est toujours parfaitement plat et le résultat de l’image est toujours net. De nos jours, les caméras sont intégrées entièrement au cardan, ce qui rend les systèmes beaucoup plus conviviaux.
Direction de vol du drone
Le drone se déplace dans le sens où les hélices tournent le plus lentement dès qu’elles changent de vitesse de rotation les unes par rapport aux autres. Ici, la direction dans laquelle cela se produit n’a pas vraiment d’importance. C’est pourquoi il est possible de piloter un drone dans n’importe quelle direction. Une façon de dire qu’il n’existe ni recto ni verso. On comprend donc qu’il est beaucoup plus facile de faire voler un drone qu’un avion ordinaire ou un hélicoptère.
Contrôleur de moteur (ESC) et contrôleur de vol
Cœur du drone, le contrôleur de vol traite toutes les données qu’il reçoit : données des gyroscopes, pression atmosphérique, localisation via GPS, informations du pilote, etc. Les contrôleurs de moteur (ESC) traduisent toutes ces données à une vitesse allant jusqu’à 1 000 fois par seconde en vitesses auxquelles les moteurs doivent tourner. Une fois que l’information du pilote parvient au contrôleur de vol, celui-ci utilise tous les capteurs pour garantir que le drone maintient la même altitude de vol en restant en place.
Les drones sont souvent équipés d’un GPS
Grâce au module GPS, la plupart des drones parviennent à déterminer et conserver leur position avec une précision métrique. Il est aussi possible de programmer des emplacements (waypoints) avant un vol quand le drone est équipé d’un GPS.
La fonction GPS permet d’assurer la sécurité de l’appareil. Si des problèmes surviennent (batterie faible, bouton de sécurité enfoncé, etc.), votre drone peut revenir automatiquement à son point de départ.
Voici donc l’essentiel à connaître sur le fonctionnement de ces petites merveilles technologiques !
