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Les drones au service de la transition écologique - journée drone du 5 nov. 2015 - démonstrations en vol

De Wikhydro
Version du 21 décembre 2015 à 15:59 par Natacha Roger (discuter | contributions)

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Sommaire

Les drones, un secteur d'activités innovant pour l'environnement

Le secteur des drones civils est en croissance exponentielle et l'utilisation de ces nouveaux capteurs offre des solutions innovantes pour observer l'environnement ou intervenir dans des zones à risques afin de secourir des populations sinistrées.
Le développement et la fiabilisation des drones rend à présent possible l'acquisition d'information de tous genres, globales ou détaillées, visuelles ou numériques, rapidement et en masse avec un coût réduit.
La France est très en pointe sur le sujet. La réglementation aérienne mise en place par la DGAC en 2012 lui permet de stimuler un secteur économique générateur d'emplois: plus de 1000 opérateurs et constructeurs sont référencés en France, dont certains participent de manière dynamique et innovante à la croissance verte.


Une série de démonstrations à finalités environnementales

Le Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable et de l'Energie (Medde) a organisé le 5 novembre 2015 une série de démonstrations d'observation de milieux naturels et d'ouvrages d'art par drones. Ces nouvelles applications sont en pleine expansion et contribuent à l'accélération de la transition écologique. Démonstrations en vols, expositions de matériels innovants, explications et échanges entre experts étaient au programme de cette journée organisée par le Commissariat Général au Développement Durable (CGDD).
Plusieurs organismes faisant partie du réseau scientifique et technique du Medde ainsi que des start-ups spécialisées dans l'observation de l'environnement ont participé à cette journée de démonstration. Vous pouvez découvrir leurs démonstrations ci-dessous.

Certains professionnels présents lors de cette journée ont été interviewés pour présenter leurs activités dans ce domaine. Découvrez leurs interviews sur la page dédiée.

Ouverture et conclusions de la journée DRONE du 5 novembre 2015


Ouverture journée drones du 5 novembre 2015 par... par Wikhydro
La France est vraiment en avance dans le domaine de l’utilisation des drones. Nos collègues européens nous envient notre réglementation (je me réfère aux 2 arrêtés d’avril 2012) qui nous ont permis de faire émerger un écosystème de start-up, de constructeurs, d’utilisateurs dans des conditions uniques de sécurité. Je rappellerais que le secteur constitue l’un des 34 plans de la Nouvelle France industrielle lancé par le ministère en charge de l’économie.

Le réseau scientifique et technique du ministère de l’écologie est également bien présent sur ce segment de marché. Nous venons de publier un premier recensement de l’utilisation de ces engins par nos opérateurs, qui montre que ces outils de mesure sont très performants, complémentaires des satellites, des capteurs sols et des avions. Les drones grignotent d’ailleurs de plus en plus de part de marché sur ces derniers, car ils permettent d’intervenir dans des conditions difficiles, dans des lieux de catastrophes, de pollution, là ou l’humain serait en danger. Ils ne sont pas intrusifs sur le milieu, ce qui constitue un atout indéniable pour éviter de dégrader des zones sensibles. Ils sont rapides à mettre en œuvre et sont peu dispendieux. Par ailleurs, les capteurs se miniaturisent de plus en plus, ce qui permet à des drones de faibles poids (presque à des joutes d’enfants… de grands enfants !) de remplir des missions de plus en plus complexes et intégratrices de technologies à la pointe de l’innovation.


Conclusion de la journée drones du 5 novembre... par Wikhydro
Les drones constituent des outils de première importance pour la mesure, le monitoring et le suivi de l'environnement. Cet écosystème très spécifique est constitué de plusieurs intervenants très différents:
  • constructeurs d'engins : multicopters, hélicoptères, aile volante, bateaux...
  • constructeurs de capteurs embarqués, qui sont de plus en plus miniaturisés et performants
  • de bureaux d'études qui réalisent des prestations de tous ordres dans plusieurs domaines : agriculture de précision, surveillance d'ouvrages, comptage de la faune et de la flore, intervention en période de risque majeur...
  • d'universitaires qui intègrent maintenant dans leurs recherches ces nouveaux engins
  • les services chargés de la règlementation aérienne (DGAC, Europe)

Le commissariat général au développement durable qui anime le réseau d'une vingtaine d'organismes publics du ministère occupe une position stratégique pour mettre en place et animer un réseau d'organismes volontaires dans le domaine de l'utilisation des drones dans le domaine de l'environnement.

