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les étudiants sont largement impliqués et passionnés par ces objets complexes
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14 mars 2022

RECHERCHE ET FORMATION
L’ISAE SUPAERO TIENT SON RANG

Publié par Jean-Marc Moschetta | N° 125 - DRONES

Les premiers drones ont été développés dans les années 1980 sous l’appellation Remotely Piloted Vehicles (RPV). Secteur de fortes innovations dans le domaine de la recherche, les drones constituent une formidable plateforme pédagogique pour la formation des futurs ingénieurs. 


Omniprésents depuis longtemps  

Les drones sont des aéronefs à part entière : cellule, avionique embarquée, transmission, intelligence de contrôle, prises de décisions autonomes, bien des technologies de rupture sont d’abord éprouvées avant d’être installées sur des aéronefs de plus grande taille. Notre activité de recherche à l’ISAE-SUPAERO s’est beaucoup concentrée sur la sûreté et fiabilité de ces nouveaux aéronefs, nos travaux ont aussi exploré leur aérodynamique, acoustique et des générations de drones multitâches. 

Sur la base de nos réalisations, nous avons utilisé ce terrain expérimental au profit des futurs étudiants en ingénierie aéronautique tout en restant à la portée de mises en œuvre pratiques. Les essais en vol de drones instrumentés permettent ainsi aux étudiants de s’initier à la gestion de projet dans un cycle de développement compatible avec les cursus ISAE-SUPAERO.

Les drones occupent aujourd’hui, une place de choix dans la formation ingénieur avec un parcours dédié en troisième année dans le cadre du domaine Systèmes Autonomes. Un Mastère Spécialisé Helicopters, Aircraft, Drone Architecture couvre les aspects techniques et de gestion liés à la conception, la certification et l’exploitation des aéronefs militaires et civils, des hélicoptères et des drones. Chaque année cette formation accueille une sélection de 12 à 20 étudiants qui se destinent à intégrer la filière des hélicoptères, des taxis aériens et des drones, aujourd’hui la filière la plus dynamique du secteur aéronautique.

Un avion sans pilote zéro émission pour traverser l’Atlantique

Nous menons le projet de drone à hydrogène Mermoz, soutenu par la Région Occitanie et le fonds européen FEDER, en partenariat avec la société H3Dynamics, experte dans le domaine des piles à hydrogène.

 

Démonstrateur du drone Mermoz testé récemment dans la soufflerie drones de l’ISAE-SUPAERO : objectif une autonomie de 3000 km en hydrogène-électrique

L’objectif de ce projet est de concevoir un drone à propulsion électrique, capable de franchir la barre des 3000 km sans émettre de CO2. Une telle distance étant absolument infranchissable pour un drone électrique à batteries, quelle que soit sa taille, compte tenu de la faible densité énergétique des meilleures batteries actuelles, le recours à une pile à combustible ouvre en revanche la possibilité de réaliser des vols transatlantiques avec un drone de moins de 25 kg. C’est précisément l’ambition de ce projet commencé en 2019 et qui se poursuivra sous la forme du « Défi MERMOZ » aux côtés de la société DELAIR, spécialisée dans le drone de surveillance à voilure fixe, et qui a déjà réalisé un démonstrateur de drone à hydrogène avec le soutien de la DGA (projet HYDRONE soutenu par l’AID). A l’heure actuelle, ce drone de 4 mètres d’envergure et de 12 kilogrammes a été testé dans la soufflerie drones de l’ISAE-SUPAERO et effectuera ses premiers essais en vol à partir du printemps 2022. La pile à hydrogène a été testée au sol dans le cadre d’une collaboration avec la plateforme hydrogène du laboratoire LAPLACE. En outre, le projet « Défi MERMOZ » est l’occasion de bénéficier d’un partenariat académique et technologique avec l’ENAC pour son expertise sur le routage au-dessus de l’Océan, le LAAS-CNRS et le lycée Nogaro pour leur expertise sur l’encapsulation et la gestion optimale des cellules photovoltaïques, ainsi que les sociétés HYCCO et Pragma Industries qui se proposent de développer une pile à hydrogène de conception française.

Ce projet comporte également une innovation majeure, il s’inspire des techniques de vol des oiseaux de type albatros. Ces derniers ex-ploitent les turbulences atmosphériques rencontrées au-dessus des océans pour voler très longtemps en limitant leurs efforts. Nous travaillons sur un design aérodynamique bio-inspiré permettant d’intégrer au système les capacités naturelles des oiseaux et, ainsi, accroître la durée de vol et la distance parcourue.

Le projet StratoDrone, piloté par le CNES en collaboration avec l’ONERA, la société DROTEK fait suite à une thèse codirigée entre l’ONERA et l’ISAE-SUPAERO pour la conception optimale de rotors destinés à équiper un drone pour l’exploration martienne. Les conditions atmosphériques au niveau stratosphérique étant proches de celles du sol martien, le CNES a ainsi proposé de mettre à disposition ses ballons sondes qui évoluent jusqu’à 20 à 30 km d’altitude dans le but de réaliser un drone capable de voler à ces niveaux de vol vertigineux. Ce vol prévu en 2023, constituerait une prouesse technique pour la maîtrise du vol stratosphérique et une mise à l’épreuve concrète pour une nouvelle génération de drones martiens plus compacts que le drone Ingenuity actuellement déployé sur Mars par la NASA.

Vers des drones plus sûrs et certifiés

Le programme CERTIDRONE répond aux besoins de la filière drones en matière de fiabilisation des systèmes et de sécurité des vols. Aujourd’hui, l’enjeu des drones n’est pas de réaliser un vol, mais de le réaliser de manière sûre, répétable, robuste aux aléas météorologiques ou aux avaries de diverses natures. C’est pour accroître la robustesse des drones que le programme CERTIDRONE a été lancé en 2021 au profit de l’ISAE-SUPAERO dans le cadre d’un plan de financement Etat-Région. Ce programme permettra de financer un ensemble d’équipements comprenant initialement : une soufflerie à gradient, une « drone mobile », une arbalète de crash et un canyon instrumenté. La soufflerie à gradient permettra de générer des écoulements maîtrisés non uniformes en espace et en temps susceptibles de soumettre les drones à des conditions aérologiques typiques de situations dangereuses et proches du décrochage. La « drone mobile » est un véhicule spécialement équipé pour déployer sur des terrains divers des essais en vol de drones instrumentés. Ce véhicule sera équipé d’antennes déployables, d’une station météo et d’un LIDAR à effet Doppler permettant de disposer d’un profileur de vent résolu en temps. 

   

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Jean-Marc Moschetta, professeur d’Aérodynamique à l’ISAE SUPAERO

Egalement responsable du programme Drones de l’Institut, ses recherches portent depuis plus de 20 ans sur la conception aérodynamique des drones à voilure tournante ou voilure fixe, ainsi que sur l’extraction d’énergie et les drones convertibles. Depuis 2012, il anime le Groupement d’Intérêt Scientifique « Micro-Drones » qui regroupe 20 laboratoires de recherches en France autour de la question des drones miniatures.

 

Auteur

Jean-Marc Moschetta
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