Démonstrations en vol

Lors de cette journée, plusieurs organismes ont fait des démonstrations en vol de différents appareils. Les vidéos suivantes retracent leurs évolutions aériennes et aquatiques. Certains opérateurs se sont prêtés à des interviews sur leurs activités.

IFSTTAR : prélèvement d'échantillons d'eau par hélicoptère


Démonstration de drone par l'IFSTTAR par Wikhydro
Ifsttar s’est intéressé au domaine des drones il y a maintenant plus de 10 ans.

L'appareil en cours de préparation est un drone hélicoptère de marque SURVEY-COPTER. Il a une masse max de 16,4 kg au décollage et peut emporter 4,1 kg de charge utile. Il a un rayon d’action de 3,6 km, sa vitesse maximale est de 36 hm/h et peut atteindre un plafond de 2500 m. Enfin son autonomie est de 1 heure. Mis en service initialement pour l’auscultation des ouvrages d’art (viaducs) fin 2004, il a à son actif de nombreuses missions d'observation et de mesures, en particulier pour l’environnement depuis 2008 et a été très utile en 2010 sur le littoral après le passage de Xynthia, en rivière, au niveau d’abers bretons victimes de perte de biodiversité dans des milieux fragiles, dans des zones de karst pour monitorer des effondrements naturels de type dolines ou d’origine anthropique tels que les marnières (qui fait toujours des victimes et surtout d’important dégâts matériels)…
Son pilote Jean-Luc Sorin va vous montrer comment réaliser un prélèvement d'eau. Ceci est tout particulièrement utile pour prélever des échantillons d'eau à grand rendement dans des zones très polluées ou dans des secteurs difficilement accessibles ou encore sur des plans d’eau atteint par des algues où le moindre bateau serait intrusif en perturbant le milieu.
Le système héliporté est le système QUADRO développé dans le cadre d’un projet Institut Carnot et qui a fait l'objet d'un brevet conjoint entre l'IFSTTAR, l’ENPC et l’IPGP. Il consiste en un flotteur instrumenté comprenant un GPS, une carte de contrôle-commande et un système de communication avec le sol. Il peut être équipé de différentes instrumentations de sondage et de prélèvement. Déposé à la surface de l’eau il permet de descendre à différentes profondeurs plusieurs capteurs de diverses natures et de prélever des échantillons d'eau au moyen de pipettes. Une fois les échantillons ramenés à terre, ils sont acheminés en laboratoire pour analyse.

IFREMER : prélèvement d'échantillons d'eau par bateau


Démonstration de drone par l'IFREMER par Wikhydro
L'appareil présenté est un drone nautique à propulsion électrique mesurant 1 m de long et 30 cm de large.

De façon à pouvoir être déployé par une seule personne, son poids maximum est de 15 kg et son tirant d’eau de 10 cm. Ce drone est piloté à vue jusqu’à une distance de 500 m de la côte avec une vitesse maximale de 20 noeuds (37 km/h). Ce drone a été développé pour prélever des échantillons d’eau et effectuer des mesures in situ (température, salinité, turbidité) en milieu côtier.
En effet, depuis la mise en place du plan de surveillance de la DCE (Directive Cadre sur l’Eau), il y avait un fort besoin de disposer d’un système de prélèvement automatisé simple à mettre en œuvre pour suppléer les moyens nautiques traditionnels. L’utilisation de ce drone permet notamment de réduire le coût et la durée de certains prélèvements (ex : points de prélèvement éloignés de cales de mise à l’eau) ou encore d’effectuer des prélèvements sur des zones difficiles d’accès comme les récifs coralliens en outre-mer.
Le challenge majeur de ce drone était de pouvoir surfer sur les premières déferlantes sans se retourner et de pouvoir faire face aux courants marins. Le pilotage de l’engin se fait avec l’assistance d’un positionnement GPS continu. Le drone n’induit pas de pollution chimique ou physique (huile, remous excessifs) et le matériel d’échantillonnage utilisé garantit l’absence d’interférence physico-chimique avec les paramètres à mesurer. Une fois les échantillons ramenés à terre, ils sont acheminés en laboratoire pour analyse.
Ce drone contribue à l’amélioration des pratiques des opérations de prélèvements et de mesures in situ en fiabilisant la qualité des mesures de façon à favoriser la comparabilité des données de la surveillance en milieu aquatique. En effet, la bonne pratique de l’échantillonnage conditionne en grande partie la fiabilité des données.

IRSTEA: Demonstration de drone par Avion Jaune


Démonstration de drone par Avion Jaune pour l... par Wikhydro
Opérationnelle depuis 2005, la société L'Avion Jaune se positionne sur le marché de l'imagerie par drone à très haute résolution. Ses missions sont essentiellement en lien avec l'agronomie, la recherche et la protection de l'environnement. Grâce à l’implication de son équipe dans des programmes de recherche avec l'Irstea et la Maison de la Télédétection, L’Avion Jaune dispose d’un savoir-faire solide dans le domaine de l'agronomie et fournit des données multispectrales pour des applications aussi variées que le suivi multi-temporel de parcelles expérimentales, le phénotypage rapide, la cartographie de la variabilité intra-parcellaire, la cartographie de vitalité de diverses cultures et la détection du stress hydrique.

Dans cette vidéo, L'Avion Jaune nous explique comment le drone accomplit sa mission d'observation. Le plan de vol est préalablement enregistré selon les critères définis dans le cadre de la mission confiée. La programmation du vol inclut le déclenchement automatique des prises d'images, celles -ci pouvant aussi être déclenchées manuellement via la boite de pilotage au sol.
Ici, trois capteurs sont installés sur la nacelle du drone: à chaque extrémité, un appareil photo dans le visible et un appareil photo dans le "proche" infra-rouge ; au milieu, une caméra thermique qui enregistre les images en continu. Un ordinateur, embarqué à bord, enregistre le flux vidéo. Cet ensemble de capteurs fixés au drone sur une nacelle gyrostabilisée permet ainsi d'avoir en permanence une verticalité des images.

ENAC: Mesure en temps réel de paramètres de l'atmosphère


Démonstration de drone par l'ENAC par Wikhydro
L’appareil présenté est une aile volante Mako sur laquelle ont été installés un autopilote Paparazzi et une charge utile « météostick » conçus à l’Ecole Nationale de l’Aviation Civile.

Le mako dronisé a une masse de 800 grammes, et sera utilisé dans le projet Skyscanner par les équipes de l'ENAC, Météo France et LAAS-CNRS pour l'étude des mécanismes physiques se produisant dans la couche limite atmosphérique et l'aérologie, en particulier au sein des nuages (vents, turbulences, température, humidité,...). Dans le cadre des projets Dromit et de l'ANR Voltige, des mesures ont été réalisées à Lannemezan et à DAX en 2013 et 2014 par les équipes du CNRM et de l’ENAC, et ont permis de faire progresser la recherche scientifique dans le domaine des sciences de l'atmosphère (établissement de profils verticaux de haute résolution qui pourront permettre d'effectuer des mesures in-situ dans les réseaux météorologiques opérationnels). La station de contrôle sol récupère quelques données concernant le drone et la charge utile via un lien radio, et l’ensemble des données est stocké sur un enregistreur de vol embarqué dans l’appareil pour analyses ultérieures. Une station de contrôle en shadow permet de suivre l’évolution du drone et l’évolution des mesures. Avec son système embarqué de pilotage et de navigation OpenSource Paparazzi développé depuis plus de 10 ans, l’ENAC est un des pionniers dans la mise au point des mini et micro-drones de demain. Ce système implique aujourd'hui de nombreux développeurs et utilisateurs dans le monde, aussi bien académiques que industriels. Au niveau national, l'équipe drone a aussi créé des partenariats avec des laboratoires français (ISAE, LAAS, ONERA, CNRM,etc.), des industriels (Airbus, Rockwell Collins, Sagem, Cassidian, Selex, Thales, etc.), des PME (Fly-n-sense, Parrot, DelairTech, Deltadrone, etc.) et des institutionnels (OACI,EASA,DGAC). Avec plusieurs centaines d'heures de vol réalisées chaque année par les membres de la communauté, le système Paparazzi a été jugé extrêmement adapté pour effectuer des mesures dans les environnements les plus rudes, notamment dans l'océan Arctique depuis 2008. Le système Paparazzi est également utilisé pour des projets Européens en lien avec l'environnement tel que "H2020", ou bien "COST, European Cooperation for Science and Technology”. En terme de perspectives, l'ENAC va prochainement s'équiper d'une volière drone, financée par la région Midi-Pyrénées qui permettra de développer de nouvelles générations de systèmes embarqués et de station de contrôle au sol pour mini-drone et ainsi de lever des verrous scientifiques dans le domaine de la fusion de données multi-capteurs et dans le domaine de la commande robuste (pouvoir faire voler des mini-drones en environnement perturbé). Ces équipements permettront également la formation au sein de l'ENAC d'ingénieurs spécialisés sur ces systèmes.

DREAL de Lorraine: Jaugeage en rivière


Démonstration de drone par la DREAL de Lorraine par Wikhydro
Les services d’hydrométrie, qui gèrent les réseaux de mesure des débits en rivière ont commencé à utiliser des drones aquatiques depuis de début des années 2000.

L’apparition des drones aquatiques est indissociable de l’émergence des profileurs doppler ADCP à la fin des années 1990 pour mesurer les champs de vitesses.
Les profileurs ADCP sont des appareils de mesure de petite taille, 20 à 30 cm et qui pèsent moins de 5 kg. Ils peuvent facilement être déplacés sur un flotteur.
Dans un premier temps, les flotteurs avec leur profileur ADCP étaient uniquement tractés, depuis un pont ou avec un hors-bord. Pour des raisons pratiques de rapidité de mise en œuvre,
de sécurité et de liberté de choix de la section de mesure, des drones aquatiques adaptés à cet usage ont été réalisés. Il s’agissait d’adapter des maquettes de bateau radiocommandées à la réalisation de jaugeages. Compte tenu des conditions extrêmes de vitesse et un environnement difficile en particulier lors des crues, le passage à une phase industrielle fut nécessaire pour produire des coques résistantes aux chocs et des bateaux maniables. Les premiers catamarans conçus en 2004 étaient robustes, fiables, mais étaient limités à des vitesses de courant inférieures à 1,5 m/s donc peu utilisables en crue. L’amélioration des performances des moteurs et l’arrivée des planches hydrodynamiques permettent maintenant d’utiliser les drones aquatiques jusqu'à des vitesses de 5 m/s, ce qui est beaucoup moins restrictif. Ils sont adaptés aux crues des rivières de plaine ou de piémont.
L’appareil présenté, piloté par Frank TONI, jaugeur/hydromètre, est un Qboat 1800P de la marque « océan science (USA ) ». Pour obtenir une bonne stabilité, indispensable à une mesure juste des vitesses d’écoulement, les dimensions sont respectables (1,80 m X 0,90 m). Ces nouveaux appareils sont des planches monocoques, munies de 2 moteurs couplés et capables de fonctionner en marche avant et arrière. L’augmentation de la puissance des moteurs nécessite plus de batteries, donc le poids total en charge est passé de 25 kg à 40 kg sur ce modèle, ce qui reste manipulable par deux personnes. Le potentiel du bateau est indéniable, il est performant, maniable, stable dans les vagues. Les reproches que l’on peut lui adresser concernent la connectique qui ne semble pas conçue pour faire face à un environnement difficile. Les antennes sont fragiles et les moteurs à hélice qui sont puissants sont aussi très sensibles à la présence de végétation aquatique et/ou d’herbe en lit majeur. La transmission des données mesurées par l’ADCP est assurée par bluetooth.

AIRINOV: Agriculture de précision


Démonstration de drone par AIRINOV par Wikhydro
Airinov, créée en 2010, propose une solution clé-en-main aux agriculteurs et agronomes, basée sur un système de cartographie agronomique par drone.

Airinov, spécialisée dans l'agriculture de précision tout en favorisant une agriculture raisonnée grâce à la télédétection agronomique, centre son activité sur la préconisation de fertilisation azotée des champs de blé et de colza. Les photos prises par drone sont géo-référencées et vont permettre de déterminer la bonne quantité d'azote à apporter au bon endroit sur la parcelle. Véritable outil d'aide à la décision, la télédétection par drone va permettre à l'agriculteur d'obtenir un meilleur rendement puisqu'il peut piloter sur mesure son apport en azote et limiter les impacts sur l'environnement en évitant les dosages inutiles. Pour transformer leurs drones en véritables outils d'analyse de la vigueur des plantes et proposer des préconisations pour la fertilisation, les fondateurs d'Airinov se sont rapprochés des chercheurs de l'INRA (Institut National de Recherche Agronomique) afin de mettre au point un capteur et des algorithmes de traitement des données capables d'obtenir des indicateurs agronomiques. Aujourd'hui, après quelques années d'expérience, leur produit "L'Agridrone" est très abouti. L'avion, lancé ici par Grégoire Tiberghien, responsable du réseau Agridrone de Airinov, est piloté de façon complètement automatique, il pèse 700 g et permet de couvrir 3 ha à la minute. Le capteur, AgroSensor, est placé dans l'avion et permet une correction du signal par réflectance. Le capteur enregistre la lumière réfléchie par le couvert végétal dans 4 bandes distinctes: dans le vert, le rouge,la gamme spectrale du red edge et dans le proche infrarouge. Ces bandes ont été définies conjointement avec les chercheurs de l'INRA pour accéder à des informations agronomiques sur le blé, l'orge, le colza et le maïs. Le drone est capable de tenir une trajectoire qui lui est imposée par l'auto-pilote et de prendre toute une série de photos de façon automatique, ce qui permet de restituer ensuite de la photogrammétrie. Airinov a développé son propre réseau sur le territoire national et s'appuie donc sur des opérateurs indépendants qui ont fait l'acquisition de leur matériel: "l'Agridrone". Ainsi les partenaires remplissent leurs missions sur le terrain en faisant de l'acquisition d'images et Airinov récupère les données pour les traiter et restitue la carte de préconisation avec des indicateurs agronomiques à l'agriculteur. De 10 000 ha de champs de colza et de blé survolé en 2013-2014, Airinov est passé à 80 000 ha survolé en 2015. Après une forte expansion au niveau national (Airinov comptait 3 personnes lors de son lancement en 2010, aujourd'hui, elle emploie 30 personnes), l'entreprise souhaite développer son réseau à l'échelle européenne. Elle investie aussi sur un programme de recherche et d'innovation sur les problématiques d'irrigation des cultures afin de détecter le stress hydrique.

YELLOW SCAN: Topographie Lidar


Démonstration de drone par Avion Jaune par Wikhydro
Cette démonstration de YellowScan vous fait découvrir le plus léger système Lidar intégré du monde. Le YellowScan Mapper, monté sous un octocoptère OnyxStar de la société AltiGator, permet l'acquisition en temps réel de relevés de terrain géo-référencés en trois dimensions, sans nécessité de post-traitement.

La technologie Lidar muti-echo utilisée permet de relever des points sous le couvert végétal, de mesurer des volumes, des distances. La compacité, la simplicité d'utilisation et la haute précision du système ont permis de réaliser de nombreuses missions dans le monde entier notamment dans la recherche environnementale (calculs de biomasse, topographie des littoraux et des cours d'eau, archéologie) mais aussi dans l'industrie (planification de chantier de BTP, mines et carrières à ciel ouvert, maintenance des lignes hautes tensions et voies ferrées).
Mikael Jouanne, pilote de L’Avion Jaune, bureau d’ingénierie spécialisé dans l’imagerie aérienne, réalise un vol pour topographier « l’île aux oies » située sur le site de Champs-sur-Marne, avec une précision de 10cm en quelques minutes.
Une fois le vol effectué, les données enregistrées sur une simple clé USB pourront être visualisées immédiatement sur un ordinateur portable.

Vol iles aux oies.png Iles aux oies 1.PNG Iles aux oies 2.PNG

Les images ci-dessus illustrent les résultats obtenus par le scanner Yellowscan embarqué par le drone de l'Avion Jaune. Nous pouvons ainsi prendre connaissance du plan de vol et de la topographie obtenue, exploitée directement après récupération du drone.

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